牙膏是酸性的还是碱性的

发表于《高中数理化》，也是山东科技出版社出版的《用原子的眼睛看世界——中学化学关键知识解读》的一篇。

1. 为什么吃糖过多容易发生龋齿？为什么制造口香糖时，用木糖醇替代蔗糖就能有利于保护牙齿？

常见糖果的主要成分是蔗糖，它很容易水解变为葡萄糖和果糖。其中葡萄糖（CH₂OH-CHOH-CHOH-CHOH-CHOH-CHO）是一个醛糖，其分子结构中的醛基很容易被氧化为羧基，变为葡萄糖酸，具有酸性。

牙釉质的主要化学成分是羟基磷灰石[Ca₅(OH)(PO₄)₃]，它虽然不易溶解于水，但难溶物并非绝对不溶，羟基磷灰石在牙齿表面溶液中存在如下溶解平衡：

Ca₅(OH)(PO₄)₃ ≒ 5Ca²⁺ + OH^- + 3PO₄^3-

溶解产生的OH^- 、PO₄^3- 均易跟酸电离出的H⁺ 结合，使这些离子的浓度下降，从而导致上述平衡不断向右移动，牙釉质被溶解——龋齿就发生了。

木糖醇是戊五醇（HO-CH₂-CHOH-CHOH-CHOH-CH₂-OH）。

它跟蔗糖、葡萄糖一样具有甜味且基本没有毒性，但却不会在短时间内被氧化为酸，所以用木糖醇替代蔗糖作为口香糖中的甜味剂，就可以避免龋齿的发生。

需要说明的是，酸性物质对牙釉质的腐蚀作用是持续发生的，同时牙釉质自身也有修复作用，只要口腔液不是长期保持酸性状态，并不那么容易造成龋齿。所以偶尔吃糖不必担心，需要克服的是嗜糖心理。

2. 牙膏里都含有那些化学成分？

牙膏属于精细化工产品，其基础成分包含两类物质：摩擦剂、清洁剂（表面活性剂）。

牙膏的前身是“牙粉”，早期的牙粉主要用细粉状的碳酸钙作为摩擦剂、用肥皂末作为清洁剂。这两样东西都对人体无毒无害。

为便于保存、运输和使用方便，后来人们把牙粉糊化，牙膏就诞生了。

随着牙膏的商品化、普及化，里面的成分除摩擦剂、清洁剂外，各种添加剂陆续登场，增加了牙膏花色品种的同时，其价格也随之水涨船高。

只是由于它的生产成本整体上不高，加之每日用量毕竟有限，所以还是一种平民化的精细化工商品。

目前各牙膏厂家所采用的摩擦剂成分有所不同，但无外乎碳酸钙（CaCO₃）、水合磷酸一氢钙（CaHPO₄·2H₂O）、焦磷酸钙（Ca₂P₂O₇）、二氧化硅（SiO₂）等便宜易得且无毒无味物质。

摩擦剂的颗粒直径一般需要控制在几微米到几十微米。若摩擦剂颗粒过大，刷牙时会产生不舒服的沙粒感，颗粒过小则起不到摩擦作用。

说来你可能不信，早期牙膏中的清洁剂（表面活性剂）跟洗衣服用的洗衣粉是一样的——对十二烷基苯磺酸钠。

因为一次刷牙用量很小，且一般不会被咽下，并不会对人体健康造成危害。

后来，由于人们担心对十二烷基苯磺酸钠中的苯环结构对人体有害，用月桂醇硫酸钠（十二烷基硫酸钠）替代了它。

这两种物质都是中性的表面活性剂，能快速发泡，清洗牙齿表面污垢。

为保持牙膏呈软性膏状、防止其失水变硬，一般要在牙膏中添加保湿剂。

常用的保湿剂有甘油（丙三醇）、山梨醇、丙二醇、二聚乙二醇（二甘醇）等。

这些物质都具有多羟基结构，可跟水分子间形成大量氢键，以避免牙膏中的水份挥发逃逸。

为避免细菌对牙膏的污染，以延长其保质期、使用期，现代牙膏中常常添加山梨酸钾、苯甲酸钠等防腐剂。

为改善口味，牙膏设计和制造者还会在其中添加一些风味物质。比如甜味剂，以及薄荷醇、肉桂醛等香料。这些风味配方往往是各种品牌牙膏的商业机密。

3. 牙膏是酸性的还是碱性的？

如本文问题1所述，牙齿是怕酸的。

所以牙膏一般不可能呈酸性，不管你使用时口腔的感觉如何。刷牙是为保护牙齿的，你弄一个酸性的牙膏，从科学原理上就讲不通，还能卖得出去吗？

从羟基磷灰石的溶解平衡看，似乎碱性有利于避免牙釉质的损坏。

但碱性过强对口腔的其他软组织有腐蚀作用，所以牙膏一般应该呈中性或极弱的碱性。

4. 抗过敏、防龋齿、美白牙膏里都掺了些啥？

牙膏发展的早期，其性能比较单一，就是为清洁牙齿。

后来随着对牙齿和口腔健康的深入研究，牙膏也陆续增加了一些附加功能。

牙齿过敏的主要原因是牙釉质破坏使得牙本质外露，牙齿神经受到外界刺激（咀嚼时的机械作用力、口腔电解质刺激等）而引起的不适感。

有的牙膏采用添加具有脱敏作用的电解质的方法，逐渐降低牙神经对于外界刺激的敏感度。

更多、更好的方案则是设法补强牙釉质，将裸露的牙本质重新遮盖住。这跟防龋齿的原理完全一致。

龋齿的发生原因在于致密而坚硬的牙釉质遭到破坏，里面相对疏松的牙本质很快溶解，造成牙齿空洞。

为防止龋齿，修复或增强牙釉质，科学家提出了两类方案：

一是在牙膏中添加含有锶离子（Sr²⁺）的化合物，因为锶跟钙同族，其性质接近，而Sr²⁺半径略大于Ca²⁺，这样就会有部分Sr²⁺替代Ca²⁺进入牙釉质结构，使得牙釉质结构更加致密、牢固。

二是在牙膏中适量添加F^-（氟化钠、氟化亚锡、单氟磷酸钠、氟化锌等），刷牙时部分F^-替代OH^-进入牙釉质，将羟基磷灰石转化为更加难溶的氟磷灰石[Ca₅F(PO₄)₃]，牙釉质被人为加固、不易被酸性物质腐蚀。

值得注意的是，氟离子F^- 是剧毒物质，所以牙膏内掺入的F^-浓度不可能太大。

美白牙膏则跟上述两类不太一样，它的目标是让牙齿更加洁白，那就以去掉牙齿表面的有色杂质为主要考量。

这类牙膏一般通过改换硬度更大的摩擦剂（比如将碳酸钙换为磷酸一氢钙、石英等）、调整摩擦剂颗粒大小（一般会偏大），增大刷牙时的摩擦力度，以期快速将牙齿表面有色物质磨掉。

所以长期使用该类牙膏要慎重，因为摩擦力大，牙釉质也容易受到损伤。

也有适量添加过氧化物漂白剂的牙膏产品，利用过氧化物的强氧化性将牙齿表面的有色物质漂白去除。

为防止牙龈发炎等常见口腔疾病，也有的牙膏中掺入一定比例的具有抗菌消炎作用的中草药，甚至一定浓度的西药等，制成各种专用牙膏。