吹泡泡是大家最熟悉不过的童年游戏了。沾上一些泡泡水，轻轻吹一口气，一串串五彩斑斓的泡泡在阳光下随风飘散。泡泡水用光了后，爸妈又不愿意买一瓶新的，怎么办？小脑袋灵光一闪，倒一点洗洁精或者洗衣粉又或者洗发露，兑水配成一瓶“泡泡水”。可是这瓶“泡泡水”怎么吹都吹不出买的泡泡水那么多的泡泡了。这是为什么呢？吹泡泡是童年最熟悉的游戏。蘸点泡泡水，轻轻呼吸，一串串五颜六色的泡泡在阳光下随风飘散。泡泡用完之后，我爸妈就不想买新瓶子了。我该怎么办？小脑波一闪，倒一点洗洁精或洗衣粉或洗发水，和水混合制成一瓶“泡水”。但是这瓶“气泡水”吹不出买的气泡水那么多的气泡。这是为什么？
今天，边肖将回答这个童年神话，顺便给大家一个泡水的食谱。
●神奇的表面张力●
说到气泡，我们不得不谈到表面张力的概念。两种不同物质界面的张力称为表面张力[1]。从分子力的层面来说，表面张力是由物质的内部引力引起的。以液体为例，液体中分子之间的吸引力一般大于气体中分子之间或气体与液体之间的吸引力，使液体收缩，表面看起来像一层致密的薄膜。从能量的角度来看，表面的分子具有较高的分子势能，为了达到低能的稳定状态，需要减少分子在表面的暴露和液体的表面积。注意，虽然它有一个带“力”的名字，但它的单位实际上是N/m或J/m2。
纯水的表面张力维为72.75牛顿/米，乙醇的表面张力维为22.55牛顿/米，因此乙醇的表面张力小于纯水。为了降低纯水的表面张力，还可以加入表面活性剂。表面活性剂是能显著降低溶液表面张力的物质。表面活性剂通常是具有亲水基团(“头”)和疏水基团(“尾”)的有机两性分子。无机盐溶于水可以增加表面张力。
十二烷基硫酸钠（看起来像毛毛虫），表面活性剂的一种，被广泛用于洗衣粉中 | 来源：Wikipedia十二烷基硫酸钠(看起来像毛毛虫)，一种表面活性剂，广泛用于洗衣粉|来源:维基百科
生活中的很多现象都与表面张力有关，比如水上漫游者的气功浮在水面，一分钱浮在水面，以及“三体”中曲率航天器的原理
水黾的气功漂浮在水面上。破其气功很简单。加点表面活性剂|来源:维基百科
将洗涤剂滴在船尾，船尾的表面张力小，前面的表面张力大，从而“拉”船前进。
话虽如此，表面张力和气泡有什么关系？纯水的表面张力比较高，所以不能形成稳定的气泡，因为气泡会增加气液之间的表面积，使表面自由能增加，这在热力学上是不稳定的。加入表面活性剂后，表面活性剂的亲水基团插入到水相中，疏水基团位于空气体中，这降低了表面张力并允许气泡稳定存在一段时间。从下图可以看出，气泡膜是一个夹层结构，两面是表面活性剂，中间是一层水。这种夹层结构对于后面气泡水的配方非常重要。
气泡的结构
低胶片干扰低
吹泡泡的时候，孩子们最痴迷的是他们彩虹般的颜色，五颜六色，像是被施了魔法。气泡色其实是一种很常见的光学现象——薄膜干涉。
所谓薄膜干涉是指一束光照射到薄膜上。由于折射率不同，光会分别被薄膜的上下界面反射，相互干涉形成新的光。这种现象被称为薄膜干涉[2]。新的光是来自上下界面的反射光的叠加。来自两个界面的反射光可能相长干涉(强度增加)或相消干涉(强度降低)，这取决于它们的相位关系。
干扰消除(图中未显示半波损失)|来源:维基百科
干扰建设性(图中未显示半波损失)|来源:维基百科
从上图可以看出，两个界面处反射光的相位关系不仅与入射光波的波长(颜色)有关，还与薄膜的厚度有关。当光程差是半波长的偶数倍时的干涉消除，以及当光程差是半波长的奇数倍时的干涉相长(具有半波损失)。因此，我们也可以通过观察气泡的颜色来估计它的厚度。
气泡膜颜色与厚度的关系|来源:physics.stackexchange.com
泡泡膜颜色与厚度的关系|来源:soapbubble.dk
相信大家都有经验。如果泡泡的颜色变成了夜空的金色空，说明泡泡即将破裂。那么泡沫变薄的原因是什么呢？首先，气泡水会在重力的作用下向下流动。二是气泡比表面积巨大，蒸发剧烈，使气泡迅速变薄。
●大气泡公式●
有了以上的知识，现在我们来回答童年神话“为什么用洗洁精做的泡泡水吹不出很多泡泡”。
