Я люблю убираться.

Или, если точнее, мне нравится ощущение чистого дома. Бывают моменты, когда я до блеска чищу какую-нибудь вещь, а затем зову мужа и заставляю его любоваться трудами моей плодотворной работы. Теперь, по прошествии нескольких лет совместной жизни, он просто смотрит на чистый унитаз, говорит, что он очень чистый, а затем идет заниматься своими делами.

Часть меня всегда наслаждается процессом уборки: когда я очищаю столешницу от слоя жира и грязи или когда использую лимон для очистки слива. Я очень рада, что могу применить свои химические знания дома.

Но прежде чем вы приметесь читать главу, посвященную средствам для уборки, – в которой, я надеюсь, найдете несколько полезных для вас лайфхаков – позвольте объяснить, почему вам стоит относиться с осторожностью к средствам для уборки.

Давайте начнем с того, что каждое средство – это множество тщательно подобранных молекул, которые при совместной работе отлично выполняют определенные задачи по очищению загрязнений. Например, в очистителе для унитазов используется кислота, в отбеливателях – гипохлорит натрия, а в средствах для мытья окон – аммиак. Нельзя использовать одно и то же средство для удаления загрязнений со всех поверхностей: молекулы в нем могут отлично справляться с грязью на одной поверхности и при этом могут запросто испортить другую. Думаю, вы это и без меня понимаете. Большинство людей не будут даже пытаться использовать средство для чистки ванны, чтобы помыть пол, или Windex для очищения гранитных столешниц (так как он нарушит защитное покрытие).

Никогда не смешивайте два химических вещества, чтобы получить «сильное» чистящее средство. Это как если бы я пришла в лабораторию и соединила две случайные молекулы просто потому, что мне было интересно посмотреть на результат. Что еще хуже, химические вещества в чистящих средствах предназначены для реактивного действия. Давайте рассмотрим чистящее средство для унитазов и белизну.

Когда сильная кислота (средство для унитаза) смешивается с гипохлоритом натрия (белизна), в результате химической реакции образовывается токсичный газ – хлор. Во время Первой мировой войны газообразный хлор, иногда называемый бертолитом, использовался в качестве химического оружия. И хотя у меня не было возможности понюхать его самой, солдаты описывали, что у газа «сладковатый» привкус ананаса и перца. Газ вступает в реакцию с водой во рту, горле и легких, в ходе чего образуется соляная кислота. Газообразный хлор – это пренеприятная молекула, которую не хочется синтезировать на своей кухне или в ванной – или в любом другом закрытом пространстве.

Также не стоит смешивать белизну с любыми средствами, в составе которых есть аммиак (к примеру, средство для мытья окон). Когда гипохлорит натрия вступает в реакцию с аммиаком, образуется несколько хлораминов (NH₂Cl), которые считаются вредными для здоровья человека. Проводилось несколько исследований, в ходе которых была доказана связь рака мочевого пузыря и толстой кишки с водой, имеющей высокую концентрацию хлораминов: вероятность возникновения рака была выше у той группы населения, которая пользовалась такой водой. К тому же эта вода вызывает раздражение глаз и проблемы с дыхательной системой.

Вот вам еще одна страшилка, чтобы вы даже и не думали смешивать разные средства для уборки: в 2008 году японка решила смешать стиральный порошок с другим чистящим средством. В итоге она причинила вред девяноста жителям в доме, а затем покончила жизнь самоубийством. Из соображений общественной безопасности японские СМИ решили не разглашать, что именно она смешала, – и мне кажется, это было очень мудро.

Итак, теперь, когда мы знаем, что чистящие средства нельзя смешивать, давайте посмотрим, как именно происходит удаление пятен и грязи. А между тем можем подумать, так ли мы хороши в уборке, как нам казалось?

Давайте начнем с кухни, ведь именно с этого места я начинаю каждую субботнюю утреннюю уборку, да и вообще каждую уборку в доме Бибердорфов. Первое, что я делаю, это собираю вчерашнюю посуду и загружаю ее в посудомоечную машину. Пластмассовые принадлежности нужно ставить сверху, поскольку тепло от посудомоечной машины может деформировать контейнер (химия!); кастрюли и сковороды снизу.

Механизм работы посудомоечной машины очень прост. Вода течет в машину, после чего выделяется моющее средство. Крайне важно не путать средство для мытья посуды и посудомоечное средство. Понимаете, эти два казалось бы похожих средства состоят из совершенно разных типов молекул. Средство для мытья посуды состоит из молекул, безопасных для человеческой кожи; в посудомоечных средствах содержатся агрессивные вещества, которые вы, поверьте, ни за что не захотели бы нанести на свои руки.

Молекулы в посудомоечных средствах разъедают остатки пищи на тарелках и столовых приборах. В большинстве посудомоечных средств содержатся метасиликаты, карбонат натрия и гидроксиды металлов; многие из перечисленных веществ могут взаимодействовать с ферментами. Когда мы запускаем посудомоечную машину, эти химические вещества вступают в реакцию с молекулами еды. Например, щелочные соли растворяют жир, а ферменты удаляют с посуды оставшиеся белки. Если ни одна из этих молекул не справится с затвердевшей лазаньей, не беспокойтесь – всю работу выполнят гидроксиды металлов.

