Химия по жизни. Как устроен наш быт, отношения, предметы и вещи с точки зрения химических реакций, атомов и молекул - Кейт Бибердорф
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
А что, если ваш день начинается не с кофе, воды или сока? Есть ли какие-то другие популярные напитки? Согласно проведенному недавно исследованию, 11 % американцев на завтрак пьют газировку (я отношусь к этому числу людей), а оставшиеся 15 % пьют молоко и чай.
Думаю, вы уже знаете, что в основном молоко состоит из воды с небольшим количеством жира, белков и минералов. Так как жиры в молоке твердые, а вода – жидкая, то обычно такую уникальную комбинацию можно найти или в виде эмульсии, или в виде коллоида. Эмульсия – это жидкость, разбавленная другой жидкостью; коллоид – это твердые частицы, диспергированные в жидкости. В любом случае жиры и белки образуют взвесь в воде, благодаря чему мы получаем плотную жидкость.
Гомогенизированное молоко – это идеальный пример эмульсии, поскольку измельченные жиры с легкостью образуют взвесь в воде. Небольшие капли масла находятся в жидком состоянии и диспергированы в молоке.
Цельное молоко – это отличный пример коллоида из-за высокого процентного содержания твердого жира, который также образует взвесь в воде. Жировые капли здесь намного крупнее, так как это молоко нельзя эмульгировать. Несмотря на то, что под микроскопом эти жировые капли выглядят большими, их все еще очень трудно увидеть невооруженным глазом.
Если вы с трудом можете представить что-то из написанного выше, то сейчас же пойдите на кухню и достаньте заправку для винегрета. Когда вы достанете ее из холодильника, то увидите, что сверху слоя воды есть слой масла. Перемешайте заправку. Теперь перед вами идеальное макроскопическое изображение коллоида. Слои масла и воды перемешались между собой, и образовалась эмульсия (жидкость, разбавленная другой жидкостью), однако семена и другие объекты просто плавают в жидкости, из-за чего ее можно назвать коллоидом (твердое вещество, диспергированное в жидкости).
Вне зависимости от того, чем является ваше молоко, у вас есть немного времени, чтобы приготовить быстрый «химический» завтрак. Давайте рассмотрим яичницу из трех ингредиентов: яйца, мяса и овощей.
Важно, чтобы сковорода прогревалась равномерно, – только так у вас получится сделать омлет, одинаково готовый по всей своей площади, поскольку атомы сковородки поглотят много тепла от плиты.
Если мы пользуемся газовой плитой, то тепло будет выделяться в результате реакции горения, которая происходит непосредственно под сковородкой. В электрических или индукционных плитах для выработки тепла используется сложная система электричества и магнитов. Под индукционной варочной панелью прокладывается медный провод, по которому впоследствии пускают электрический ток. Если на индукционную плиту поставить чугунную сковородку, то медный провод будет индуцировать в нее электрический ток. Вы можете использовать любую сковороду из ферромагнитного материала, однако если вы возьмете любой другой материал, то можете сколько угодно пытаться приготовить хоть что-нибудь, но посуда просто не будет нагреваться. Если вы используете посуду из правильного материала, ток в сковородке вызывает резистивный нагрев. Этот процесс происходит, когда электроны металла пытаются протиснуться через ряд атомов железа.
Чтобы вам легче было понять, как выглядит резистивный нагрев, представьте футболиста, который пытается пробежать от одной зоны защиты к другой. К несчастью для него, на поле находятся сотни игроков из другой команды, и ему нужно сделать все возможное, чтобы прорваться через эту стену. Когда футболист доберется до другой зоны защиты, он будет «излучать» тепло – еще бы, после такой тренировки! То же самое происходит с электронами во время готовки на индукционной плите. Им нужно пробиться сквозь атомы железа в сковороде, и они прилагают так много усилий, что начинают выделять энергию.
Пока сковородка прогревается, я беру венчик и смешиваю два или три яйца в однородную смесь. Почему венчик? Дело в том, что он относится к молекулам внутри яиц мягче, чем другие приборы. Это может показаться нелогичным, но да, яйца лучше взбивать венчиком, а не ложкой или вилкой. С помощью венчика можно аккуратно смешать между собой белок и желток, не повредив их.
С точки зрения химии белок – это полипептид, большая молекула, образованная из двух или более аминокислот. Всего известно более пятисот аминокислот, при этом двадцать из них входят в состав нашей ДНК. Но только девять аминокислот считаются основными. Некоторые не могут быть синтезированы нашим организмом, поэтому мы должны получать их извне.
Обычно аминокислоты содержатся во всех видах пищи; особенно ими богато мясо. На молекулярном уровне все аминокислоты имеют четыре функциональные группы, связанные с центральным атомом углерода. В химии мы используем термин «функциональные группы» для описания небольших групп атомов, влияющих на реакционную способность молекулы. Каждый раз, когда мы, ученые, говорим о функциональной группе, мы говорим о небольшой части молекулы. Также это говорит о том, что остальные части молекулы не столь важны (по крайней мере, в данном примере).
Давайте поговорим о четырех функциональных группах в аминокислотах. Первая группа простая: это атом водорода (H). Вторая группа – амин (NH2), а третья – карбоновая кислота (COOH). Вне зависимости от того, какую из пятисот аминокислот вы решите исследовать, она всегда будет состоять из этих трех групп атомов. Индивидуальность аминокислоты зависит от четвертой группы. Например, если четвертая группа – это дополнительный атом водорода, то мы понимаем, что перед нами глицин. Однако если четвертая группа представляет собой длинную цепочку из углеродов и амина, то такую аминокислоту мы называем лизином.
Если аминокислоты всех видов объединяются, то образуются белки. Например, когда амин (NH2) одной аминокислоты вступает в реакцию с карбоновой кислотой (COOH) другой аминокислоты, то образуется дипептид со связью углерод – азот. Белки огромного размера, как, например, в яйцах, представляют собой очень большие молекулы, так что это реакция постоянно повторяется.
При взаимодействии с теплом белки из свернутого состояния переходят в развернутое. Тут можно провести аналогию с тем, как человек, свернувшийся калачиком, выпрямляется, принимая позу снежного ангела. Когда это происходит, длина белка увеличивается, и когда большая часть атомов подвергается воздействию тепла, яйцо из жидкого состояния переходит в твердое.
Белок начинает загустевать при температуре 63°C (145°F), при этом желток загустевает при температуре около 70°C (158°F). Однако, когда вместе взбиваются несколько белков, между молекулами образуются силы внутримолекулярного воздействия, которые обеспечивают стабильность
