Книга: Чудеса на выбор, или химические опыты для новичков

Глава шестая. Сладкие чудеса

Глава шестая. Сладкие чудеса

Ты уже не раз заглядывал в кухонный шкаф, чтобы достать оттуда вещества для химических опытов. Ничего удивительного в этом нет. Наверное, и даже скорее всего, первыми химиками на земле были женщины, которые готовили пищу, в то время как мужчины уходили на охоту. В кастрюле с борщом или на противне, где покрывается румяной корочкой пирог, идет одновременно столько сложных химических превращений, что и нынешние химики, очень много знающие, не всегда могут до конца в них разобраться.

Чтобы не запутаться, давай возьмем для опытов что-нибудь доступное и хорошо изученное. Например, сахар. Тем более что, занимаясь летними чудесами, ты уже ставил с ним кое-какие опыты. Тот сахар, что в сахарнице, носит химическое имя сахарозы. Его ближайшие родственники, сладкие и не очень, зовутся так: сахара. Или так: углеводы. Это одно и то же.

Сахарозу ты можешь лизать, грызть, класть в чай и кашу. Для того она и предназначена. А все другие вещества, которые получатся в опытах, без специального разрешения не пробуй. Не то сладкие чудеса обернутся горьким разочарованием.

Необычное явление, которое ты сейчас увидишь своими глазами, с научной точки зрения очень сложно. А делается просто. И не надо никаких веществ, кроме сахара. Запасись двумя-тремя кусками рафинада да столовой ложкой песку, желательно крупного, в виде кристалликов. Вот и все пока.

Нет, не все, еще нужно темное помещение. Скажем, ванная, чулан, стенной шкаф. Предупреди, чтобы не открывали несколько минут дверь и не включали свет. Посиди в темноте, чтобы привыкнуть к ней, чтобы зрение стало острее. А потом — за опыты. Их всего два.

Первый опыт — с рафинадом. Крепко зажми кусок сахара в руке и с силой чиркни им несколько раз по какой-нибудь не очень гладкой поверхности. Скажем, по цементу. Или по шероховатой плитке, которой настилают полы в ванных комнатах и на лестничных клетках. Если ты подберешь подходящий материал и наловчишься чиркать по нему кусочком сахара, то глаз, привыкший к темноте, заметит, как за сахаром будут тянуться светящиеся полосы. Правда, они почти сразу гаснут.

Может быть, у вас дома есть кофейная мельница с прозрачной крышкой. В таком случае попробуй смолоть в ней кусок рафинада (опять же, разумеется, в темноте). И на этот раз сахар будет отчетливо светиться. Но отчего?

Когда ты прижимаешь кристаллики сахара к твердой поверхности, то благодаря сильному трению вспыхивают крошечные электрические искорки. Так короче всего можно объяснить это чудо. У второго чуда объяснение то же; для него тебе потребуется ступка с пестиком, хорошо бы фарфоровая.

Как и прежде, останься на несколько минут в темной комнате. Заранее насыпь в ступку немного сахарного песку. Привыкнув к темноте, не спеша, круговыми движениями растирай песок. Потом двигай пестик быстрее, быстрее, еще быстрее. И вот уже в ступке светится холодным голубым светом кольцо из мельчайших искр.

Когда потренируешься, когда опыт будет получаться у тебя безупречно, можешь пригласить с собой в темноту зрителей. Помни, что если опыт со ступкой делать не торопясь, не убыстряя движения, то вместо кольца будут появляться отдельные искры — и это тоже производит впечатление.

Перейдем теперь к превращению сахара. В столовую ложку, желательно старую, положи сахарного песку и подержи над огнем. Образуется клейкая, коричневая, приятно пахнущая масса, именуемая жженым сахаром, или карамелью. Возможно, ты видел, как мама или бабушка готовили ее для кулинарных надобностей; мороженое крем-брюле приобретает цвет и запах тоже благодаря жженому сахару. Его, понятное дело, на вкус пробовать можно — если ложка была чистая.

А что будет, если нагреть кусок сахара прямо на огне? Проверим. Зажми кусочек сахара пинцетом или щипцами и внеси его в пламя свечи или спички. Сахар никак не загорается. А когда держишь его подольше, то появляется знакомый запах карамели и коричневатая окраска.

Чуть-чуть изменим опыт. Прямо на кусок сахара насыпь немного пепла от сигареты (и это, насколько я знаю, единственный случай, когда от курения есть хоть какой-то толк — не для здоровья, конечно, а для химического опыта). Итак, насыпав пепел и поднеся кусок сахара к пламени, ты увидишь, что на этот раз он загорается! Правда, сахар горит не очень ярко и по ходу горения плавится, но все-таки горит. Что с ним произошло?