Работая в тандеме, эти средства расщепляют кусочки еды на тарелках, которые потом еще сильнее расщепляются в горячем, токсическом вареве. Затем отходы спускаются в слив, после чего посуда станет чистой. Вуаля!

Позвольте рассказать вам очень веселую и увлекательную историю моего знакомства с «химией посудомоечных машин». Я тогда была на втором курсе, и однажды заметила, что из моей машинки с ужасающей скоростью течет пена. Оказалось, что моя соседка по комнате решила использовать средство для мытья посуды вместо посудомоечного. К тому же она добавила по капле средства на поверхность каждой тарелки – так она хотела убедиться, что посуда точно будет чистой.

И я совсем не преувеличиваю, говоря, что потом еще несколько дней из нашей посудомоечной машинки текла пена. В конце концов нам пришлось вызвать мастера по ремонту. Он сделал удивительно хитрый трюк: приехал к нам с большой бутылкой растительного масла, подошел к посудомоечной машине и залил в нее как минимум стакан; затем он попросил нас дважды включить посудомоечную машину, после чего ушел.

Это принесло немедленные результаты.

Поскольку растительное масло вступило в реакцию с ПАВ в средстве для мытья посуды, пена перестала течь. У больших молекул ПАВ есть гидрофильная и гидрофобная части, которые используются для удаления грязи с посуды, когда мы моем ее вручную. Гидрофобная часть вещества захватывает фрагменты пищи, а гидрофильная образовывает связи с водой, цепляясь за нее. Благодаря этому мы с легкостью может удалить кусочки пищи с поверхности тарелок (механизм действия можно сравнить с тем, как ПАВ в шампунях удаляют жир с наших волос).

Когда мастер залил в посудомоечную машину масло, гидрофильная часть ПАВ образовала с водой водородные связи, а гидрофобная часть вступила с маслом в новые дисперсионные взаимодействия. Затем вода вымылась из посудомоечной машины вместе с молекулами масла.

Но почему из посудомоечной машины текла пена? Итак, пена образовывалась в тот момент, когда ПАВ в средстве для мытья посуды образовывало водородные связи с другими молекулами ПАВ (да-да, с молекулами того же самого средства для мытья посуды) или другими молекулами воды. Образованные взаимодействия были настолько сильными, что внутри посудомоечной машины возникли пузырьки воздуха. Просто представьте, как внутри вашей посудомоечной машины образуются миллионы пузырьков… Именно так и появилась эта пена. Но когда в посудомоечную машину добавили масло, активировалась гидрофобная часть, которая разрушила пузырьки.

И именно поэтому средство для мытья посуды так хорошо удаляет жир (масло) с кастрюль и сковородок: гидрофильные и гидрофобные свойства ПАВ позволяют разрушить старые связи, которые кусочки пищи и жира образовали с вашей посудой. Это также объясняет, почему лучше добавлять моющее средство в саму жирную посуду, а не в воду. Жирная поверхность сковороды отталкивает воду в раковине, так что нам нужен «посредник» – ПАВ – который поможет удалить жир со сковороды.

Важно: никогда не используйте средство для мытья посуды на чугунной сковороде, так как дно качественной чугунной сковороды покрыто тонким слоем молекул. Если вы решите использовать средство для мытья посуды, то гидрофобная часть свяжется с молекулами сковороды и оторвет их от дна.

Моя подруга Рэйчел Рэй как-то раз дала мне совет, как можно помыть сковороду, не испортив ее. Сначала вам нужно взять крупнозернистую поваренную соль и втереть ее в сковороду: так кристаллы соли проникнут в самые недоступные места; при этом соль взаимодействует только с молекулами еды, отталкивая их от поверхности сковороды, и не затрагивают тонкий слой молекул на дне. Затем ополосните сковородку горячей водой и налейте на дно немного масла. Рэйчел советует накрыть сковороду бумажным полотенцем, чтобы предотвратить образование ржавчины (но я всегда пропускаю этот шаг: бумажное полотенце использовать необязательно, поскольку масло и так отталкивает любую воду).

И хотя ПАВ средств для мытья посуды отлично справляются с загрязнениями на сковородках, они совершенно бесполезны в борьбе с темными пятнами, образующимися на посуде Tupperware. Для решения этой проблемы я всегда обращаюсь к своему верному другу, гидрокарбонату натрия (NaHCO₃), в народе его называют пищевой содой. Не знаю, как у вас, а в моем доме пищевую соду можно найти буквально везде: одна упаковка для пирогов, одна упаковка для экспериментов и еще одна для кошачьего туалета. Эта маленькая молекула может сделать много интересного, а все из-за того, что эта молекула легко разрушается, образуя основание.

Молекулы, образующие основание (к примеру, гидроксид натрия), кажутся нам неприятными, так как реагируют с жирами и маслами на нашей коже. Они буквально становятся склизкими, потому что при соприкосновении сразу же вытягивают масло из ваших пальцев. Ужасно, да? Но если между вашей кожей и основанием будет достаточно контакта, то некоторые из них могут создать мыло буквально из ваших рук.

