Стюарт Арнольд (Мюнхен, Германия)
Натуральный каучук состоит из звеньев полиизопрена, скользящих одно о другое при растяжении материала. Поскольку сырой каучук — вещество вязкое и мягкое, ему трудно найти применение. Чтобы он стал более твердым, в него добавляют такой химический реагент, как сера, которая создает химические поперечные связи между звеньями. От этого каучук твердеет и становится менее вязким. Этот процесс называется вулканизацией. Со временем ультрафиолетовые лучи и кислород вступают в реакцию с резиной, образуя химически активные радикалы, разбивающие звенья полиизопрена на короткие сегменты. В результате резина фактически вновь превращается в сырой каучук — мягкую, вязкую массу. Тем временем эти радикалы могут также образовать новые короткие поперечные связи между звеньями. Резина затвердевает и в итоге становится хрупкой. Этому процессу содействуют любые вулканизующие агенты, сохранившиеся в резине. Как ведет себя резиновое кольцо — становится жидким или твердеет, — зависит от относительной активности данных процессов, а сами показатели активности зависят, в свою очередь, от качества резины, то есть от того, какие добавки, наполнители и красители она содержит, а также от условий хранения. Тепло и свет ускоряют эти реакции (например, при повышении температуры на 10°C реакция станет протекать вдвое быстрее), а наличие таких сильных окислителей, как озон, способствует образованию еще большего количества радикалов. Таким образом, судьбу вашего резинового кольца определяют комнатная температура и его местонахождение, то есть стоит ли ваш стол у окна или рядом с устройством типа фотокопировального аппарата, который способствует образованию озона. Какое количество света и тепла необходимо для таких изменений? В основе химии полимеров резины лежит множество факторов, поэтому дать точный ответ на этот вопрос трудно. Вне сомнения, химические реакции протекают медленнее, если резина находится в холодильнике, и быстрее — если ее оставили на столе под лучами солнца. По приблизительным подсчетам, при повышении температуры на 10°C реакция ускоряется вдвое, но при этом нельзя не учитывать такие факторы, как кислород и свет. Большое значение имеет состав резины, такие ее компоненты, как вулканизующие агенты, наполнители или красители, поглощающие световую энергию или способствующие перемещению радикалов. И наконец, на процесс старения резины влияют концентрация озона, интенсивность ультрафиолетового излучения и степень растяжения резины. При растяжении звенья полиизопрена сближаются, что позволяет радикалам с большей легкостью передвигаться от одного звена к другому, образуя между ними новые связи.
Автор-составитель
Секреты лимона
Почему разрезанные яблоки и груши не темнеют, если их сбрызнуть лимонным соком?
Брайан Добсон (Алтон, Великобритания)
Чтобы ответить на данный вопрос, прежде всего нужно понять, почему ткани некоторых растений в местах порезов приобретают коричневый цвет. Клетки растений имеют различные полости, в том числе вакуоли и пластиды, которые отделены друг от друга мембранами. В вакуолях содержатся производные фенола, которые иногда имеют ту или иную окраску, но обычно бесцветны. В других полостях клетки находятся энзимы, называемые фенолоксидазами. В здоровой клетке растения мембраны отделяют производные фенола от оксидаз. Однако, если клетка повреждена (например, при разрезании яблока), производные фенола могут вылиться из вакуоли через проколотую мембрану и вступить в контакт с оксидазами. Кислород, содержащийся в воздухе, способствует тому, что эти энзимы окисляют фенольные производные. В результате данной реакции образуются продукты, защищающие растение, регенерирующие его поврежденные ткани, но при этом окрашивающие их в коричневый цвет. Реакцию потемнения могут предотвратить один-два агента, оба присутствующие в лимонном соке. Первый агент — витамин С, биологический ингибитор, образующий при окислении бесцветные вещества, в отличие от производных фенола, образующихся в яблоке. Второй агент — органические кислоты, и в частности лимонная кислота, снижающая рН оксидаз и таким образом замедляющая процесс потемнения. В лимонном соке витамина С в 50 раз больше, чем в яблоках и грушах. И лимонный сок с рН < 2 гораздо кислее, чем яблочный сок, в чем можно убедиться, попробовав и то и другое на вкус. Поэтому лимонный сок мгновенно предотвращает потемнение. Потемнение нарезанных кусочков яблока можно предотвратить и без лимонного сока, поместив их в азотную или углекислую среду, где нет кислорода, необходимого для оксидаз. Реакцию потемнения очень удобно наблюдать на сельдерее. Для этого нужно отрезать от его корневища крупный, относительно ровный кусок и обложить его несколькими маленькими кружочками фильтровальной бумаги, пропитанными разными растворами — яблочного сока, витамина С, других антиоксидантов, лимонной кислоты, других кислот и т. п. Под кружочком, пропитанным веществом, которое блокирует активность оксидаз, останется белый круг; вся остальная поверхность потемнеет.