不知道大家有没有注意到，自制气泡水吹出的气泡颜色并没有那么鲜艳，甚至有点灰，一下子就破了。根据气泡颜色与膜厚的关系，很容易理解:自制气泡水吹出的气泡膜很薄，容易破裂。怎样才能让泡泡膜变厚，并长期保持？
和其他人一样，很多人对此很好奇，于是有一个在线Wiki [3]专门分享泡泡水的配方，以及如何把泡泡吹得越来越大。
确实，泡水的配方并不是往洗洁精里加水那么简单(当时小头想尽一切办法增加洗洁精的浓度或者换另一种洗洁精)。一般来说，有以下成分:去离子水、表面活性剂、甘油、聚合物和酸碱度调节剂。
下面小编就给大家一一讲解这些成分的功能。
水是作为溶剂使用的，这是众所周知的，但是我们为什么要使用去离子水呢？生活在水质比较硬的地方，小可爱知道，用肥皂洗澡的时候，会发现肥皂水上面有一层浮渣。这些浮渣其实大部分不是人体污垢，而是硬水中的钙镁离子和肥皂中的硬脂酸钠生成的可溶性较低的硬脂酸钙和硬脂酸镁，漂浮在水面上。因此，为了充分发挥表面活性剂的最佳性能，最好使用去离子水。
当然，配方中表面活性剂是必不可少的，常见的有很多，比如洗洁精、洗手液、洗衣液等等。至于甘油，它没有什么特殊的功能，主要是因为下面要用的粘合剂不溶于水，需要甘油来帮助它们溶解。
至于是否需要加入聚合物来泡水，很多人可能不知道。它不仅可以使气泡膜更厚，而且可以使气泡扩散后更不容易破裂。还记得前面提到的气泡膜的夹层结构吗？聚合物还可以减缓气泡膜中水的蒸发，使气泡持续时间更长。常见的聚合物添加剂包括聚环氧乙烷(PEO)、瓜尔胶、聚乙烯醇(PVA)等。
聚环氧乙烷PEO |来源:维基百科
瓜尔胶|来源:维基百科
说到泡泡水中的聚合物，我们不得不提到美国埃默里大学的副教授贾斯汀·伯顿。当他在巴塞罗那开会时，他看到街头表演者吹出巨大的气泡，他不禁想知道为什么巨大的气泡能保持如此大的表面积而不破裂[4]。于是他回家研究泡泡的配方，找到了肥皂泡Wiki的网站(参考文献[3]的网站)。经过实验，他发现聚合物在大气泡的产生中起着至关重要的作用。因此，他指导他的研究生在实验室吹泡泡，以研究为什么聚合物可以使大泡泡不容易破裂。然后他在《物理评论流体》(Physical Review Fluids)上发表了一篇论文(见参考资料[5])，他的研究生以这项工作硕士毕业(这样可以吗？？？)。
反正配方中的pH调节剂主要是发酵粉、柠檬酸等。其实不用这些pH调节剂也能得到好的气泡水，但是有人发现加入pH调节剂可以让气泡更容易闭合，延长气泡寿命。
肥皂泡维基为初学者提供了入门食谱。请准备一个小马扎:1公斤去离子水，40 ~ 65克洗涤剂，1.5克瓜尔豆胶，2克泡打粉，适量甘油或酒精[6]。除了配方，吹大泡泡的工具也很重要。以下自制工具可以尽可能多的吸收气泡水，吹出大气泡。还有一个专门收集大泡沫世界记录的网站(见参考资料[7])。
大泡泡吹工具示意图|来源:肥皂泡Wiki
大泡泡吹工具成品|来源:肥皂泡维基
谁不想小时候吹个大泡泡？但是，当你懂得吹大泡泡的时候，小时候无忧无虑的日子也像五颜六色的泡泡一样随风飘散，真的很让人难忘。
来源:肥皂泡维基
来源:肥皂泡维基
参考数据
[1]表面张力
[2]薄膜干涉
[3]https://soapbubble.fandom.com/wiki/Soap_Bubble_Wiki
[4]https://phys . org/news/2020-01-物理学-巨人-秘密-流体力学. html
[5]弗雷泽斯，江X，伯顿J . c .如何制造一个巨大的泡沫[J]。物理评论流体，2020，5(1): 013304。
[6]https://soapbubble.fandom.com/wiki/Recipes_Guar
[7]http://www.recordholders.org/en/list/soapbubbles.html
编辑:重光
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