Основания получили небольшую известность еще в 1999 году в фильме «Бойцовский клуб», когда Тайлер Дерден (Брэд Питт) вылил основание (гидроксид натрия) на руку Эдварда Нортона. Нортон кричал, корчился от боли, так как основание вступило в реакцию с его кожей. По правде говоря, в фильме все немного приукрасили: если на вашу руку попадет гидроксид натрия, то не будете испытывать сильную боль; но все равно вам будет очень неприятно, когда на руке начнет образовываться мыло из ваших жиров и масел. Скорее всего, вы чувствовали это каждый раз, когда перебарщивали с любым чистящим средством, способным образовать основание, например пищевой содой.

Чтобы объяснить это и то, как гидрокарбонат удаляет пятна с посуды Tupperware, давайте разберемся, что из себя представляют основания. Основания – это молекулы, принимающие протон (H⁺) при реакции с водой. В данном случае «протон» – это просто слово, используемое для описания атома водорода, потерявшего один электрон. Если мы используем гидрокарбонат натрия, то он «примет протон»:

NaHCO₃ + H⁺→ Na⁺+ CO₂ + H₂O

Чтобы ничего не усложнять, давайте условимся, что гидрокарбонат натрия принял протон от молекул, изменяющих цвет посуды Tupperware. Этот процесс занимает какое-то время, так что я рекомендую замочить посуду в растворе пищевой соды хотя бы на несколько часов. В конце замачивания я добавляю пару капель средства для мытья посуды.

Пищевая сода успешно удаляет темное пятно, забирая несколько протонов молекулы и заставляя ее разрушаться; после средство для мытья посуды смоет остатки молекулы. Некоторые люди также добавляют лед, но так они только уменьшают количество пищевой соды, растворяющейся в воде.

На микроскопическом уровне все основания хотят принимать протоны (Н⁺). Самым быстрым способом получения протона – взаимодействие с кислотами, у которых этот протон и отбирается. Дело в том, что кислоты – весьма реакционноспособные молекулы, у которых всегда есть один лишний протон. Отличным примером кислоты является уксус, в котором содержится примерно 5 % уксусной кислоты (CH₃COOH). Происходящая между пищевой содой и уксусом реакция просто поражает: именно эту реакцию используют для демонстрации извержения вулканов на научных выставках.

Вот как это работает: когда вы смешиваете уксус с пищевой содой, уксусная кислота (CH₃COOH) отдает свой протон (Н⁺) гидрокарбонату натрия (NaHCO₃). Пример:

CH₃COOH + NaHCO₃ → CH₃COONa + CO₂ + H₂O

Смесь начинает активно пениться. Эти пузырьки и есть углекислый газ, который образуется в ходе реакции нейтрализации.

Но в этот же момент происходит и другая реакция. Когда уксусная кислота (CH₃COOH) отдает свой протон, она превращается в ацетат натрия (CH₃COONa). В химии такие молекулы называются сопряженными кислотно-основными парами, так как единственное различие их молекулярных формул заключается в одном протоне. Уксусная кислота (уксус) является, как ни странно, кислотой, а ацетат натрия – сопряженным основанием.

К счастью, ацетат натрия совершенно безвреден для нашего организма, поэтому мы можем спокойной использовать сочетание уксуса и пищевой соды.

И вы совершенно не удивитесь, узнав, что уксус (в основном белый) – это бытовое чистящее средство, способное спасти вашу кухню. (Вы можете использовать другие виды уксуса, но темные уксусы, например бальзамический, не рекомендуется применять для очистки светлых поверхностей.)

Белый уксус представляет собой прозрачную бесцветную жидкость. Уксус – это в целом дешевый и отличный реагент, способный удалять пятна на вашей кухне без вреда для приборов или мебели. Его можно использовать для чистки раковины, кофейника или мутных бокалов. Некоторые люди используют уксус, чтобы отмывать мусорное ведро.

Уксусная кислота отдает свой протон молекулам грязи на вашей раковине. В этом случае молекулы отталкиваются от раковины и вступают с уксусом в кислотно-основную реакцию. Этот процесс занимает некоторое время, так как сначала уксусу нужно впитаться в поверхность. Примерно через пятнадцать минут вы можете вооружиться жесткой щеткой (или зубной) и удалить всю грязь. В конце промойте всю поверхность раковины проточной водой.

Если бы вы попробовали смесь уксуса и воды (пожалуйста, никогда не делайте этого), то она имела бы кислый вкус, типичный для всех кислот. Он возникает из-за высокой концентрации ионов гидроксония (H₃O⁺), присутствующих в смеси. Такой же вкус появляется у перебродившего пива: образуется уксусная кислота, которая разлагается с образованием ионом гидроксония.

Но есть кислота, которую вы можете попробовать без вреда для здоровья. Лимонная. Она содержится в лимонах и лаймах и является безопасным чистящим средством. Мне нравится чистить сток раковины с помощью лимонной кислоты. В Остине довольно жесткая вода, в ней есть все виды минералов. Со временем эти минералы скапливаются внутри труб, вызывая засоры, особенно если в трубы попадают чужеродные предметы, например пища или волосы.

