氯系與氧系清潔劑,漂白殺菌超有效!(打掃的科學)

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洗剤の驚異の化学(お掃除の科学)

氯系清潔劑(Haiter、Kabikiller、Kitchen Haiter 等)靠著次氯酸鈉的強氧化力,把髒汙的色素和細菌統統分解掉。它擅長對付的髒汙有這些:

黴菌 浴室的橡膠墊圈、磁磚縫隙、牆壁上的黑黴

除菌、除臭 砧板、抹布、排水孔的黏滑物、曬不乾的衣服那股臭味

茶垢、咖啡垢 馬克杯、熱水壺內側、餐具上的色素沾染

白色衣物的泛黃、暗沉:領口和袖口的髒汙、吃東西滴到的污漬

蔬菜色素污漬 沾到咖哩或番茄醬的塑膠容器(白色的)

缺點是,氯系的漂白力和除菌力雖然超強,但有顏色或圖案的衣物會褪色,金屬也可能會生鏽。

另一方面,氧系清潔劑(OxiClean、氧系漂白劑、過碳酸鈉等)則是靠過碳酸鈉等溶於水後產生的氧氣來分解髒汙(也就是過氧化氫)。它比氯系溫和(氧化力稍弱),最大的特色是色物也能用。不過對付頑固的黴菌時,可能會有點力不從心。氧系用 40~50℃左右的溫水來使用,效果會更好。

除了上面這些,還有

黏滑物、輕微黴菌:洗衣槽背面的黏滑物、排水孔、浴缸的皮脂污垢

含油髒汙:抽油煙機和瓦斯爐周圍(用熱水溶解後浸泡)

等等。

關於氧化作用

氯系清潔劑和氧系清潔劑都有漂白作用。漂白劑分成氧化漂白劑和還原漂白劑兩種,家庭裡主要用的是氧化漂白劑。所以「氧化作用」就是這裡的關鍵。所謂氧化,包含三種意思:「給予氧」、「奪走氫」、「讓電子被釋放出來」。舉例來說,

2Cu + O2 → 2CuO

銅得到了氧,所以是氧化反應。

2CH3OH + O2 → 2HCHO + 2H2O

甲醇的氫原子被奪走了,所以是氧化反應。

2Na + Cl2 → 2NaCl

鈉釋放出了電子,所以這也是氧化反應。

 氧化劑指的是,從對方身上搶來電子(奪走電子),藉此讓對方被氧化的物質。例如氯就是

Cl2 + 2e⁻ → 2Cl⁻

它可以接收電子,所以是氧化劑。

氧化漂白劑分成氯系漂白劑(家庭主要使用次氯酸鈉 NaClO)和氧系漂白劑(家庭主要使用過碳酸鈉 2Na2CO3・3H2O2、過氧化氫 H2O2)。

氯系漂白劑的氧化力非常強,用在有顏色的東西上,連顏色也會一起被漂掉,所以只能用在白色物品。而氧系漂白劑則可以用在色物上。

氯系清潔劑(氯系漂白劑)

 氯系清潔劑對油汙不太有效。它的強項是漂白、除菌、除黴,靠氧化的力量把色素和細菌分解掉。

 氯系漂白劑的主要成分是次氯酸鈉(NaClO)(維基百科參考)和氫氧化鈉(日文也叫次亜塩素酸ソーダ)。

像 Kitchen Haiter 就是大家很熟悉的代表。

看一下 Kitchen Haiter 的成分表,裡面有:

  • 水
  • 次氯酸鈉
  • 氫氧化鈉
  • 界面活性劑

 你會發現裡面還加了氫氧化鈉,把它調成偏鹼性。氯系漂白劑為了不讓次氯酸鈉分解,會一直維持在鹼性狀態。鹼性本身也有助於去除髒汙,不過真正的主角是次氯酸(HClO)的氧化作用。

