Удивительная химия - Илья Леенсон

В последние годы жидкостные термометры все увереннее вытесняются электронными приборами (рис. 2.19). Они и безопаснее (не содержат ртути), и точнее, и позволяют измерять температуру там, где обычный термометр бесполезен (например, в живой клетке). Вместо шарика с ртутью в таком приборе небольшой датчик — термочувствительный элемент, занимающий очень малый объем. Если его нагреть (или охладить), на выходе появится небольшое электрическое напряжение, которое можно измерить и таким образом определить температуру.

Рис. 2.19. Электронный термометр, показывающий, что температура жидкости в стакане равна +77,3 °C

Сравнительно недавно появились «одноразовые термометры», предназначенные для измерения температуры… жареной котлеты! Известно, что многие пищевые отравления происходят из-за бактериальной зараженности продуктов, особенно скоропортящихся. И рыба, и мясо — прекрасная питательная среда для многих микроорганизмов, которые могут при благоприятных условиях размножаться с огромной скоростью. Для размножения патогенных микробов существует оптимальная температура. При низких температурах бактерии растут очень медленно, а при высоких они гибнут.

Единственный надежный способ обеззараживания долго хранившихся пищевых продуктов — тепловая обработка. Так, температурная обработка молока предусматривает либо пастеризацию в течение получаса при +62… +65 °C, либо кратковременную (10–20 секунд) обработку при +71… +74 °C, при которой уничтожаются почти все микроорганизмы, либо достаточно длительную стерилизацию при +115 °C, при которой гибнут все патогенные микроорганизмы и их споры. Когда-то нередки были вспышки инфекционных заболеваний, вызванных потреблением зараженного молока (туберкулез, бруцеллез, дизентерия и др.). С потреблением зараженного мяса связаны различные глистные заболевания — гельминтозы и инфекционные болезни.

Перед употреблением многие продукты обязательно подвергаются тепловой обработке. Выдерживание продуктов при +60… +65 °C в течение 5-15 минут полностью убивает возбудителей бруцеллеза и ящура. При этом не только гибнут микроорганизмы, но изменяется состав продуктов. Уже при +60… +70 °C начинаются химические превращения белков, что облегчает их усвоение. Не рекомендуется есть и сырые куриные яйца (а утиные — категорически запрещено). Яйца нередко заражены сальмонеллами, которые вызывают тяжелые пищевые отравления. Для безопасности сырые куриные яйца надо нагреть примерно до +70 °C (при этом они фактически остаются сырыми). Поэтому кулинарная обработка мяса, птицы, рыбы совершенно необходима.

Рис. 2.20. «Бумажный термометр» в действии

Как же узнать, что гамбургер или куриные ножки прогрелись в духовке или микроволновой печи в достаточной степени? Для этого существуют различные термометры, в том числе электронные, но они довольно дорогие. Альтернативой могут служить дешевые одноразовые термометры (рис. 2.20). Такой термометр представляет собой небольшую картонную пластинку, на кончике которой находится маленький термочувствительный индикатор — белый прямоугольничек размером примерно 6x4 мм. Достаточно всего на пять секунд поместить кончик индикатора в подогреваемый продукт, чтобы определить, хорошо ли он прогрелся. Если индикатор остался белым, нагрев следует продолжить, пока пластинка не почернеет. Почернение пластинки указывает на то, что требуемая температура достигнута. Для каждого вида продукта существует свой индикатор, цвет которого меняется только при достижении определенной температуры: для рыбы — это индикатор на +60 °C; для гамбургера, мясного фарша, свинины или яиц в кастрюле с водой — на +71 °C, для цыплячьих грудок — на +77 °C и т. д.

Как же устроен такой необычный «термометр»? Его кончик, который и измеряет температуру, герметично покрыт безвредной полимерной пленкой. Под этой прозрачной оболочкой находится белый порошок, а под ним — черный картон. При достижении определенной температуры белый порошок быстро плавится и становится видна черная подложка (рис. 2.21). Все просто. Для каждой температуры подобрано безвредное вещество, которое плавится при данной температуре. Точность определения температуры таким «прибором» — примерно 0,5 °C.

Рис. 2.21. Новая полоска (а), термочувствительный индикатор нагрет до начала плавления (вещество расплавилось не полностью) (б), новая полоска со снятым покрытием (в)Фильтрование и разделение жидкостей

Одна из самых старых химических операций — фильтрование, т. е. отделение твердого вещества от жидкости, в которой это вещество не растворяется. С древнейших времен, раздавив спелый виноград, отделяли его сок от кожицы и косточек. Самый примитивный «прибор» для фильтрования представлял собой полотняный мешок, который наполняли плодами, а затем складывали так, чтобы на обоих его концах образовалась петля. В эти петли вставляли две палки, которые вращали в разные стороны. Получался одновременно отжим с фильтрованием через ткань (рис. 2.22). В Древнем Египте, во времена III династии (ок. 2670–2600 до н. э.), процесс был усовершенствован: мешок подвешивали за петли к стойкам (рис. 2.23). В таком виде этот «механизм» использовался более 2500 лет.