И лимоны – это отличное решением проблемы с засорами. Просто разрежьте пару лимонов пополам, а затем протолкните их внутрь стока. С помощью теплой воды смойте лимонную кислоту в канализацию. Все, можете наслаждаться новой, чистой кухней с ароматом лимона.

Лимонная кислота является трехосновной. Это означает, что у нее есть три разных протона, которые она может отдать в ходе реакции. В случае с прочисткой засора эта мощная кислота цепляется за минералы жесткой воды, удерживает их и перемещается вместе с ними по трубе. Минералы притягиваются к молекуле кислоты, очищающей слив.

Вы заметили? Все чистящие средства, используемые на кухне (и в ванной тоже), отлично захватывают и удерживают молекулы грязи, удаляя их с нужных нам мест. Но у этих молекул совершенно разный химический состав, поэтому каждый раз требуется новый «магнит».

Давайте теперь поговорим о столешницах. Если у меня совсем нет времени, я беру универсальное чистящее средство для всех поверхностей, состоящее из воды с добавлением диметилбензил аммония хлорида. Как и средство для мытья посуды, эта молекула представляет собой ПАВ с гидрофобными и гидрофильными частями. Именно поэтому ей требуется всего несколько секунд, чтобы очистить (образовать межмолекулярное взаимодействие, а точнее, дисперсионное взаимодействие) грязь с поверхности. Всегда внимательно читайте рекомендации по использованию чистящего средства, но если вы похожи на меня, то вам не захочется тратить несколько минут в ожидании какого-либо результата.

И именно поэтому я немного нервничаю, когда использую белизну (гипохлорит натрия) для очищения кухонных поверхностей. Белизна представляет собой жидкость бледного желто-зеленого цвета с характерным запахом, часто ассоциирующимся с чистотой. Основной молекулой является гипохлорит натрия, так что мы можем ожидать, что белизна будет вести себя точно так же, как и пищевая сода (гидрокарбонат натрия).

Каждое чистящее средство с белизной в составе имеет разную концентрацию гипохлорита натрия. Например, в стиральных порошках или обычных домашних отбеливателях содержится 3–8 %, но, как правило, в них также есть и немного гидроксида натрия (основание, которое использовали в «Бойцовском клубе»).

Если вы подумали, что гидроксид натрия добавляется в средство просто так, вы ошибаетесь. Он используется в качестве предохранителя, помогающего замедлить разложение гипохлорита натрия. Если при хранении белизна вдруг начнет разлагаться, выделяя особо токсичный газообразный хлор, о котором я уже говорила ранее, то гидроксид натрия вступит в реакцию с этим газом, образовывая еще больше гипохлорита натрия. Очень удобно, да?

Я начала использовать белизну на кухне еще во времена колледжа, когда профессор поведал нам о чудесных свойствах гипохлорита натрия. Он рассказал, что это вещество очень часто используют в качестве дезинфектора в больницах, так как белизна способна убивать множество бактерий на большом количестве поверхностей. Белизну низкой концентрации, например 0,05 %, можно использовать для дезинфекции рук. При высокой концентрациях, например 0,5 %, белизну можно использовать для дезинфекции поверхностей, со следами биологических жидкостей. Именно поэтому она является настолько популярным средством при переливании крови.

Но на самом деле белизна не удаляет молекулы с поверхности. Она просто разрывает несколько связей внутри молекулы (этого достаточно, чтобы убить бактерии), но при этом строительные блоки – атомы – продолжают держаться за поверхность стола или пола в ванной.

Если вы хотите скрыть что-то от полиции, то не используйте белизну.

Позвольте объяснить. Гипохлорит натрия вступает в реакцию с молекулой и изменяет ее взаимодействие со светом. После реакции молекула не может излучать свет видимого спектра (красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый). Это означает, что хоть мы не видим молекулу грязи, она все еще находится на прежнем месте.

Так что, если вы заляпали все кровью и пытаетесь спрятать следы от полиции, не используйте белизну. Если вы попадете под подозрение, то все, что нужно будет сделать полиции, это использовать люминол – и след крови засветится.

Иначе говоря, если вы очищаете стол или душ с помощью белизны, то вы не удаляете бактерии. Вы просто меняете цвет самих молекул. Не волнуйтесь, в большинстве средств содержится небольшое количество ПАВ, помогающих избавиться от бактерий мокрой тряпкой.

Закончив с кухней, я перехожу в гостиную. Ох, как же я обожаю стирать отпечатки собачьего носа с окна, у которого я обычно читаю.

Для мытья окон лучше всего подходит другое соединение с основными свойствами – аммиак. Так как аммиак является основанием, он связывается с частичками грязи и пыли, и это делает его отличным чистящим средством. С помощью всего одной салфетки я могу помыть все стеклянные поверхности, а затем наслаждаться чтением возле кристально чистого окна. Конечно, мои собаки пытаются испачкать его каждый раз, когда я отворачиваюсь или отвлекаюсь.