由次氯酸鈉(NaClO)產生的次氯酸(HClO),其氧化力就是漂白作用的來源。把次氯酸鈉溶進水裡,有一部分會和水反應,變成次氯酸和氫氧化鈉。

這個反應是可逆反應(平衡狀態)。因為生成的氫氧化鈉會讓溶液呈現強鹼性,所以在一般的次氯酸鈉溶液中,次氯酸(HOCl)的比例很低,大部分是以次氯酸根離子(ClO-)的形式存在。要是把溶液的 pH 值往下降、變成偏酸性,就會產生大量的次氯酸。

如果酸加得太多,讓溶液變成酸性(pH5 以下),次氯酸還會進一步分解,產生有毒的氯氣(這就是大家都聽過的「混合會有危險」的反應)。

圖片引用 iwaki 泵浦原來如此 用語篇【游離殘留氯與結合殘留氯】

 https://www.iwakipumps.jp/blog/naruhodo/33/

另外,次氯酸會和氧系漂白劑裡的過氧化氫反應而失去效力,所以把氯系清潔劑(漂白劑)和氧系清潔劑(漂白劑)混在一起用,是沒有意義的。

參考《圖解入門 徹底搞懂最新清潔・洗劑的基本與原理》(秀和System)

那麼,氯系漂白劑為什麼這麼有效呢?重點整理如下。

1 破壞顏色的分子(漂白)

 黴菌的黑斑、茶垢這些「顏色」,是由特定的分子結構造成的,氧化會把這個結構破壞掉。結構一壞,就無法反射光線,顏色也跟著消失。很多色素都有一種結構:碳和碳之間的雙鍵(C=C)一個接一個連得很長。這種結構會吸收特定的光、反射其他的光,所以我們的眼睛才看得到顏色。

 當次氯酸發生反應,雙鍵就會被扯斷,變成單鍵(-C-C-)。一旦斷成都是單鍵,就吸收不了光,所有的光不是穿透就是被反射(變白、變無色)。說到底,漂白並不是把髒汙搬到別的地方去,而是把「顏色真正的樣子,也就是分子的形狀,改造成無法顯色的形狀」。

那麼,浴室橡膠墊圈上的黑黴真的能消失嗎?這可是用中性清潔劑刷再多次都刷不掉的髒汙。所以我就試了這瓶 Kabikiller PRO。

Amazon Kabikiller PRO

它是凝膠型的,塗上去之後可以停留很久。表面盡量乾燥的話效果會比較好,所以如果是濕的,先用毛巾之類的擦乾吧。我就直接噴上去了。

等 30 分鐘後用水沖掉。結果……

雖然沒有完全消失,但淡了非常多!如果一次沒辦法清掉,重複幾次,就能讓它慢慢變得不顯眼。

2 把蛋白質拆得七零八落(分解)

 排水孔的黏滑物和頭髮,都是蛋白質組成的。蛋白質的骨架是肽鍵(CONH),一遇上次氯酸鈉(NaClO)就會被切成 CO 和 NH。

圖片是用 ChatGPT 製作的

 一般來說,光靠水很難切斷肽鍵,但強鹼性加上氧化力,就像催化劑一樣發揮作用,把巨大的長鏈「拆解成碎片」,變成胺基酸和小小的肽。這樣一來,原本固態的頭髮之類的東西,就會變成可以溶在水裡的液體。

 另外,強鹼(強鹼基)本身就有把蛋白質分解到變成胺基酸的力量。就算沒辦法分解得那麼徹底,也能讓水去跟蛋白質高分子中間的「醯胺鍵」反應,把它切斷(水解反應)。這麼一來,蛋白質就會變成容易溶於水的形態。

