ДРАГОЦЕННЫЕ ПУЗЫРИ
И в горе посыпали голову пеплом… — Две тысячи пенистых братьев. — Не хотите ли отведать мыла? — Керосин вместо масла. — Пиво и пламя. — Сверкающий огненный камень. — Что делают из пузырей. — Мастеру — слава! — Роскошь во мраке. — Огненная река. — Видишь: во Владивостоке зажгли спичку? — Шелковистое стекло.
Я пригласил тебя в путешествие по Химии еще и потому, что страна эта находится совсем недалеко. Не надо тратить недели и месяцы на дорогу. И каким бы нетерпеливым ты ни был, тебе не придется ждать, когда же появятся берега волшебной страны. К химическому берегу можно приплыть, не выходя из квартиры. Клеенка на столе, фанера, из которой сделан шкаф, велосипедная шина, авторучка… Сколько можно рассказать о них неожиданного! Или вот этот книжный лист. Ведь бумага, и типографская краска — это едва ли не самые драгоценные подарки химии.
Но времени у нас мало, а химический берег (даже та часть, которая заключена в одной твоей квартире) столь широк и велик, что нам следует торопиться: надо познакомиться хотя бы с самым интересным.
Где это самое интересное? Здесь же, рядом. В мыльнице. Да, да, прежде всего мы будем говорить с тобой об обыкновенном мыле. О том самом мыле, которое нам почти так же необходимо, как хлеб, вода, воздух. В самом деле, чем можно его заменить? Песком? Пемзой? Ими и на руках не всякую грязь ототрешь, а мыть лицо или стирать одежду лучше и не пробовать.
Сейчас даже трудно поверить, что было время, когда о мыле люди и не слыхали. А ведь оно появилось сравнительно недавно. Но история не сохранила имени того, кто его изобрел. Хотя, может быть, никакого изобретателя никогда и не было, а все произошло случайно. Примерно так. У древних людей существовал обычай (он сохранился кое-где и теперь): готовясь к празднику, смазывать волосы растительным или животным жиром. А в связи с печальными событиями, в дни траура и горя, на голову сыпали золу. Выражение «посыпать голову пеплом» живет и поныне во многих языках.
Что же произойдет, если вслед за праздником придет беда и если после умасливания голов их придется посыпать пеплом? Очевидно, жир и зола смешаются — и образуется довольно неприятного вида корка. Но если вытерпевшую столько невзгод голову опустить в воду и потереть, то не только зола и жир, но и вся другая грязь немедленно отмоется.
Так случилось раз, другой. Люди заметили это. И в конце концов решили, что приготовлять такую моющую смесь гораздо удобнее в горшке, а не на своей голове.
Но однажды посудина с жиром и золой оказалась у огня, разогрелась, смесь в ней закипела. Хозяйка, заметив это, испуганно отодвинула горшок.
— Вот несчастье! Наверное, испортилось добро…
И долго потом не могла успокоиться. А когда горшок остыл, поддела пальцем комочек варева, окунула руки в воду, потерла ладонь о ладонь. На руках появились и чуть слышно зашелестели, лопаясь, белые пузырьки. Вода их смывала, а вместе с ними исчезала и грязь. Такими чистыми руки у древней хозяйки никогда не были. Это родилось мыло.
С тех пор вот уже 2000 лет все люди пользуются этим мылом. И рецепт его приготовления остался прежним: жир и щелочные вещества (в золе содержится сода и поташ) смешивают и нагревают на огне. В туалетное мыло, кроме того, добавляют различные смягчающие и пахучие вещества.
И вот что интересно: люди веками употребляли мыло и не знали, как, почему оно снимает грязь. Заметили только, что оно хорошо моет тогда, когда хорошо мылится — образует много пены, пузырей. Если же вода жесткая (например, морская) и мыло в ней сворачивается катышками, то проку от такого мытья немного.
Как теперь установили ученые, пена — первое свидетельство, что мыло разошлось в воде на миллиарды мельчайших частиц — молекул — и что эта невидимая рать готова приняться за наведение чистоты.
Грязь в большинстве случаев — это не что иное, как множество маленьких капелек жира, приставших вместе с пылинками к одежде или рукам. Однако вода ничего сделать с жиром не может: она скатывается с него, а грязные пятна остаются на своем месте. Но если в воде есть молекулы мыла, то они находят жировую каплю, окружают ее плотным кольцом и вцепляются в нее.
Здесь надо сказать несколько слов об этих необычных молекулах. Как мы уже знаем, мыло можно получить, если жир, смешанный с едкой щелочью, нагреть до кипения. При этом жир распадется на более простые вещества, которые называют жирными кислотами. Молекулы этих кислот напоминают… головастиков: у каждой из них есть «головка» (карбоксильная группа СООН) и «хвост» — цепочка атомов углерода и водорода. При варке мыла углеводородный «хвост» остается неизменным, а вот «голова» преображается. К ней присоединяется щелочной металл. Получается, так сказать, головастик со вставным металлическим зубом. Теперь это уже молекула не жирной кислоты, а мыла. И, надо признать, довольно странная молекула.