Аммиак можно использовать для полировки мебели, полов, но он практически бесполезен при очистке унитазов или душа. Пожалуйста, только не говорите это отцу из «Большой греческой свадьбы», считавшему, что Windex может справиться со всем – даже с акне на лице.

Так как у меня есть две собаки, кошка и муж-аллергик, то уборка в основном состоит в удалении пыли и шерсти животных. Отсюда и происходит моя одержимость шваброй Swiffer и роботом-пылесосом Roomba.

Швабры – это вам не игрушки. Разве не удивительно, что простое движение куска ткани по полу удаляет твердый мусор из любой гостиной? В следующий раз, когда будете доставать тряпку, осмотрите ее хотя бы минуту. Обратите внимание на ее размер, а также на то, как переплетены между собой ее волокна.

Во время работы понаблюдайте за тем, как мелкие ворсинки ткани собирают пыль. Благодаря вашим действиям между пылью и тканью Swiffer формируются межмолекулярные взаимодействия. Некоторые называют это статическим прилипанием, но я называю это химией.

Мой робот-пылесос Roomba – кстати говоря, его зовут Стиви – просто катается по полу и собирает пыль. Его двигатель заставляет вентилятор вращаться, что создает «вакуум» (по правде говоря, это просто область с низким давлением), засасывающий в пылесос молекулы воздуха и пыли. Поступающий воздух фильтруется с другой стороны пылесоса и выходит наружу, при этом пыль и шерсть животных остаются внутри Стиви.

Конечно, мы все прекрасно понимаем, что сначала нужно протереть пыль и только потом пылесосить. Дам один совет: если у вас есть достаточно времени, то протрите пыль и подождите пару минут. Большинство твердых частиц очень легкие, так что какое-то время они могут парить на молекулах газа (азота, кислорода, углекислого газа или аргона) и только потом оседают на пол.

Конечно же, самая «химическая» комната в доме – это ванная. Когда я там убираюсь, у меня возникает непреодолимое желание надеть защитные очки и перчатки, поскольку я понимаю, что мне предстоит работа с сильными основаниями и кислотами. Они намного сильнее «кухонных» молекул, особенно если вы используете мощные чистящие средства. Например, Drano. В виде раствора он содержит гидроксид натрия (основание) и гипохлорит натрия (белизна). Drano – это очень прочное основание, так что никогда не наносите его на голую кожу. Если оно все же попало на незащищенную часть тела, немедленно промойте большим количеством воды, держите поврежденный участок под проточной водой в течение десяти минут.

Но почему химический состав пищевой соды и Drano так отличается? Оба средства являются основаниями и используются в качестве чистящих средств. Тем не менее одно из них можно добавлять в пироги с черникой, а глоток другого может вас убить.

Обе молекулы являются основаниями, и это значит, что в воде их поведение будет одинаковым. Однако гидроксид натрия намного сильнее, чем гидрокарбонат натрия. И это большая разница.

Если основание сильное, то все реагенты превратятся в продукты (другие вещества). Если основание слабое, то только часть реагентов превратится в продукты. Может показаться, что тут нет практически никакой разницы, но именно это определяет эффективность чистящих средств. Но как понять, какое у нас основание – сильное или слабое?

Вы можете найти каустическую соду в кладовой в виде пищевого щелока. Маленькая рекомендация: я обожаю продукты от Modernist Pantry. Они производят множество безопасных средств, которые можно использовать на кухне.

Мой любимый рецепт, в котором требуется щелок, – это рецепт крендельков. Если вы ищете хороший рецепт домашних крендельков, то попробуйте рецепт от Элтона Брауна. Для тех, кто не знаком с работами этого человека: он еще один «ботаник», который просто обожает говорить о науке в приготовлении пищи. И я очень люблю его шоу «Good Eats».

В любом случае существует два разных способа приготовления крендельков: использовать каучуковую соду или пищевую. В обоих способах в тесто добавляется кипящий жидкий раствор, в результате чего оно приобретает желто-коричневый цвет. Добавленная основа разрушает полипептидные цепи в муке теста.

В результате этой реакции образуются маленькие аминокислоты, которые проявляют активность в реакции Майяра – химической реакции, в ходе которой баварские крендели приобретают характерный коричневый цвет и вкус. Чтобы реакция начала протекать, одна аминокислота должна вступить в реакцию с одним углеводом. Так как фруктоза и глюкоза намного меньше сахарозы, они могут вызывать эти химические реакции, вступая в реакцию с крайним атомом аминокислоты.

Тепло духовки способствует разложению внешних молекул, в результате чего образуются сотни новых. Большинство молекул имеют коричневый цвет (как при карамелизации), однако их ароматы отличаются. Поскольку реакция Майяра происходит с участием аминокислот (белков), а не только с углеводами (сахарами), у ароматных молекул чаще всего преобладает «мясной» запах. Благодаря атомам азота аминокислот вкус получается сложнее, чем при карамелизации.

Так как пищевая сода – это слабое основание (слабее каустической соды), химическая реакция между пищевой содой и белками в муке будет протекать не так бурно. Для реакции Майяра будет активировано небольшое количество аминокислот, и именно поэтому крендельки на пищевой соде имеют светлый цвет.

