人们为了整洁、美观就要经常将衣服、被褥及日用餐具、茶具进行洗涤。这一化学过程在生活中甚为广泛。从简单的肥皂到现在各种复杂的洗涤产品，洗涤剂的进步代表了化学工业的发展与人类对生活质量的更高要求。能够了解肥皂以及其它的衍生产品的洗涤原理，并对使用方法以及对环境的影响有一个条理的分析，对于生活中使用洗涤剂也有很好的指导作用。
一、肥皂的发明
肥皂要比洗涤剂早得多，据说早在三千多年前，罗马城外的圣波山上，肥皂被人们无意中制造出来了。在这座圣山上，人们燃烧贡品时，油脂顺势滴落到草木灰上成为最原始的肥皂，这些肥皂渗入到周围的粘土中。人们发现，当他们坐在这些粘土上，衣服沾上了粘土后反而比以前更容易洗干净。人们开始奉为圣土，后来才知道这是人们无意中的劳动收获。
公元70年，罗马的学者蒲林尼描述了用山羊油脂和柴灰制造肥皂的过程。在这个过程中要加入另一种东西----海盐。它能使肥皂浮在混合液上面，这就是我们今天所说的盐析作用。这个记载恐怕是对肥皂工业最早的描述了。由于当时产量很低，因而只能供有钱人使用，是污秽者的奢侈品。
1791年法国化学家尼考尔斯·菜布兰兹用氯化钠水溶液电解制得氢氧化钠，从此以后，肥皂才成为平民百姓都用得上的东西。然而，并非每个人都知道肥皂是什么东西。
从1811～1823年柴夫卢尔对肥皂产品进行研究后，令人满意地解释了什么是肥皂以及制造肥皂的化学反应。
二、肥皂的制造原理
油脂和氢氧化钠共煮，水解为高级脂肪酸钠和甘油，前者经加工成型后就是肥皂。肥皂实际上是长链有机羧酸的钠、钾或三乙醇胺[N(CH2CH2OH)3]的盐。其它羧酸的这些盐也是工业肥皂，但它们没有去污、清洁作用。
把动物脂肪或植物油跟氢氧化钠溶液按一定比率放在皂化锅内加热、搅拌，使之发生皂化反应。反应完成后，生成的高级脂肪酸钠盐、甘油和水形成了混合物；再向锅内加入食盐细粒，搅拌，静置，使高级脂肪酸钠从混合物中析出，浮在液面，从而跟甘油、食盐水分离，这个过程就叫做盐析。这样得到的肥皂含50％～60％水，是糊状的。把它继续加热脱水，当剩下约30％水时就能够制成固体、糕状的棒，再把它风干到只剩下10％～15％水分时，就可切成块。再进一步干燥到含水仅5％～10％时就可作成粉末。
反应方程式为：
(C17H35COO)3C3H5＋3NaOH（溶液）＝3C17H35COONa+C3H5(OH)3
上面的反应就能够解释古罗马人制造肥皂的过程。作祭品的动物脂肪中含有甘油三酸酯，柴灰的水解物中含有氢氧化钾或氢氧化钠，当它们一起被加热时脂肪就被分解生成少量的甘油和肥皂。
三、肥皂的种类
通常以高级脂肪酸的钠盐用得最多，一般叫做硬肥皂。其钾盐叫做软肥皂，多用于洗发刮脸等。其铵盐则常用来做雪花膏。
根据肥皂的成分，从脂肪酸部分来考虑，饱和度大的脂肪酸所制得的肥皂比较硬；反之，不饱和度较大的脂肪酸所制得的肥皂比较软。肥皂的主要原料是熔点较高的油脂。
从碳链长短来考虑，一般说来，脂肪酸的碳链太短，所做成的肥皂在水中溶解度太大；碳链太长，则溶解度太小。因此，只有C10～C20的脂肪酸钾盐或钠盐才适于做肥皂，实际上，肥皂中含C16～C18脂肪酸的钠盐为最多。
肥皂中通常还含有大量的水。在成品中加入香料、染料及其他填充剂后，即得各种肥皂。
