Захватывающая химия
Лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать. Живая демонстрация опыта стоит сотни картинок. Это особенно верно, когда речь идет о химии. Я и сегодня живо помню эпический момент на вводном занятии по физической химии, когда наш преподаватель смешал два бесцветных раствора, и в течение нескольких секунд жидкость окрасилась в темно-синий цвет. Аудитория дружно ахнула! Увы, это была единственная демонстрация, какую я наблюдал за все время пребывания в колледже. Позже я узнал, что меня потрясла классическая реакция «йодные часы», названная так, потому что реагенты можно подобрать так, что оказывается возможным точно предсказать время протекания реакции.
Суть реакции – в соединении йода с крахмалом, которое приводит к появлению темно-синего окрашивания. Многих студентов впечатляло разрезание картофелины пополам и опрыскивание разреза настойкой йода, отчего срез немедленно синел. Действительно, йод почти всегда используют для выявления в каком-либо образце вещества крахмала. Например, при созревании яблока сладость плода возрастает по мере того, как крахмал превращается в простые сахара. Благодаря этому фермеры могут проверять степень зрелости плодов, опрыскивая поверхность разреза йодом. Если это приводит к появлению интенсивного синего окрашивания, значит, плоды еще не созрели. В этом случае окраска появляется практически мгновенно. Для того чтобы оттянуть этот момент, надо использовать более тонкую химию.
Реакцию йодных часов начинают с добавления ионизированной формы йода – йодидом, который не дает никакого окрашивания при смешивании с крахмалом. Однако йодид реагирует с перекисью водорода, и в ходе этой реакции окисления превращается в йод. Здесь вступает в игру химическая изобретательность: витамин С является общеизвестным антиоксидантом, и поэтому снова превращает йод в йодид. Если смешать йодид с витамином С и добавить в раствор крахмала и перекиси водорода, то витамин немедленно среагирует с образующимся йодом и немедленно превратит его в йодид, не допуская реакции с крахмалом. Однако по мере истощения витамина С весь новообразованный йод будет уступать в реакцию с крахмалом, отчего появится синее окрашивание.
Меня так сильно заинтриговала эта реакция, что я бросился в библиотеку в поисках книг о демонстрациях химических опытов, и там наткнулся на «Проверенные демонстрационные химические опыты» Хьюберта Алайя. Эта книга перевернула всю мою жизнь. Книга оказалась полна описаний демонстраций опытов, которые я затем повторял в аудитории. Алайя, как я узнал, был профессором химии в Принстоне, и прославился своими лекциями, сопровождавшимися огненными и взрывными фейерверками, а также основательными научными объяснениями и сумасбродными комментариями. Своими лекциями Алайя заслужил прозвище «доктор Бум», став прототипом для режиссера Фреда МакМарри в диснеевском мультфильме «Рассеянный профессор». МакМарри даже встречался с Алайей, чтобы поближе познакомиться с его манерой поведения.
Можете себе представить, что я испытал, узнав, что Алайя собирается выступить с лекцией в Монреале. Я не шел, я бежал туда, и я не был разочарован. Газета «Нью-Йорк Таймс» очень точно описала это выступление: «Среди взрывов и клубов диоксида углерода Алайя объясняет тайны химии с заразительным энтузиазмом… по ходу настоящего театрализованного и очень живого представления со световыми и шумовыми эффектами». Он показал и реакцию йодных часов, с которой я уже был знаком! Но и эту реакцию он усовершенствовал. В его руках раствор не только становился из бесцветного синим, нет, он снова терял цвет, а потом цикл повторялся сначала. Я был совершенно очарован этой циклической реакцией, и много лет спустя положил ее в основу «Химической магии» – шоу, с которым я и мои коллеги путешествовали по всей Северной Америке. Думаю, учитывая страстность и неподдельную любовь к химии, доктор Алайя бы одобрил наши выступления.
Думаю, однако, что он не удержался бы от едких замечаний по поводу жульнического использования реакции йода с крахмалом в Китае. Помните изречение: «Клянусь всем китайским чаем!»? Неудивительно поэтому, что во время всех туристических туров в Китай автобусы с туристами непременно завозят на какую-нибудь чайную плантацию, где рассказывают всякие чудеса о пользе чая, а потом загоняют в магазин, где туристы могут оставить свои запасы твердой валюты. Здесь рассказ о пользе чая дополняют милым химическим экспериментом. В большую миску засыпают рис и растирают его пестиком. Добавляют воду, а потом раствор, содержащий йод (хотя об этом не говорят ни слова). Рис, как и картофель, содержит крахмал, и в миске очень быстро происходит характерное синее окрашивание.
Здесь наступает кульминация. К синему рису добавляют свежезаваренный чай, и смесь мгновенно обесцвечивается. После этого группу туристов угощают рассказом об антиоксидантах и об их свойствах связывать свободные радикалы – соединения, вызывающие болезни и преждевременное старение. Дальше следует описание антиоксидантов чая, с намеком на то, что их действие было только что продемонстрировано исчезновением синей окраски. Смысл всей этой лекции заключается в том, что чай очищает наши внутренности так же, как он только что, на наших глазах, очистил блюдо с рисом.
Демонстрация, как правило, оказывается убедительной, и туристы радостно опустошают полки магазина. Правда, если бы туристы с таким же рвением бросились читать книжки по химии, то они нашли бы другое объяснение изменению окраски раствора. Чай действительно содержит полифенолы из класса катехинов, а эти катехины, на самом деле, являются антиоксидантами. Но изменение цвета в ходе данной реакции не имеет ничего общего с их антиоксидантными свойствами. Такие реакции в органической химии называют реакциями «электрофильного ароматического замещения». В данном случае йод замещает атом водорода в молекулах полифенолов. Истощение запаса йода в растворе приводит к тому, что реагировать с крахмалом становится нечему. Благодаря этому исчезает и синяя окраска. Я не хочу сказать, что пить чай вредно, и, наверное, содержащиеся в нем антиоксиданты, на самом деле, оказывают благотворное действие, но это свойство не подтверждается реакцией обесцвечивания смеси риса с йодом. Это просто похищение моей любимой реакции!