Кислотность основания можно определить с помощью водородного показателя. Возможно, вы знаете его как pH или шкалу pH со значениями от 0 до 14. Это логарифмическая шкала, с помощью которой можно определить, является ли тот или иной продукт осно́вным или кислотным. Когда мы узнаем вид кислоты, мы сможем предсказать, как эта молекула будет вести себя с другими. Если мы говорим о чистящих средствах, то знание этого помогает нам определить, где именно мы будем использовать чистящее средство: на кухне или в ванной.

Нейтральные растворы, например чистая вода, имеют pH 7. У оснований pH всегда выше 7, а у кислот – всегда ниже 7. Чтобы измерить pH раствора, мы можем использовать лакмусовую бумажку или pH-метр. Если окунуть pH-метр в раствор, вы увидите на дисплее число. Лакмусовая бумага, которая является более дешевым методом, просто поменяет свой цвет. Затем вы сможете воспользоваться шкалой pH, где цвет соответствует определенному значению от 0 до 14.

Но что в действительности делает лакмусовая бумажка или pH-метр? Они измеряют концентрацию ионов гидроксония (H₃O⁺) и гидроксид-ионов (OH^-) в растворе. Если pH выше 7, это значит, что содержание гидроксид-ионов (OH^-) выше, чем содержание ионов гидроксония (H₃O⁺), и раствор является основанием. Основания чаще всего встречаются в шампунях, соленых озерах и большинстве средств для уборки.

Как мы уже обсуждали ранее, в зависимости от места, где вы живете, жесткость воды может меняться. Есть несколько исследований, в которых говорится, что употребление обычной чистой воды помогает минимизировать частоту изжоги. В воде таких компаний, как Essentia и AQUAhydrate, содержится большое количество ионов гидроксида, но это не из-за того, что они являются осно́вными. Компании намеренно добавляют минералы в воду, чтобы повысить ее pH. Лично я не переношу вкус водопроводной воды, так что обычно покупаю бутилированную «кислотную», например воду от Dasani и Aquafina. Небольшая пометка: когда питьевая вода достигает желудка, не имеет значения, каково было ее pH… Это только вопрос вкуса!

Конечно, если мы говорим о чистящих средствах, то pH раствора крайне важен. Сильные основания, например гидроксид натрия в Drano, имеют высокое значение pH – около 13 или 14. Именно поэтому в очистителе содержится высокая концентрация ионов. Чем больше в растворе гидроксид-ионов, тем выше будет его pH и тем агрессивнее вещество. Drano действует точно так же, как и лимонная кислота в канализации, только в разы сильнее. Вместо того, чтобы обволакивать минералы, плавно перемещая их по трубам, Drano просто срывает их с труб прямо как молодая девушка с разбитым сердцем срывает фото бывшего со стены.

Пищевая сода и аммиак представляют собой более слабые основания, чем гидроксид натрия. Именно поэтому их значение pH намного меньше, чем у Drano, но намного выше, чем у обычной воды. pH пищевой соды составляет 9, а pH аммиака – 11. Так как шкала pH логарифмическая, существует огромная разница между количеством гидроксид-ионов в растворе аммиака и в растворе гидроксида натрия.

Когда в растворе ионов гидроксония больше, чем ионов гидроксида, раствор считается кислотным. Это означает, что значение pH жидкости будет ниже 7. Примерами таких жидкостей являются уксус, фруктовые соки и томатный сок. Уксусная кислота и лимонная кислота считаются слабыми кислотами, а значение их pH составляет около 3.

Сильные кислоты, например соляная кислота, входящие в состав многих чистящих средств для унитазов, имеют значение pH от 0 до 1. Средства с соляной кислотой работают точно так же, как и другие кислоты, которые мы рассмотрели ранее. Соляная кислота реагирует с пятнами (и бактериями) на грязных унитазах. Она растворяет загрязнения и пятна, разрывая связи внутри молекул. После этого загрязнения легко смываются в канализацию.

Но что случится, если вы возьмете что-то очень кислотное и добавите его к основанию? Давайте представим, что мы решили сделать что-то глупое, например, смешали средство для чистки унитазов (очень кислотную соляную кислоту) с Drano (основание, гидроксид натрия). Когда эти две молекулы встретятся, начнется реакция нейтрализации. Она происходит каждый раз, когда друг с другом взаимодействуют кислота и основание. Свое название реакция получила из-за того, что pH раствора будет близок к 7, что является нейтральным показателем. В нашем примере мы используем сильную кислоту и сильное основание; в ходе химической реакции образуется соленая вода:

HCl + NaOH → NaCl + H₂O

А теперь давайте удалим из нашего уравнения ионы наблюдатели. Они были названы так потому, что они не участвуют в реакции. Мы удаляем их для того, чтобы произошла реакция нейтрализации между сильной кислотой и сильным основанием. Получается следующее уравнение:

H⁺+ OH^—→ H₂O

Выглядит как-то знакомо, правда? При смешении сильной кислоты с сильным основанием они нейтрализуют друг друга; получается раствор, состоящий из воды и небольшого количества соли (NaCl). Только посмотрев на это уравнение, я понимаю, почему многие могли подумать, что смешение средства для чистки унитазов с Drano будет отличной идей. В некоторых вещах вы были правы.