Занимаясь летними чудесами, ты испытывал содержащиеся в растениях ингибиторы. То есть такие вещества, которые замедляют химические реакции. И может быть, подумал тогда: а вдруг бывают вещества и с противоположным действием — такие, что не замедляют, а, напротив, ускоряют реакции?

Такие вещества действительно есть. Их называют катализаторами. Во всей огромной химической промышленности найдется не так уж много реакций, которые обходятся без катализаторов. Когда реакция идет недостаточно быстро, для нее подбирают катализатор — и дело ускоряется в десятки и сотни раз.

Вещества, которые содержатся в табачном пепле, послужили катализатором горения сахара. А в следующем опыте катализатором будет кислота. С ее помощью ты превратишь один сахар в два. Говоря точнее, превратишь сахарозу (ту, что в сахарнице) в глюкозу и фруктозу. Глюкозу называют также виноградным сахаром, а фруктозу — фруктовым сахаром.

На заводах, готовящих для нас вкусные вещи, скажем сиропы и варенья, часто совершают такое превращение. Ты знаешь, что домашнее варенье засахаривается, когда оно долго стоит без употребления. Из жидкости выделяются кристаллы сахара, прямо как в опытах по кристаллизации. Они хрустят на зубах, и вообще, варенье совсем не то, что было раньше…

С тем вареньем, которое продается в магазине, такая беда случается гораздо реже. Смесь глюкозы и фруктозы, то есть виноградного и фруктового сахара, почти не кристаллизуется при хранении. Получают же ее при нагревании из обычного сахара, используя при этом катализатор. В промышленности — серную кислоту. Но она едкая, с ней лучше дела не иметь. Мы вполне обойдемся лимонной кислотой, гораздо более слабой, зато безопасной, даже если ее немножко съесть.

Четыре-пять ложек сахарного песку раствори в половине стакана горячей воды. Стакан должен быть с тонкими стенками (иначе он может лопнуть). Еще надежнее взять эмалированную кружку. Прямо в горячий раствор брось щепотку лимонной кислоты или, если есть желание и возможность, выжми сок из четверти лимона. В этом соке, разумеется, тоже есть лимонная кислота.

Поставь стакан или кружку с раствором в кастрюльку с кипящей водой, то есть на водяную баню, и подержи там с полчаса. Внешне вроде бы ничего не изменилось, но на самом деле с сахаром произошли серьезные превращения. И сейчас ты в этом убедишься.

Отлей немного раствора во флакончик и добавь к нему несколько капель раствора красителя метиленового синего. Этот краситель используют как лекарство и продают в аптеке; но можно взять и разведенную в воде синьку для белья, синие чернила для авторучек. Влей в пузырек немножко нашатырного спирта или раствора стиральной соды, поставь в горячую воду и наблюдай за окраской. Очень скоро содержимое пузырька станет почти бесцветным. Поставь точно такой же опыт с обычным раствором сахара — окраска и не подумает изменяться. Значит, с сахаром действительно произошли какие-то изменения. Каждая его молекула распалась на две, размером поменьше: на молекулы глюкозы и фруктозы. Оба эти вещества сладки и съедобны, но химические их свойства не совсем те же, что у сахарозы.

Такую смесь называют обычно инвертным сахаром. Устроим ему еще одно химическое испытание.

Налей в пробирку немного щелочи — нашатырного спирта или прокипяченного раствора стиральной соды. Добавь несколько капель раствора медного купороса. Сразу же появится голубой осадок вещества, которое называется гидроксидом меди. Жидкость аккуратно слей, а к осадку гидроксида добавь пипеткой несколько капель приготовленного тобою раствора инвертного сахара. Встряхни пробирку несколько раз, разумеется, закрыв ее. Осадок растворится, образуя темно-синий раствор.

Но это еще не все. Нагрей пробирку с темно-синим раствором в кипящей водяной бане. Сначала раствор пожелтеет, потом станет оранжевым, а в конце концов на дно выпадет красный осадок. Обе эти реакции указывают определенно на то, что в нашем сладком растворе присутствует глюкоза. Чтобы окончательно убедиться в этом, купи в аптеке глюкозу в таблетках, раствори одну-две таблетки в воде и проделай обе реакции с медным купоросом и щелочью. Они пойдут в точности так же.

