Химия по жизни. Как устроен наш быт, отношения, предметы и вещи с точки зрения химических реакций, атомов и молекул - Кейт Бибердорф

После того, как я нанесла на волосы термозащитное средство, я использую фен. Так как мокрые волосы «мокрые» из-за молекул воды на них, вода может естественным образом испаряться при температуре ниже 100°C (212°F). Думаю, это неудивительно для тех людей, кто сушит волосы «естественным» образом (когда те высыхают сами по себе). С научной точки зрения дать волосам высохнуть самим – это так же естественно, как и испарение воды из стакана.

Интересный факт: когда влажные волосы подвергаются воздействию тепла, они могут реагировать разными способами, поскольку химическая активность зависит от температуры тепла. Кожа головы может повредиться при температуре ниже 110°C (230°F), и это повреждение похоже на небольшой ожог; такой ожог, как если бы вы поднесли руки слишком близко к сушилке. Но обычно кожа головы может восстановиться самостоятельно.

Непоправимое тепловое повреждение (или химическое повреждение) происходит при температуре от 176°C (349°F). Сильный жар вызывает разрушение кератиновой цепочки; просто поищите видео #hairfail в интернете и посмотрите сами. Бедные люди сожгли себе волосы, потому что они или (1) не использовали термозащиту, или (2) воздействовали горячим воздухом на волосы слишком долго.

В общем-то (но на самом деле нет, я объясню это позже) оптимальная температура для сушки волос составляет примерно 135°C (или 275°F). Эта «идеальная» температура позволяет ускорить процесс испарения влаги, однако не настолько высока, чтобы вызвать химическое повреждение.

Когда я впервые об этом узнала, то предположила, что большинство фенов выдают поток воздуха с температурой от 100 до 135°C (212–275°F). Но, подумав еще пару секунд, я поняла, насколько это опасно. Вода закипает при температуре 100°C (212°F), и только от одного пара можно получить неприятный ожог. Мой муж совсем недавно обжег паром два пальца, и волдыри были настолько огромными, что я даже собиралась отвезти его в больницу.

Представьте, какую боль вы бы испытывали, если бы решили попарить свое лицо при температуре 135°C (275°F). На наших руках есть мозоли, защищающие нас от случайного взаимодействия с высокими температурами; однако кожа головы ничем не защищена. По правде говоря, она очень чувствительная, так что тепло в 135°C (275°F) казалось бы просто невыносимым.

Большинство фенов для сушки и укладки волос могут выдавать воздух с температурой от 40 до 50°C (104–122°F). И это ничто по сравнению с техническим феном, который похож на фен, но выдает струю воздуха с температурой 600°C (1100°F). Вы никогда не захотите использовать технический фен для сушки волос. Еще во времена, когда я училась в аспирантуре, я попала под сильный дождь. Тогда ко мне пришла замечательная идея высушить мокрую одежду техническим феном. Горячий воздух был таким приятным, но ровно до того момента, как я поняла, что он начал прожигать ткань моей рубашки.

Итак, если фены выдают поток воздуха с небольшой температурой, то как именно испаряется вода из наших волос? Чтобы ответить на этот вопрос, мне нужно рассказать вам о том, что же такое температура на самом деле. Когда ученые используют термин «температура», мы указываем среднюю кинетическую энергию системы. В химии кинетическая энергия обозначает движение молекул, и она прямо пропорциональна их скорости (значению того, насколько быстро они двигаются).

Если мы взглянем на какой-нибудь образец воды, то нам будет казаться, что все молекулы движутся с одинаковыми скоростями. Однако они двигаются по-разному. Это происходит из-за ряда факторов; например, молекулы постоянно бьются друг об друга и стенки контейнера. Когда молекулы воды набирают необходимую скорость, они могут стать молекулами газа.

Просто представьте детей в спортзале. Если вы дадите им немного свободного времени, то вскоре они устроят полный хаос: будут беспорядочно бегать по всему помещению, толкая друг друга или отталкиваясь друг от друга. Одна часть детей бегает, а другая просто стоит на месте. Рассматривая эту систему, будет неправильно сказать, что бегают все дети. Вместо этого мы можем рассчитать среднюю скорость детей, которая и будет температурой спортзала.

Но как это относится к нашим фенам? Что же, давайте посмотрим на детей, бегающих по залу. Они двигаются быстрее других детей и, вероятно, хотят выбраться из душного зала, чтобы побегать на свежем воздухе. Когда появится возможность (например, откроются двери спортзала), дети сразу побегут на выход. Бегавшие до этого дети побегут к дверям быстрее всех, и уже за ними потянутся остальные (если начнут двигаться быстрее).

То же самое происходит с молекулами воды на мокрых волосах. Фен придает им немного дополнительной энергии, чтобы они начали вибрировать. Когда молекулы воды накапливают достаточное количество энергии, то открепляются от волоса и уходят в атмосферу. Когда это делают все молекулы, наши волосы становятся сухими.

У вас может возникнуть вопрос: если фен не выдает очень горячий воздух, то зачем перед сушкой мы использует термозащитное средство? Дело в том, что нам не нужно сушить волосы! Волосам требуется защита от горячих инструментов, например, утюжка для выпрямления волос или щипцов для завивки, которые очень сильно нагреваются. Так почему же первое средство, которое мы наносим после душа, это термозащита? Потому что равномерно распределить термозащитное средство намного проще по влажным волосам.

В отличие от фена, инструменты для завивки и выпрямления волос работают на высоких температурах, из-за чего могут сильно повредить ваши волосы. Качественное термозащитное средство позволяет какое-то время воздействовать на волосы высокими температурами, при этом не нанося им никакого вреда. Это можно сравнить с криогенными перчатками, с помощью которых я могу выдержать температуру замерзания жидкого азота – но всего несколько секунд.

При правильном использовании горячий инструмент даст достаточно тепла, чтобы заставить молекулы в кератине двигаться, но недостаточно тепла, чтобы вызвать какие-либо нежелательные химические изменения. Другими словами, воздействие тепла на молекулы в течение короткого времени изменяет взаимодействие между молекулами, а не связи внутри них.

В выпрямленных или накрученных волосах изменились водородные связи (межмолекулярные взаимодействия) между молекулами цистина. Например, изначально атом водорода в цистине А притягивался к атому азота в цистине В, однако теперь он притягивается к атому азота в цистине С. Перегруппировка молекул может показаться чем-то неважным, однако это можно сравнить тем, что вы строите замок, но внезапно решаете заменить все красные детали Lego на синие. Детали имеют одинаковую структуру и прочность, но теперь ваш форт выглядит иначе. Новые связи, образующиеся в наших волосах, позволяют нам завивать прямые волосы или выпрямлять кучерявые. Направление движения инструмента и тепло от него перемещают молекулы в нужное положение.

Для образования новых связей между