Проблема в том, что в каждом чистящем средстве содержится некоторое количество ПАВ, которые ни в коем случае нельзя смешивать друг с другом. В большинстве реакций нейтрализации получаемый раствор представляет собой не обычную воду. По правде говоря, в процессе реакции между слабой кислотой и слабым основанием образуется два (или более) продукта. Просто подумайте о чем-то обыденном, например: уксус + пищевая сода = вулканическая реакция. Мы уже рассматривали этот процесс ранее. Если мы добавим сильное основание или кислоту, то этот процесс станет по-настоящему опасным.

Вы можете удивиться, узнав, что существуют некоторые продукты, называемые буферами. Буферы представляют собой растворы, состоящие из кислоты и основания. Это не какая-то смесь, которую вы можете приготовить на своей кухне; буфер можно получить при смешении слабого основания и сопряженной кислоты или слабой кислоты и сопряженного основания. Помните, что эти молекулы называются сопряженными кислотно-основными парами из-за того, что различие их молекулярных форм заключается лишь в одном протоне. Прямо сейчас в вашем теле есть несколько естественных буферных систем, например фосфатный буфер, поддерживающий нормальный уровень pH в ваших почках и моче.

Буферы играют огромную роль в регулировании pH нашей крови. Для этого организм использует углекислый газ, который мы выдыхаем, и совмещает его с водой. Продуктом реакции становится угольная кислота (H₂CO₃). Рассмотрим пример:

CO₂ + H₂O ↔ H₂CO₃

Как только образуется угольная кислота, она освобождает один протон, после чего образуется ион гидрокарбоната (HCO₃^—):

H₂CO₃ ↔ H⁺+ HCO₃^—

В сочетании с предыдущей реакцией эта становится основой гидрокарбонатной буферной системы, поддерживающей в нашей крови pH 7,4.

Например, если вы сделаете что-то, из-за чего в крови повысится концентрация ионов водорода (Н⁺) (например, при тренировке), то pH естественным образов снизится (не забывайте, что кислоты имеют низкие значения pH). Когда это случается, на мгновение образуется угольная кислота, которая снова распадается на углекислый газ и воду:

H₂CO₃ ↔ CO₂ + H₂O

Затем углекислый газ выталкивается из капилляров в легкие, где газ выдыхается. В ходе этого процесса pH крови возвращается обратно к 7,4.

Если pH становится слишком высоким, это значит, что в плазме крови содержится слишком много ионов гидрокарбоната. Ион гидрокарбоната – это сопряженное основание, а значит, что у него будет высокий pH. В таком случае наше тело реагирует естественным образом: частота нашего дыхания изменяется, чтобы организм мог вернуть углекислый газ из легких в кровоток. Попадая туда, он быстро превращается в угольную кислоту, снижающую pH до нормального уровня.

Буферные растворы – это весьма мощный инструмент в лаборатории, поскольку они устойчивы к незначительным изменениям pH. Именно поэтому они считаются идеальными чистящими средствами для бассейна или джакузи – по правде говоря, я надеюсь, что у меня когда-нибудь будет свой бассейн и джакузи. А сейчас давайте притворимся, что у нас они есть. Чтобы уничтожить бактерии и различные микроорганизмы, при этом не изменяя pH воды, мы будем использовать буфер. Наиболее распространенным буфером является раствор из хлорноватистой кислоты и иона гипохлорита (слабой кислоты и сопряженного основания).

Идеальный буфер должен содержать 50 % слабой кислоты и 50 % сопряженного основания (или 50 % хлорноватистой кислоты (HClO) и 50 % иона гипохлорита (OCl^-)). Если соблюсти рецептуру, то буфер будет поддерживать pH воды на отметке 7,52. Это означает, что, если в буфер добавить немного кислоты или основания, pH буфера практически не изменится.

Давайте рассмотрим этот процесс на примере джакузи. Если в воду с буфером попадет инородный предмет слабокислой среды, то основной компонент буфера вступит в реакцию с кислотой, нейтрализуя «угрозу». В данном случае это означает, что ионы гипохлорита (OCl^-) вступят в реакцию с ионами гидроксония (H₃O⁺) в кислоте (акация/мимоза). Когда вся кислота будет нейтрализована, ожидается, что значение pH снизится, но будет близким к 7,5.

Но если в джакузи попадет инородный предмет щелочной среды (мыло для рук), то основной компонент буфера ничего не сможет сделать, чтобы минимизировать изменение pH. Кислотная часть буфера вступит в реакцию с основанием, пытаясь нейтрализовать его. В данном случае хлорноватистая кислота (HClO) вступит в реакцию с ионами гидроксида (OH^-) из основания (мыла для рук). Ожидается, что во время этого процесса pH немного изменится, но в конце концов pH воды будет близким к значению 7,5.

А теперь давайте представим, что на ваш задний двор пробрался саботажник и вылил в джакузи тонну белизны. Если бы произошла такая ситуация, то хлорноватистая кислота в воде продолжала бы взаимодействовать с гипохлоритом натрия до тех пор, пока вся хлорноватистая кислота не израсходуется. Когда это случится, pH воды начнет резко увеличиваться со значения 7,52 до 12 или выше.