普通使用的黄色洗衣皂，一般掺有松香，松香是以钠盐的形式而加入的，其目的是增加肥皂的溶解度和多起泡沫，并且作为填充剂也比较便宜。
白色洗衣皂则加入碳酸钠和水玻璃（有含量可达12%），一般洗衣皂的成分中约含30%的水分。如果，把白色洗衣皂干燥后切成薄片，即得皂片，用以洗高级织物。
在肥皂中加入适量的苯酚和甲酚的混合物（防腐，杀菌）或硼酸即得药皂。
香皂需要比较高级的原料，例如，用牛油或棕榈油与椰子油混用，制得的肥皂，弄碎，干燥至含水量约为10～15％，再加入香料、染料后，压制成型即得。
液体的钾肥皂常用作洗发水等，通常是以椰子油为原料制得的。
四、肥皂去污的机理
天然原料制的肥皂使用4种脂肪：牛油、棕榈油、椰子油和橄榄油。
有机酸要有洗涤本领必须含有9个碳以上的长链，而且洗涤本领随着碳链的增长而增强。然而，分子含18个碳以上的肥皂是不溶于水的，即使在热水中也不溶解。油酸（恰好含18个碳）是十分好的洗涤剂，因为它的顺式双链在第九和第十个碳原子之间，即在分子的正中间。
事实上，大多数有机洗涤剂都制成偶极分子，分子是由12～18个碳原子组成的长链。一端含疏水基团（排斥水的），另一端是亲水基团（吸引水的）。
因此，含18个碳的肥皂具有较好的洗涤本领，而分子含12个碳的肥皂在水中的溶解性就增强了。由含18个以上碳的长链分子组成的肥皂只用作擦洗的填充剂。这种擦洗剂需要有去污本领而无需溶解性。
要改进肥皂的洗涤性能，就必须先弄清肥皂能去污的机理。去污的过程是用很薄的膜除去脏物和油污，这层薄膜把脏物带到溶液中，乳化或呈悬浮状除去。此外，作为洗涤剂要能降低水界面的表面张力，从而使洗涤液能渗入到织物细小的缝隙中，加快织物湿润的过程。
一个物质要具有去污能力，首先必须能降低溶液的表面张力。纯水的表面张力为每厘米272个达因。但作为有效的洗涤剂必须把表面张力降低到每厘米230达因，把表面张力降到这个值只需要很少洗涤剂就足够了。
作用在一个水分子上的典型的作用力，可使水面上的分子进入溶液中---这就产生了表面张力。肥皂的分子被加到水中时，它会浮到水面上，因为在有机物的那端（疏水的）受极性的水分子所排斥。由于肥皂分子在水表面受水分子排斥，从而产生了一个对抗水分子相互吸引的力，结果就减少了表面张力。当肥皂水加到织物纤维中时，附在织物表面的油就聚成小油滴并离开织物表面。肥皂中有机物的那一端溶解在油中并使它离开织物纤维。与此同时，水在下面不断蠕动，加快了油滴离开的速度。在棉纤维中的极性基团（如纤维素中的羟基-OH）能吸引水，使水扩散（渗透）整个织物。
总的来说，除污去垢的反应大体是相似的。然而，因为污物可能是电中性的，或带正电荷的或带负电荷的。所以，对这个简单的理论进行一些修正也是必要的。
五、肥皂的去污原理
最主要的原理在于它的分子结构。肥皂是高级脂肪酸的钠盐，它的分子可分为两部分：一部分是极性的羧基，它易溶于水，是亲水而憎油的，叫做亲水基；另一部分是非极性的烃基，它不溶于水而溶于油，是亲油而憎水的，叫做憎水基。(其分子形似蝌蚪或火柴杆。它的大“头”是极性的羧基，易溶于水，为亲水憎油基。它的长“尾”为非极性的羟基，与有机物互溶，为亲油憎水基)在化学上称为“相似相容原理”。
例如：当肥皂溶于水时，在水面上，肥皂分子中亲水的羧基部分倾向于进入水分子中，而憎水的烃基部分则被排斥在水的外面，形成定向排列的肥皂分子。这种高级脂肪酸盐层的存在，削弱了水表面上水分子与水分子之间的引力，所以肥皂可以强烈地降低水的表面张力，因而是一种表面活性剂。
