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水分子之间通过氢键相互吸引。在液体内部，每个水分子周围都被其他分子包围，受力平衡。但在液体表面，分子只有下方和侧面有邻居，缺少上方的分子，因此受到向内的净拉力，这就是表面张力。表面张力使液体表面趋向于最小化，这就是为什么纯水很难形成稳定泡泡的原因。
肥皂分子具有独特的两亲性结构。分子的一端是亲水的羧基头部，带负电荷，能够与水分子形成氢键。另一端是疏水的长链烷基尾部，由碳氢原子组成，不溶于水但能与油脂相互作用。正是这种一端亲水、一端疏水的特殊结构，使得肥皂分子能够在水油界面发挥重要作用。
当肥皂溶解在水中时，肥皂分子会在水表面形成有序排列。亲水的头部朝向水相，疏水的尾部朝向空气。这种排列方式打断了水分子间的氢键网络，减弱了水分子间的相互作用力，从而显著降低了水的表面张力。纯水的表面张力约为72毫牛每米，而肥皂水的表面张力可降至25毫牛每米左右。
当我们吹泡泡时，肥皂水形成了一个独特的三层薄膜结构。最外层是肥皂分子，疏水尾部朝向外部空气；中间是一层水分子；最内层也是肥皂分子，但疏水尾部朝向泡泡内部的空气。这种双分子层结构就像一个柔韧的薄膜，既有足够的强度维持泡泡形状，又有良好的弹性来抵抗外界干扰。
泡泡的稳定性受多种因素影响。表面张力的平衡和薄膜的弹性为泡泡提供基本稳定性。但重力会使泡泡壁下部变厚、上部变薄，水分的持续蒸发也会让薄膜越来越薄。当薄膜厚度降到临界值以下，或受到外界干扰时，表面张力无法维持平衡，泡泡就会破裂。这就解释了为什么肥皂泡虽然美丽，但总是转瞬即逝。