С другой стороны, если этот козел добавит в ваше джакузи аккумуляторную кислоту, то ионы гипохлорита будут вступать в реакцию с кислотой до тех пор, пока не останется ни одного иона гипохлорита. В таком случае pH воды резко упадет со значения 7,52 до 2 или ниже. Если с вашей джакузи произойдет любая из этих ситуаций, то оно будет выглядеть грязным, из-за чего вам придется добавить в воду много буфера (ну, или купить новое джакузи).

Я понимаю, что это логично, но буферы – это не волшебная таблетка. Они не могут противостоять большому количеству кислых или осно́вных инородных веществ, а хорошо справляются только с небольшим количеством молекул. И это приводит нас к концепции буферных емкостей. Как я уже упоминала ранее, у идеального буфера соотношение слабой кислоты и сопряженного основания (или слабого основания и сопряженной кислоты) составляет 1:1. При таком соотношении буфер может справиться с большим количеством кислоты или основания.

Буферы продолжают справляться со своими задачами до тех пор, пока соотношение кислот и оснований остается в диапазоне от 1:1 до 1:10. Но если соотношение состава будет больше или меньше указанного диапазона, то буферы перестанут работать и pH воды резко изменится, как только в воду попадут очередные кислоты или основания. Обычно это очевидно: потому что вода меняет свой цвет, а иногда у нее появляется неприятный запах. Все это – верный признак того, что пришло время очистить воду в вашем джакузи или бассейне.

Мне нравится сравнивать буферную емкость с употреблением алкоголя. Представьте себе первокурсника, который еще не понял свой предел. В восемнадцать лет ему, вполне возможно, достаточно одного или двух шотов, чтобы потерять контроль над собой. После третьего шота его страсть к алкоголю снижается, и алкоголь начинает влиять на основную человеческую функцию. На четвертом или пятом шоте сознание бедного ребенка затемняется, и… и человек больше не может продолжать пить. То же самое с водой и буфером – буфер не может противостоять большому количеству кислоты или основания.

В случае с бассейном или джакузи буфер остается в воде до тех пор, пока не вступит в реакции со слишком большим количеством инородных предметов или веществ (к примеру, с бактериями) в слабокислой или щелочной среде. Рекомендуется проверять уровень хлора и pH два или три раза в неделю, но мне кажется это чрезмерным. Конечно, если вы не душа вечеринок или если вы не живете в дождливых районах. Если вы обитаете в нормальных климатических условиях, достаточно проверять эти показатели раз в неделю.

Возможно, вы в чем-то похожи на моего брата: он настолько разочаровался в своем бассейне, что начал использовать раствор морской воды вместо буферного раствора из хлорноватистой кислоты. Эта система предполагает наличие слабого электрического тока, так что хлорид натрия (NaCl) разлагается на натрий (Na+) и газообразный хлор (Cl₂). Этот процесс называется электролизом, и он используется как внешний источник энергии для электронов, заставляя их двигаться от низкой энергии к высокой.

Когда это происходит, ионы натрия образуют межмолекулярные взаимодействия с водой, в результате чего возникает соленая вода; в это же время газообразный хлор растворяется, образуя упомянутую ранее хлорноватистую кислоту. Если в вашем бассейне нет уровня pH, то соляная ячейка превратит поваренную соль в газообразный хлор, который сразу же создаст белизну – так у вас есть гарантия, что в вашем бассейне не начнут расти водоросли или другая гадость.

Есть еще одна категория чистящих средств, на которую я хотела бы обратить ваше внимание: натуральные чистящие средства. Знаете, обычно на упаковке таких средств написано что-то вроде «без химикатов» или «натуральный состав».

Во-первых, химия есть везде. Если в веществе, предмете или чем-то еще есть хотя бы один атом, это химическое вещество. А из первой главы мы знаем, что атомы есть у всего.

Во-вторых, обычно натуральное чистящее средство является молекулой какого-то растения. Но это не гарантирует, что оно будет намного лучше (или хуже) средства, полученного синтетическим путем. Если посмотреть на ситуацию с химической точки зрения, то в большинстве чистящих средств содержатся молекулы, являющиеся либо основанием, либо кислотой. А люди, утверждающие, что они используют силу лимона, просто пользуются кислотными свойствами лимонной кислоты.

Когда я покупаю средство для уборки, я всегда смотрю, чтобы средство было безопасно для окружающей среды. Я не хочу пользоваться чем-то, что содержит фосфаты или выделяет токсичные газы. А еще я не хочу, чтобы в моем средстве содержались какие-либо гранулы, из-за которых уже страдает океан и его жители.

Но если вы принимаете во внимание все эти факторы, то я уверена, что у вас получится выбрать подходящее чистящее средство. А еще я очень надеюсь, что мои попытки запугать вас не прошли даром и вы никогда не будете смешивать два чистящих средства.

Мы наконец-то избавились от ваших (и моих!) домашних хлопот, так что давайте перейдем к тому, что точно доставит нам много радости – счастливому часу!