Глюкоза содержится не только в винограде (хотя ее и назвали виноградным сахаром), а в очень многих овощах и фруктах. Повтори тот же опыт с яблочным, грушевым, морковным или огуречным соком. Натри немножко яблока, груши и т. д. на терке, выжми сок и процеди его через марлю, а затем поступай с ним в точности так же, как с раствором инвертного сахара. К нему, кстати, нам пора уже вернуться. Пока ты брал пробы и изучал яркие реакции, содержимое стакана или кружки, надо полагать, совсем остыло. Нагрей смесь глюкозы и фруктозы на водяной бане, но на этот раз грей подольше, чтобы вода из стакана испарялась. Раствор будет мало-помалу сгущаться и желтеть. Довольно скоро он станет напоминать мед…

Ничего удивительного. Упаренный раствор инвертного сахара с добавкой меда или медовой эссенции — это искусственный мед. Его продают в магазинах и используют обычно для готовки, потому что он намного дешевле настоящего. Дело в том, что и пчелиный мед состоит на три четверти из глюкозы и фруктозы. Охлади полученную тобой густую жидкость, добавь к ней немного натурального меда, размешай и попробуй на вкус: совсем неплохо.

Опыт можно повторить, взяв вместо лимонной кислоты апельсиновый сок. Или любой другой кислый сок. Или даже некислый, но с добавкой лимонной кислоты. Ты получишь очень разные, но неизменно аппетитные сиропы, которые можно смело есть, так как ты брал для них съедобные и вкусные продукты.

Если искусственный мед покажется тебе недостаточно густым, возьми раствор сахара покрепче и держи его на водяной бане подольше, чтобы испарилось больше воды. Но не вздумай греть для скорости прямо на огне; получишь не мед, а коричневую карамель.

Обратил ли ты внимание, что приготовленный сироп, даже если он очень густой, не кристаллизуется, а остается жидким? В том-то и дело. Варенье на инвертном сахаре и вправду почти не засахаривается. Так что смело можешь советовать старшим, когда они решат варить варенье: если ягоды или фрукты по своей природе не кислые, то перед концом варки не мешает добавить лимонной кислоты. Твой совет вдвойне ценен, потому что даешь ты его не понаслышке, а на основании опыта, поставленного своими руками…

Говорят, не все то золото, что блестит. А мы добавим: не все то сахар, что сладкое. Вот, например, глицерин. На вкус он отчетливо сладкий, и даже название его в переводе с древнегреческого означает «сладкий». Но по химическому строению глицерин относится к так называемым многоатомным спиртам, а никак не к сахарам…

Давай проведем красивую реакцию, которая позволит нам отличить глицерин от настоящего сахара — глюкозы, не пробуя эти вещества на вкус.

Прокипяти раствор стиральной соды и разлей его в две пробирки (или в два пузырька). В одну пробирку добавь примерно равное количество глицерина, в другую — столько же раствора глюкозы. Затем капни поочередно в оба пузырька несколько капель голубого раствора медного купороса. В обеих пробирках выпадет голубой осадок, который легко растворится после встряхивания, образуя насыщенного цвета темно-синий раствор.

Для человека, уже изучавшего химию, ничего удивительного тут нет: глюкоза, как и глицерин, содержит спиртовые группы, а значит, некоторые реакции у этих веществ должны идти одинаково. Но в общем эти вещества не очень похожи, и различие можно обнаружить уже в следующем опыте.

Темно-синюю жидкость в двух пузырьках нагрей на водяной бане. Следи за тем, как изменяется цвет. Раствор, содержащий глицерин, на нагревание никак не отреагирует — как был синим, так синим и остался. Но жидкость с глюкозой поведет себя иначе: из нее выпадет при нагревании желтый осадок, который при дальнейшем нагревании станет красным. Эта реакция характерна для многих сахаров, но не для глицерина.

А нельзя ли превратить глицерин в настоящий сахар? Я имею в виду сахар в химическом смысле слова, а не тот сахар, что в сахарнице. В химическом смысле — превратить можно. Но пробовать на вкус продукт, который получится в результате реакции, все же не надо. Мы опознаем его не по вкусу, а с помощью цветной реакции.

Тот самый раствор, который не желал менять синего цвета при нагревании, охлади до комнатной температуры и добавь немного, не больше двух капель, аптечной перекиси водорода. Размешай смесь и опять поставь ее на водяную баню, то есть в кастрюльку с горячей водой. И вот теперь она поведет себя почти так же, как раствор глюкозы: сначала пожелтеет, потом станет желто-красной, и в конце концов выпадет красный осадок. Глицерину, как ты помнишь, это совсем не свойственно, а свойственно только настоящим сахарам. Такое превращение произошло с глицерином под действием сильного окислителя — перекиси водорода.

Виноградный сахар (глюкозу) можно отличить от тростникового или свекловичного (сахарозы) еще по одной химической реакции, давно известной, простой и красивой. Называется она реакцией серебряного зеркала. Слово «серебряный» употреблено здесь не в переносном, а в самом прямом смысле: в ходе этой реакции на стекле появляется тонкий и блестящий слой серебра.

В аптеке купи пачку глюкозы, флакон нашатырного спирта и нитрат серебра. Должно быть, по опытам с фотографией и кольцами Лизеганга ты помнишь это вещество, более известное, впрочем, под названием «ляпис». Как и раньше, для нашего опыта вполне пригоден и ляписный карандаш, несмотря на то что в нем содержатся кое-какие примеси.

