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Wed, 31 Aug 2022 15:38:24 +0800
館長隨筆

如何令肥皂泡變「恆久」?
刊登日期: 2022年8月27日

不論是大人,還是小朋友,都喜歡飄浮半空的肥皂泡。肥皂泡除了充滿夢幻的外表,原來亦充滿著值得研究的科學,我們一起來仔細看看吧!

通常我們用飲管在清水中吹氣,並不能產生持久的泡泡,原因是受制於重力和水的表面張力。重力令泡泡頂部的水向下流從而變薄,而水的表面張力令泡泡從薄弱部分加速裂開,就像把氣球刺破一樣。水的表面張力源自於水分子之間的內聚力,內聚力使水分子儘可能互相靠攏,這樣會導致水與空氣的界面傾向達到最小面積,像是一塊延展了、具有張力的橡皮。(圖1)至於泡泡液能夠形成肥皂泡,全賴它具有「表面活性劑」,降低了水的表面張力。表面活性劑的分子結構很特別,有一個喜歡水的「親水端」和一個不喜歡水的「疏水端」。當吹出肥皂泡時,表面活性劑會集結在空氣和水的界面上,使疏水端儘可能離開水。最終肥皂膜的內外表面都會有一層表面活性劑,把水夾在中間。(圖2)

可是,玩過吹泡泡的朋友都會發現,有時泡泡不消十數秒便會破掉,這是因為除了重力,另一個令肥皂泡破裂的原因是泡泡液的水分蒸發了。今年,法國里爾大學的科學團隊發表一項研究,他們在泡泡溶液內加入甘油及塑膠微粒阻止水分蒸發,製造出能夠維持465天的泡泡。可惜這種泡泡太重,並不能在空中飄浮。

也許我們玩的肥皂泡不用維持這麼長的時間,但在家中自行調配能長久維持的泡泡液也是很有趣的探究。網上找到的配方大都離不開洗潔精、甘油、透明膠水等成分。洗潔精提供了表面活性劑,而透明膠水含有聚乙烯醇(PVA),這種聚合物能夠令肥皂膜的粘彈性增加,以提高肥皂膜的強度,在吹巨型泡泡時尤其重要。另外,上文提到的甘油,能夠與水分子形成氫鍵,減慢水分蒸發。(圖3)縱然甘油這麼有用,加入的分量也要適可而止,因為同等體積的甘油比水重,加入太多反而會令肥皂泡變重容易下墜。掌握了上述不同成分的特性,也參考了我們實驗的結果,你也來試試調配自己的泡泡液配方,看看能否製造出又輕又持久的泡泡吧!

除了從泡泡液的配方著手,環境因素也會影響肥皂泡的表現。濕度高的日子,泡泡液的蒸發速度會減慢,壽命會更加長。又例如在陽光普照的日子,接近地面的空氣受熱膨脹形成上升氣流,肥皂泡便可以乘著這些氣流飛得更高。你又能想到甚麼方法讓肥皂泡停留在半空,不會下墜呢?

 

圖1:水分子之間的內聚力形成表面張力

圖2:在肥皂泡內的表面活性劑

圖3:加入甘油以減慢水分蒸發

我們吹出直徑5厘米的肥皂泡,用來比較不同配方的效能

  

在家中製作泡泡液的主要材料

吹出巨型泡泡的獨特配方:
1) 水 150ml
2) 洗潔精 15ml
3) 甘油 20ml
4) 膠水 20ml

 

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