Коллоиды вокруг нас
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
Представьте, что вам предложили без помощи всяких машин разбить пополам валун весом в две тонны. Задача не из легких, но разрешимая; приоритет в ее решении принадлежит древним египтянам. Они разрушали камни с помощью.., кусков дерева. Находили в камне расщелину, вставляли туда сухой деревянный клин и поливали его водой до тех пор, пока дерево не разрывало камень. Иногда для этой же цели использовали горох. Причиной всему та энергия, которая выделяется при набухании. Процессы набухания изучает коллоидная химия. Только коллоидным веществам свойственно набухание — процесс, в результате которого образуются студни.
Проделаем несколько опытов с набуханием. Лучше всего пользоваться для этого желатиной; она очень ярко проявляет свойства, присущие коллоидам. Приготовьте сначала тонкий листок желатины. 10 граммов желатины опустите в четверть стакана холодной воды и подождите, когда желатина размокнет. Нагрейте воду до температуры 40—50°. Помешивайте желатину, пока она не растворится. Раствор вылейте на полиэтиленовую пленку и тщательно высушите на воздухе. Из полученного листка вырежьте силуэт рыбы. Положите ее на промокательную бумагу и осторожно подышите. Рыбка сразу же начнет извиваться и свертываться. Объясняется это тем, что дыхание увлажняет листок с той стороны, на которую вы дышите, он увеличивается в объеме и стремится изогнуться.
Набухшая желатина обладает интересным свойством: на ней можно получить и надолго сохранить красивый ледяной узор. Приготовьте такой же раствор, как и в первом опыте, только желатины возьмите в 2—3 раза меньше. Теплый раствор вылейте на стеклянную пластинку и сразу же поставьте ее в самое холодное место холодильника. Вода будет выкристаллизовываться в виде ледяного узора — как зимой на окнах. Если оставить желатиновый студень на морозе на 2—3 дня, лед будет испаряться. Когда вы дадите желатине медленно оттаять, на ней сохранится негативный отпечаток ледяных кристаллов.
Существует огромное множество пищевых продуктов — студней. Кисель, мармелад, простокваша не нуждаются в доказательстве своего коллоидного происхождения, но химики утверждают, что хлеб и мясо — тоже студни.
Хлеб — студень особенный, пенистого строения, но все же студень, со всеми его характерными свойствами. Попробуем с этой точки зрения понять, почему хлеб черствеет. От высыхания? Это объяснение кажется наиболее правдоподобным, но, к сожалению, оно далеко от истины. Хлеб черствеет даже в запаянной капсуле. А если черствый хлеб подогреть в духовке, он становится мягче, хотя, казалось бы, должен был высохнуть еще больше. Химических изменений при черствении хлеба не происходит. В чем же тут дело?
В хлебе есть, по меньшей мере, три вида коллоидных частиц: белок, крахмал, который очень легко образует студень-клейстер, и целлюлоза, примерно такая же, как и в дереве, которое раскалывало камень.
Вы, наверное, видели, как простокваша при хранении выделяет зеленоватую сыворотку и сама уплотняется при этом. Такое явление присуще многим студням и называется синерезисом. Его можно наблюдать и на крахмальном клейстере. Постепенно крахмал собирается в кусочки, отсекая жидкость — слабый раствор крахмала. При нагревании же снова получается однородный студень. Маленькие губчатые частички хлеба, содержащие крахмал, тоже подвержены синерезису. При хранении хлеба частички сжимаются, рвутся, образуют сухие уплотненные крошки — хлеб черствеет. Выделяющаяся влага некоторое время остаемся в хлебе; поэтому если недавно зачерствевший хлеб подогреть, то крахмал впитает в себя эту влагу и вновь набухнет. Так к хлебу возвращается свежесть.
Мясо — также коллоидное вещество, следовательно, оно способно к набуханию; и чем сильнее оно набухнет, тем нежнее будет на вкус. Набухание лучше идет в присутствии кислоты. К этому эмпирически пришли кулинары: вот почему они обрабатывают жесткое мясо уксусом или кислым молоком. Убедиться в том, что кислота помогает набуханию, можно на том же желатине; попробуйте провести набухание сухой желатины в воде и для сравнения в слабокислом уксусном растворе.
Вообще, повара и домашние хозяйки — прекрасные коллоидохимики. Ведь приготовление варенья — коллоидный процесс, приготовление простокваши — тоже. Кофе, чай, пиво — коллоиды. Молоко, сыр, творог, мороженое — также коллоиды. И, конечно же, классический коллоид — мясной студень, по имени которого названа обширная группа коллоидных систем.
В студнях, как и вообще в растворах, могут проходить химические реакции. Если в результате реакции образуется осадок, то выпадает он в студне в своеобразном виде. Движение частиц в студне затруднено, поэтому осадок выпадает не непрерывно, как в растворе, а периодически, слоями. Это явление впервые наблюдал немецкий химик Лизеганг еще в конце 19-го века.
Автор: О. Либкин.