Ее углеводородный «хвост» ненавидит воду, но любит родственные, углеводородные вещества — например, масло, жир. А у «головы» прямо противоположные вкусы: более всего ей мила вода. В результате молекулы обладают необычайной активностью. Мыльный раствор — это неисчислимые тучи молекул-головастиков, которые, раздираемые противоречивыми желаниями, мечутся во всех направлениях. Оказавшись у поверхности воды, они успокаиваются: ведь это так удобно — оставить в жидкости лишь «головы», а «хвосты» высунуть наружу, подальше от ненавистной влаги! Но еще приятней, если молекулам удастся отыскать, например, на ткани, погруженной в раствор, грязное масляное пятно. Огромные стаи головастиков жадно набрасываются на него и приклеиваются «хвостами». Благодать: «головы» — в любимой воде, «хвосты» — в желанном жире!
Ну, а теперь, если мы станем тереть ткань рукой, молекулы мыла, отрываясь от пятна, будут уносить с собой и ничтожные кусочки грязи. На оставшийся жир тут же набросятся новые молекулы. Так будет продолжаться до тех пор, пока вся грязь не перейдет в раствор. Получается, что благодаря мылу масляная капля стала смачиваться водой и разрушаться.
Следует добавить, что смытые частицы вернуться на ткань уже не смогут; каждая из них теперь окружена плотной толпой головастиков.
Такой принцип действия мыла ученые назвали поверхностной активностью: ведь его молекулы энергично работают, проявляют активность на поверхности масляной капли, точнее говоря, на границе двух сред — соды и жира.
А зачем нужно изучать всю эту технологию борьбы мыла с грязью? Моет — и хорошо, пусть себе моет и впредь!
Но эти исследования помогли сделать большое открытие. Обнаружилось что поверхностно-активных веществ множество. Попробовали ими стирать и мыть — оказалось, что зачастую это им удается неплохо.
За последние 30 лет (всего лишь!) у мыла появилось более двух тысяч пенистых братьев, помощников и конкурентов. Многовековая монополия мыла на борьбу с грязью кончилась.
Сейчас химики чуть ли не каждый месяц изобретают все новые поверхностно-активные вещества. Для чего? Чем им не угодило наше доброе мыло?
От него, оказывается, блекнут шелка, шерстяные и синтетические ткани портятся. Мало того. На мыло уходит огромное количество пищевого жира. Суди сам: один кусок мыла — это 250 граммов растительного масла. (А на лучшие сорта туалетного мыла идет, в основном, говяжье и свиное сало.) Прикинь, сколько жира в месяц расходует на стирку и мытье одна твоя семья! А сколько семей в твоем селе или городе? А во всей стране? Подсчитано: если бы сейчас варили мыло только из масла, то, чтобы удовлетворить потребности населения нашей планеты, пришлось бы засеивать подсолнечником и другими масличными культурами все поля Европы. И всего этого урожая едва-едва хватило бы на мыло.
Теперь понятно, почему химики стали думать над тем, чтобы заменить мыло другим поверхностно-активным веществом, для выработки которого не нужен пищевой жир.
Естественно, что искать такое вещество следовало среди химических родственников мыла, точнее — родственников жирных кислот. Вот, например, близкое семейство: спирты. Их молекулы тоже устроены наподобие головастиков. Правда, «голова» у них иная — гидроксильная группа ОН. Но ведь молекулы жирных кислот все равно приходится переделывать, чтобы образовалось мыло. А если перестроить спиртовую молекулу, не удастся ли получить тот же результат?
Опыты с винным спиртом и другими так называемыми низшими спиртами (у их молекул очень короткий углеводородный «хвостик») успеха не принесли. Тогда ученые стали присматриваться к тем членам спиртового семейства, которые обладают длинными и длиннющими «хвостами».
Эти вещества — их вырабатывают не из пищевых продуктов, а из нефти — и на спирт-то непохожи: они представляют собой либо густую маслянистую жидкость, либо напоминают мазь, либо даже пребывают в твердом состоянии — будто воск. Может быть, они способны переродиться в заменитель мыла? Недаром же они носят такой громкий титул: высшие жирные спирты. Жирные! Как и те кислоты, из которых делают мыло…
Стали экспериментировать; вместо старой «головы» пристраивали к молекуле новую: например, остаток серной кислоты, или аммиака, или аминов. Проверили, что получается. Получались молекулы-головастики, которым тоже были свойственны противоречивые чувства — с водолюбивой «головой» и «хвостом»-водоненавистником.
Схема флотации.
Но значит ли это, что «спиртовое мыло» будет так же хорошо мыть, как настоящее? Растворили его в воде. И тут же молекулы бросились на каплю жира, окружили ее, приклеились хвостами… Дальше все пошло точно по той же программе, по которой двадцать веков борется с грязью мыло. Словно новые молекулы, едва родившись, переняли старинный опыт.