アルカリ性洗剤(頑固な油汚れ)に効く科学的な意味

黴菌是一種叫做絲狀菌的微生物。肉眼看得到的黑黴、粉紅色污垢都是它。而浴室剛好具備了黴菌最愛的條件。

水分 洗完澡後的高濕度,還有殘留在牆壁和地板上的水珠

溫度 浴室的溫度剛好落在 20~30℃左右,正是黴菌最喜歡的溫度帶

養分 皮脂、汙垢、肥皂渣、頭髮等等,來自人體的有機物多到不行

氧氣 抽風機和縫隙帶來的空氣流動

這 4 個條件同時湊齊,黴菌的孢子就會長出菌絲開始繁殖。對黴菌來說,浴室簡直是天堂。而且黴菌不只長在表面,還會把菌絲鑽進橡膠墊圈的縫隙、磁磚縫這些細微的凹凸裡紮根生長。這就是為什麼黴菌一旦長出來,光擦表面是擦不掉的。氯系清潔劑則會用氧化攻擊,破壞細菌和病毒表面的蛋白質膜,以及內部的基因(DNA/RNA)。

3 胺基的氧化

圖片是用 ChatGPT 製作的

氯系清潔劑(次氯酸鈉(NaClO))的攻擊可不只是把鏈切斷而已,它對構成蛋白質的胺基(-NH_2)也會起反應。

這裡產生的 R-NHCl(氯胺)是一種非常不穩定的物質。氧化再繼續進行下去,最後還可能分解成氮氣、水和二氧化碳。

4 交聯結構的破壞

你知道頭髮為什麼那麼堅韌嗎?那是因為蛋白質的鏈和鏈之間,透過「硫(S)」緊緊地「握著手」,形成了交聯結構。

氯系清潔劑連這個「握手」,也能靠氧化的力量硬生生拆開。這個牢固的交聯結構一被破壞,頭髮就沒辦法維持形狀,整個變得軟爛溶化。

水槽除菌的關鍵,就是不要留下水分!

氯系漂白劑的殺菌效果說到底只是「當下減少細菌」,到了隔天,新的細菌又會開始繁殖。而且它可能會傷害金屬,所以用完之後一定要用水好好沖乾淨,這點也很重要。

還有一件常被忽略的事:抑制細菌繁殖最有效、又完全不用花錢的方法,就是不要留下水分。大部分的細菌,沒有潮濕的環境就沒辦法活躍地繁殖。水槽用完之後,只要用乾布或刮水刀把水氣確實擦乾,就能大幅減緩細菌增加的速度。可以說,乾燥才是最強的除菌。

氯系清潔劑為什麼要標示「混合會有危險」?

 有件事我一定要跟大家說清楚,那就是「混合會有危險」的原因。家用「氯系漂白劑」的主成分,一般是次氯酸鈉(NaClO)。產品裡為了不讓次氯酸鈉輕易分解,會把它維持在鹼性。

 要是這時混進了酸性的清潔劑(檸檬酸之類的),就會發生產生氯氣的可怕化學反應。

圖片引用 iwaki 泵浦原來如此 用語篇【游離殘留氯與結合殘留氯】

 https://www.iwakipumps.jp/blog/naruhodo/33/

 最右邊跑出來的氯氣有劇毒。它危險到在第一次世界大戰時還被當成毒氣武器使用,吸進去之後會和肺裡的水分反應變成鹽酸,對呼吸道造成致命的傷害。

 這裡你可能會有個疑問:氯和水混在一起而已,怎麼會生出強酸「鹽酸」呢?很神奇對吧?其實這裡也是氯「奪走氫」(讓對方被氧化:氧化劑)這個強烈的特性在發揮作用。氯氣一碰到肺部黏膜等處的水分,馬上就會發生下面的反應。

 為什麼單純的水會變出鹽酸呢?因為氯分子的鍵斷開後,其中一邊搶走水的氫變成 HCl,另一邊則和剩下的 OH 結合成 HClO。這個反應進行得非常快。也就是說,氯氣只要溶進水裡,就會同時製造出「強酸(鹽酸)」和「強氧化劑(次氯酸)」兩種東西。肺部的細胞就是這樣遭到攻擊的(前面第 2 點蛋白質分解裡說明過的事,會發生在自己的身體上)。

「氯系清潔劑」和「酸」,是絕對不能讓它們碰面的禁忌組合。

氧系清潔劑(氧系漂白劑)

