好头发的日子:一个好的化学案例

人类头发的物理结构可以通过显微镜看到。它由三层死皮细胞组成:角质层是由细胞像鱼鳞一样重叠而成的光滑外层;皮层是一层厚厚的中间层，由梭形细胞组成，充满角蛋白和头发颜色;髓质，一个相对狭窄的中心柱，包含立方体形状的细胞和空气袋。

头发的化学结构在显微镜下是看不见的。和所有物质一样，头发是由被称为原子的微小单位组成的。原子的外层由更小的粒子组成，它们被称为电子，围绕着原子的中心区域旋转。当两个或两个以上的原子结合形成分子(原子的组合)时，它们通过交换或共享电子来形成分子。

在分子水平上，头发主要由角蛋白分子链组成。这些链是由化学键交叉连接在一起的，这与梯子的两侧由梯级连接在一起的方式大致相同。这些键包括在胱氨酸中发现的硫原子之间非常强的连接，以及角蛋白分子其他部分中氢原子之间弱得多的电吸引力。

在直发中，相邻角蛋白链上大约相同位置的原子之间形成键。这就形成了相对水平的“梯级”，使“梯子”的两侧保持笔直。在波浪或卷曲的头发中，来自相邻角蛋白链不同位置的分子相互吸引，形成拱形键，导致角蛋白阶梯的两侧弯曲或环绕。

至于颜色，头发的深浅是由皮肤细胞产生的一种叫做黑色素的天然色素决定的。令人惊讶的是，只有一种黑色素——一种被称为真黑色素的黑色色素——负责大多数头发的颜色，从金色到黑色。公式很简单:真黑色素含量越高，头发颜色越深。18新利最新登入然而，真黑色素并不是红头发的功劳，红头发独特的颜色要归功于一种更罕见的、红色的黑色素——褐黑色素。当皮肤细胞变老并停止产生真黑色素或非黑色素时，一个人的头发就会变成灰色或白色。

我们的基因决定了头发的颜色和质地，但有很多方法可以绕过基因。三分之一的美国女性染头发，一半的美国女性烫发或放松头发，这可以证明，头发的化学成分是很容易改变的。烫发、松弛剂、染发、洗发水、护发素，甚至卷发棒和吹风机都是通过修补头发的正常化学结构来发挥魔力的。

事实上，每次你洗头或游泳时，你都会产生一个小的化学反应。富含氢的水分子会破坏头发角蛋白链之间的弱氢键，即使是最卷的头发在潮湿时也会暂时拉直。当头发变干时，氢键重新建立，波浪或卷发又回来了。

与之相反的是，直发被浸湿，然后缠绕在发夹或卷发棒上，这样角蛋白链的不同部分就彼此相邻了。随着头发变干，它会形成新的氢键，并暂时从直发变成卷曲或波浪。吹风机、电动卷发器和卷发棒都遵循同样的原理，但使用热能来加强新的粘合模式。

但那些靠卷发棒或吹风机做发型的人都知道，他们的努力可能在几分钟内就白费了。只需要一点点雨水或潮湿的海风就能让你头发的氢键恢复正常排列。

为了更持久地改变你的发型和头发化学，你必须转向永久的波浪(烫发)或拉直。这些过程不仅会改变头发的氢键，还会分裂不受水影响的更强的化学键。虽然挥舞和拉直(也称为放松)会产生相反的结果，但这两种方法使用了相同的化学技巧。

无论头发是烫发还是放松，第一步，也就是所谓的软化，都包括缩发。还原是一种向化合物中加入氢的化学反应。在烫发或拉直的过程中，还原剂，有时与热量一起，会破坏头发的水稳定键——主要是胱氨酸中硫与硫的连接。

在这个过程的下一步，称为重排，角蛋白链被塑造成所需的结构。这是通过将软化的头发缠绕在棒上产生卷发或将其平放以拉直来完成的。

最后一步，硬化，通过重建硫-硫键和其他将发丝连接在一起的水稳定分子链接，使重新排列成为永久性的。这是通过氧化来完成的，氧化是一种化学反应，通过向化合物中添加氧气来逆转还原。对于烫发和松弛剂，引发氧化的化学物质不是溴酸钠就是过氧化氢溶液。

虽然烫发和拉直被称为“永久性的”，但烫发和松紧剂不会改变头发基质。因此，它们的影响最终会随着头发的生长而消失。

如果按照说明正确配制和使用，烫发或放松头发的产品不应该改变它的颜色或显著削弱它。但如果不小心制造或使用这类产品，头发和头皮都可能受损。例如，1995年，美国食品和药物管理局(FDA)警告不要使用两种以里约热内卢头发自然定型系统(hair Naturalizer System)的名义销售的头发松弛剂。在1800多名消费者投诉这些产品刺激了他们的头皮，导致他们的头发脱落或变绿后，FDA采取了这一行动。FDA调查人员发现，这些产品含有过多的酸，而且标签不当。