Стивен К. Фрай (Институт клеточной и молекулярной биологии Эдинбургского университета, Великобритания)
Полифенолоксидаза (ПФО) была обнаружена в грибах в 1856 году Кристианом Шёнбейном. В природе этот фермент имеет широкое распространение — он присутствует в организме человека, большинства животных и у многих растений. У растений ПФО выполняет защитную функцию, оберегая плод с поврежденной кожурой от насекомых и микроорганизмов. Потемнение на поврежденной кожуре отталкивает насекомых и животных, а соединения, образующиеся в процессе потемнения, создают антибактериальный эффект. В некоторых видах растительной пищи эффект потемнения желателен. Например, чаю, кофе или шоколаду он придает характерный приятный вкус. Но потемнение других видов растений или фруктов — для фермеров целая проблема. Плоды с коричневыми пятнами на кожуре трудно продать, у них неприятный вкус.
Анжелес Эрнандес И. Эрнандес (Кристаллографическая лаборатория Андалусского института геофизики, Гранада, Испания)
Черное пиво?
Когда мне в баре наливают пинту крепкого ирландского портера, я вижу, что это черная жидкость. Тем не менее пузырьки, скапливающиеся на поверхности, — белого цвета, хотя они имеют тот же состав. Также обстоит дело и с другими видами пива. Почему?
Стюарт Браун (Бристоль, Великобритания)
В интересах науки я налил себе крепкий ирландский портер, дождался, когда поднявшиеся пузырьки образовали кремовую «шапку», а потом положил немного пены на тарелку и рассмотрел ее в маломощный микроскоп. В отличие от мыльной пены, состоящей из множества полуслипшихся пузырьков, пена портера состоит главным образом из одинаковых по размеру сферических пузырьков диаметром примерно 0,1–0,2 мм, заключенных в оболочки из жидкости. По краям капли пены мне удалось различить отдельно сидящие пузырьки, и, глядя на предметы, которые я ставил за ними, я понял, что эти пузырьки действуют как рассеивающие линзы. Равно как прозрачный мраморный шарик, имеющий более высокий коэффициент преломления, чем окружающий воздух, может действовать как мощное увеличительное стекло, так и сферические пузырьки в пивной пене рассеивают свет, потому что содержащийся в них воздух имеет более низкий коэффициент преломления, чем окружающая их жидкость. В результате свет, проникающий в пену, сталкивается с многочисленными пузырьками и рассеивается в разные стороны, чему также способствуют отблески пузырьков. Часть лучей возвращается на поверхность, и, поскольку на волны всех длин воздействие одинаковое, пена выглядит белой. Рассеяние света от пены сродни рассеянию от капель воды, вызывающему образование облаков. Это так называемое рассеяние Ми. Я сел и осушил бокал. При более близком рассмотрении «шапка» портера на самом деле сливочного цвета, а несколько капель, оставшиеся на дне бокала, имели светло-коричневую окраску. Крепкий портер — на вид черная жидкость, но светопроницаемая, а в самой пене жидкости мало, ибо большую часть ее объема занимает воздух. Пивная жидкость между пузырьками поглощает часть рассеивающегося между ними света, придавая пене легкую окраску. Разумеется, чтобы убедиться в правильности первоначально полученных результатов, я повторил опыт несколько раз.