氧系漂白劑大致可以分成過氧化氫和過碳酸鈉兩種。過氧化氫的化學式是 H2O2,結構式寫成 HO-OH。看起來就像是水(H2O)多了一個氧原子,這個「多出來的氧」就是漂白的關鍵。

過氧化氫有很強的氧化作用:它會從其他物質身上搶走電子,讓自己變成更穩定的水(H2O)。

衣服上的污漬、泛黃、茶垢等等的「顏色」,是來自特定有機化合物(色素)所擁有的「共軛雙鍵」這種化學結構。這個結構會吸收光,所以在我們眼中才會呈現出「顏色」。

過氧化氫的強氧化力,會直接擊中這個色素的化學結構。

• 過氧化氫從色素那裡搶走電子(氧化)。
• 造成顏色的分子鍵被一個個切斷,或是改變了形狀。
• 結構被破壞的結果,就是無法吸收光,變成無色(白色)。

也就是說,漂白的原理並不是把髒汙「沖洗掉」,而是透過化學反應,把髒汙的「顏色本身破壞掉,讓它變透明」。

市面上賣的衣物用液態漂白劑,主要就是這一類。

參考 Wide Haiter EX

成分:過氧化氫(氧系)、界面活性劑(聚氧乙烯烷基醚)

以 Wide Haiter EX 為例,它的成分是過氧化氫(氧系)和界面活性劑(聚氧乙烯烷基醚)。界面活性劑的任務,是讓水和油能夠融合在一起,讓髒汙更容易被洗掉。

絲綢和羊毛也能用嗎?還是不能用?

液態的過氧化氫作用比較溫和,連蛋白質做成的纖維(絲綢、羊毛等)也可以使用。另一方面,粉末狀販售的過碳酸鈉,溶於水後會產生過氧化氫,所以同樣有漂白作用。不過它比過氧化氫更強,因此不能用在蛋白質纖維上。同樣是氧系,能用的對象卻不一樣,所以請務必仔細確認洗滌標示和產品說明喔。

正因為比氯系弱,所以色物也能用

氧系漂白劑的作用比氯系漂白劑溫和,所以力道還不到會把衣物染料分解掉的程度,因此色物也可以漂白。「比較弱」這件事,在這裡反而成了優點。不過依照材質或染料的不同,還是有可能會褪色,所以先在不顯眼的地方試一下會比較安心。

變成鹼性,漂白力就會提升!

過氧化氫漂白作用的源頭,是一種叫做 HOO-(過氫氧離子)的離子。過氧化氫(HO-OH)放著不管,是不太會變成 HOO- 的。但只要把溶液調到偏鹼性,漂白作用就會變強。

這是因為鹼性溶液中的 OH-,會把過氧化氫的 H+ 拉走。少了 H+ 的過氧化氫就變成 HOO-,漂白作用也就活躍起來了。

而且據說,過氧化氫的漂白作用,是因為 HOO- 產生了・OH(羥基自由基),而它發揮了強大的作用。羥基自由基是一種非常容易起反應的粒子,會把造成顏色的物質分解掉。(參考維基百科)

過碳酸鈉為什麼這麼強?

過碳酸鈉是讓過氧化氫和碳酸鈉反應所得到的物質。溶於水之後,除了過氧化氫,還會跑出鹼性的碳酸鈉。也就是說,只要溶進水裡,「過氧化氫」和「鹼性溶液」就成套到齊了。就像我們剛剛學到的,偏鹼性的過氧化氫,漂白力會變強。這就是過碳酸鈉漂白作用強的原因。

這是我用過碳酸鈉漂白鼻血污漬的樣子。雖然是色物,但你可以看到,只有鼻血的顏色被漂掉了。

鼻血の頑固なシミが消えた!過炭酸ナトリウムのすごい力を実験してみた(お掃除の科学)

<參考網站>

石鹼百科(肥皂百科)

・什麼是過碳酸鈉(氧系漂白劑)

・pH 值與過碳酸鈉(氧系漂白劑)的漂白效果

・維基百科 碳酸鈉過氧化氫合物

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