另一个必须小心控制的过程是漂白，以避免不愉快的结果。头发通常是用过氧化氢漂白的，过氧化氢是一种化学物质，它可以氧化头发的黑色素，使头发变浅。

过氧化氢的浓度越大，停留时间越长，头发就会变得越浅，直到接近典型的“漂白金发”那种刺眼的黄白色。漂白过程可以通过用非常热的水或丙酮酸等温和的酸性溶液冲洗头发来停止。

漂白剂的效果还取决于在过氧化物溶液中加入多少氢氧化铵(一种激活氧化作用的化学物质)。18新利最新登入过多的氨化合物会产生不吸引人的红色。

染发也依赖于氧化作用，染发能够产生从姜黄色到栗色的彩虹般的自然色调。着色剂是一种复杂的化学混合物。氧化作用由显影剂提供，通常是过氧化氢或另一种氧化剂。显影剂作用于中间体。中间产物是人工合成的化合物，通常来自煤焦油，当它们被氧化时就会变成染料。

头发颜色的其他成分包括修饰剂，增强或稳定某些深浅颜色的化合物;抗氧化剂，防止中间体在涂在头发上之前被氧化;还有碱性剂，通过软化头发来提高染料的吸收。

和其他头发护理一样，染发不会改变产生头发的细胞或色素。因此，染发的人如果想在两次染发之间保持头发均匀的颜色，就必须定期润发。

近年来，许多女性尝试了半永久性和暂时性的染发。半永久色使用较低浓度的氧化剂，用四到六次洗发水就能洗掉。临时发色，或漂洗，是一种酸性染料，只覆盖在头发表面，很容易在下一次洗发水中被洗掉。因为它们只是在头发表面添加了一种颜色，所以只能用来产生更深的头发颜色。

从化学家的角度来看，烫发、放松和染发是对头发最苛刻的处理方式。但是洗发水和护发素也利用化学物质来达到它们的效果。

洗发水的作用是清洁头发，所以几乎所有洗发水的主要成分都是洗涤剂也就不足为奇了。洗涤剂与水结合时会产生阴离子或带负电荷的溶液。这种配方通过吸引正电荷离子(如油脂)来清洁头发。但它也容易弄乱头发的外角质层，这就解释了为什么刚洗过的头发经常会飘散，难以打理，而且相当暗淡。

为了抵消这些不良影响并抚平头发角质层，人们通常在洗头后用阳离子或正电荷的溶液冲洗。在过去的几年里，人们用醋、柠檬汁或啤酒来达到这个目的。这样的漂洗会让头发更有光泽，更容易梳理，但会让头发闻起来像拌过的沙拉或啤酒厂的味道。现代护发素也能达到同样的效果，而且还有一种更适合头发的宜人香味。

季铵化合物是最重要的一类调节剂。这些阳离子物质结合在洗发的阴离子线上，有助于抵消静电和飘散的头发。因为烫发、放松或上色的头发比正常头发含有更多的阴离子，所以制造商为经过强烈化学处理的头发设计了含有阳离子成分的特殊护发素。有些配方甚至可以通过使用阳离子蛋白质暂时修复或加强化学处理过的头发，这些阳离子蛋白质通过氢键附着在头发被削弱的角蛋白链上。

当然，最好从一开始就避免损伤头发。如何让你的头发看起来不像化学实验失败的结果，专家们提供了一些建议。18新利最新登入首先，他们警告说，做任何事情都要有节制。不要在短时间内反复烫发、染发或拉直，以测试头发形成和重组化学键的能力极限。

其次，在你仔细考虑并确定你想要达到什么样的效果之前，不要开始任何治疗。如果你一时冲动决定把你的直发烫成狮子狗发型，或者把你的乌鸦发漂白成铂金色，你可能需要几周或几个月的时间才能在不严重损伤头发的情况下再次改变你的发型。

第三，严格遵守护发产品上的所有说明。在开始任何对时间敏感的化学过程之前，比如上色或烫发，先做个预演——在脑子里演练一下整个过程，列出你需要的所有物品。

最后，如果你最终造成了头发灾难，去找专业的护发师。不要试图自己用家庭疗法或其他化学产品来解决问题。专业人士可能会挽救你的头发，为你提供修复受损的产品，或者至少剪掉你的头发，这样在你等待受损的头发长出来的时候，它看起来还算有吸引力。

这里还有最后一个建议:考虑对你天生的头发感到满足，不管它是弯的还是直的，洗碗水般的金黄色还是胡萝卜红色。如果你培养了一种强调头发自然美的风格，而不是需要你不断地把头发弄得服输的人工造型，你会节省很多精力——无论是化学上的还是个人的。