Рис. 2.22. Рабочие выжимаю т виноградный сок с помощью фильтровального мешка. (Рисунок из древнеегипетского захоронения в Саккаре, ок. 2500 года до н. э.)Рис. 2.23. Усовершенствованный фильтровальный мешок, концы которого удерживаются на раме. (Рисунок из древнеегипетского захоронения в Бени-Хасан, ок. 1500 года до н. э.)

Современному химику для фильтрования не нужны ни полотняные мешки, ни подсобные рабочие. Со Средних веков сохранился способ фильтрования с помощью воронки и бумажного фильтра. Для ускорения процесса фильтр делают складчатым — так увеличивается фильтрующая поверхность. Если используется обычный бумажный фильтр конической формы, фильтрование ускоряется при наличии небольших продольных ребер внутри воронки (рис. 2.24). В этом случае фильтр не прилипает к стеклу и профильтрованная жидкость стекает со всей внешней поверхности фильтра. Каждый, кому приходилось фильтровать что-либо с помощью воронки или просто использовать ее для переливания жидкости, знает об одной неприятной особенности: стекающая в емкость жидкость вытесняет оттуда воздух, и если он не может свободно выйти между горлышком сосуда и внешней стенкой воронки, фильтрование резко замедляется. Хуже того: воздух из сосуда иногда «прорывается» через носик воронки в слой жидкости, вызывая ее разбрызгивание. Чтобы такого не происходило, обычно между воронкой и горлышком вставляют стеклянную палочку или просто спичку. Чтобы избавить химиков от таких неудобств (палочка или спичка могут проскользнуть вниз) некоторые воронки делают с небольшими продольными ребрышками или с канавками на внешней стенке.

Рис. 2.24. Складчатый фильтр и воронка с внутренними ребрами и наружными канавками

В связи с этим можно вспомнить сетования известного популяризатора науки Я. И. Перельмана. Вот что он писал в своей «Занимательной физике» (книге первой): «Кому случалось наливать через воронку жидкость в бутылку, тот знает, что нужно время от времени воронку приподнимать, иначе жидкость из нее не выливается. Воздух в бутылке, не находя выхода, удерживает своим давлением жидкость в воронке. Правда, немного жидкости стечет вниз, так что воздух в ней чуть сожмется давлением воды. Но стесненный в уменьшенном объеме воздух будет иметь увеличенную упругость, достаточную, чтобы уравновесить своим давлением вес жидкости в воронке. Понятно, что, приподнимая воронку, мы открываем сжатому воздуху выход наружу, — и тогда жидкость вновь начинает литься.

Было бы поэтому весьма практично устраивать воронки так, чтобы суженная часть их имела продольные гребни на наружной поверхности, — гребни, мешающие воронке вплотную приставать к горлышку. Таких воронок мне в обиходе видеть не приходилось; только в лабораториях употребляются фильтры, устроенные подобным образом».

Первое издание «Занимательной физики» было опубликовано в 1913 году и с тех пор перепечатывалось десятки раз, однако воронки с ребрышками, кажется, так и остались только в лабораториях.

Рис. 2.25. Приспособление для вакуумного фильтрования со стеклянным пористым фильтром

Фильтрование — процесс довольно медленный: жидкость из носика воронки вытекает по каплям. Чтобы ускорить этот процесс, химики придумали такое приспособление (рис. 2.25). У верхнего сосуда, в который наливают смесь для фильтрования, вместо обычного дна-стеклянный фильтр. Это белая пластинка из мелкопористого стекла, в котором имеется множество тонких пор, пропускающих жидкость и не пропускающих твердые частицы. Размер пор может быть разным, но в любом случае жидкость через такой фильтр просачивается не очень быстро (а иногда даже очень медленно, если твердое вещество образует на поверхности фильтра плотный осадок). Резко ускорить фильтрование помогает… атмосферное давление. Для этого воздух из нижнего сосуда через специальную трубочку откачивают с помощью насоса. Понижение давления воздуха в нижнем сосуде резко увеличивает давление воздуха на фильтруемую жидкость. В результате скорость фильтрования может возрасти во много раз. Химику остается только перелить отфильтрованную жидкость (или вылить ее, если нужна не она, а осадок на фильтре).