当肥皂在水中的浓度较低时，肥皂分子是以单分子形式存在的，这些分子聚集在水的表面，即亲水基团进入水中，憎水基团被排斥在水的外面。
当水中肥皂的浓度逐渐增大时，水的表面上聚集的肥皂分子逐渐增多而形成单分子层。
继续增大肥皂的浓度时，由于水的表面已被占满，水溶液内部的肥皂分子中憎水的烃基开始彼此靠范德华力聚集在一起，而亲水的羧基包裹在外面，形成胶体大小的聚集粒子，称为胶束。肥皂的胶束呈球形，形成胶束的最低浓度称为临界胶束浓度。
在临界胶束浓度前后，去污能力与肥皂的浓度有很大的关系：低于临界胶束浓度，去污能力随肥皂的浓度的下降而急剧下降。达到临界胶束浓度时，水的表面已被占满，水的表面张力降至最低。超过了临界胶束浓度，去污能力几乎不能随肥皂的浓度而改变。再增大水中肥皂的浓度，只能增加溶液中胶束的数量。其他的洗涤剂也是如此。
在洗涤衣物时，当衣物上的油迹或污垢涂上肥皂，肥皂分子就浸润到衣物的缝隙，肥皂分子中憎水的烃基部分就溶解进入油污内，其亲油基拼命进入油迹颗粒内，与油污结合，而亲水基则死死赖在水中，亲水的羧基部分则伸在油污外面的水中，油迹就被肥皂分子拉下水。油污下水后，油污被肥皂分子包围形成稳定的乳浊液。由于肥皂分子的“两栖”结构还具有乳化作用，又变成类似牛奶、豆浆、农药乳剂似的水包油型乳状液，使污垢分散在水中而不再回到衣物上，在洗涤过程中，肥皂分子将油脂和污垢包围起来并将其分解成许多小块，通过机械摩擦、搓揉和水的冲刷，油污等污物就脱离附着物分散成更小的乳浊液滴进入水中，随水漂洗而离去。这就是肥皂去污的最主要作用，就是肥皂的洗涤原理，
六、肥皂的缺陷
自从肥皂去污原理被人们认识之后，人们就试图改进它们的性能。因为肥皂存在不少弊病。肥皂虽然具有优良的洗涤作用，但也还有一些缺点。
⒈ 它在冷水中溶解得不好，在热水中才能较好地溶解。
⒉ 肥皂不宜在酸性水中使用，在酸性溶液中它不能很好地发挥洗涤作用，因为它在酸性溶液中会分解成不溶性的酸性肥皂和脂肪酸的团块。
⒊ 肥皂有一天生弱点，即怕硬水。肥皂不宜在硬水中使用，肥皂会与水中的钙、镁、铝及铁等元素反应，生成不溶于水的脂肪酸钙盐(或硬脂酸镁)沉淀（生成所谓金属皂），破坏了其去污能力。这就是盆、桶盛了肥皂水后出现环状污垢，织物用肥皂洗后出现一层不明显的薄膜的原因。这样不仅浪费肥皂，而且去污能力也大大降低。肥皂在软水中是很好的清洗剂。但遗憾的是我们日常生活中使用的水，特别是广大农村所用的水常常是硬水。
⒋ 制造肥皂，要消耗大量的动、植物油，所以近年来，根据肥皂的洗涤原理，合成了许多具有表面活性作用的物质。这些物质就叫做合成表面活性剂，它不仅可供洗涤用，而且还有其他方面的用途。
而洗衣粉等合成洗涤剂，其原料是石油、硫酸、十二烷基苯磺酸钠是典型的两栖分子。洗衣粉去污能力比肥皂强，适应性也比肥皂广。洗衣粉中的三聚磷酸钠能和硬水中的钙、镁离子生成一种可溶于水的络合物，因此不影响其除污垢的效果。
总之，随着人们生活水平的提高，各种新型的洗涤剂不断投入市场。这些产品丰富了我们的生活，给我们带来了整洁、干净、舒适的环境。但与此同时，我们必须对洗涤水造成的水质污染问题引起足够的重视，防患于未然。