Суть реакции серебряного зеркала заключается в том, что глюкоза, в отличие от сахарозы, способна восстанавливать металлическое серебро из его соединений. И это серебро, если опыт поставлен правильно, оседает в виде тонкого слоя на стеклянной стенке сосуда.

Очень важное предупреждение: сосуд должен быть совершенно чистым. Советую тебе вести эту реакцию в пробирке или в прозрачном пузырьке, предварительно отмытом, что называется, до полного блеска, причем не снаружи, а изнутри. Например, вот так. Сначала, вооружившись ершиком, вымой пузырек с содой или со стиральным порошком. Потом положи его в кастрюльку с той же содой (или порошком), поставь на огонь и прокипяти. Наконец, промой несколько раз проточной водой.

В очень чистый сосуд налей примерно 20 мл, то есть столовую ложку, обыкновенной воды. Добавь растолченную таблетку глюкозы — обычно она весит полграмма. Взболтай воду, чтобы таблетка полностью растворилась, отставь сосуд в сторону и займись вторым раствором.

Наконечник от ляписного карандаша раствори в небольшом количестве воды и добавляй по каплям нашатырный спирт. Сначала появится осадок. Продолжай капать нашатырный спирт, и осадок будет понемногу растворяться. Как только он совсем исчезнет, прекрати добавлять нашатырный спирт и разбавь образовавшийся раствор водой примерно вдвое.

Теперь вернись к сосуду с раствором глюкозы. Влей в него второй раствор, чтобы заполнить сосуд почти доверху, размешай, нагрей на водяной бане, в кипящей воде. Теперь тебе уже вряд ли надо напоминать, что ни в коем случае нельзя держать его голыми руками. Возьми бельевую прищепку или самодельную держалку из проволоки. А еще лучше — сделай такую держалку, чтобы ее можно было положить на край кастрюльки и освободить руки.

Как бы то ни было, если пузырек отмыт как следует, то очень скоро на его стенках образуется блестящее серебряное зеркало. Может быть, оно окажется не таким красивым, как хотелось бы. Тогда повтори опыт, взяв новый столь же чистый сосуд и попробуй изменять соотношение первого и второго растворов. Обычно приходится брать поменьше раствора ляписа или, что то же, побольше раствора глюкозы.

Сахароза не дает реакции серебряного зеркала. Хочешь верь, хочешь проверь. А вот испытать раствор инвертного сахара очень советую. Опыт ставится так же, как с глюкозой, но самодельного инвертного сахара возьми в два-три раза больше. И еще посмотри, как будет вести себя какой-нибудь прозрачный сок из числа тех, которые, по твоим наблюдениям, содержат глюкозу. Возможно, что красивого зеркала на этот раз ты не получишь, но реакцию заметишь хотя бы по темным частичкам серебра, которые собираются в хлопья.

Напоследок займемся крахмалом. Не удивляйся, пожалуйста. Крахмал, хотя он и несладкий, тоже из семейства сахаров. Его огромная сложная молекула состоит из множества молекул глюкозы и других простых сахаров, соединенных одна с другой. В подходящих условиях крахмал распадается на составные части и становится сладким!

Но как бы нам обнаружить, что молекула крахмала, расщепляясь, становится меньше и меньше? С помощью йода. Помнишь, разбавленная йодная настойка окрашивает крахмал в синий цвет? Значит, чем меньше останется крахмала, тем слабее будет окраска. А когда все его молекулы распадутся на составные части, она и вовсе исчезнет.

В кастрюльку или в чистую консервную банку всыпь две чайные ложки крахмала, залей стаканом холодной воды, размешай и нагрей, все время размешивая, пока не получится прозрачный клейкий раствор — крахмальный клейстер. К нему надо добавить катализатор — кислоту. И тут возникает сложность. С лимонной кислотой молекулы крахмала будут расщепляться очень медленно. Уксус не годится, потому что он улетучивается при нагревании. По той же причине неудобно работать и с соляной кислотой: придется, во-первых, время от времени подбавлять ее в кастрюльку, во-вторых, хорошо проветривать помещение.

На заводах поступают так: добавляют немного разбавленной серной кислоты. Но я думаю, что тебе еще рано самостоятельно работать с таким едким веществом. Поэтому, пожалуйста, попроси старших приготовить тебе совсем немножко, буквально одну-две чайные ложки, разбавленной кислоты. Она продается в хозяйственных магазинах, но ради ложки не стоит покупать целую бутылку. Несколько капель кислоты можно одолжить у любого автомобилиста: серной кислотой заливают автомобильные аккумуляторы. Когда кто-либо из старших будет разбавлять для тебя кислоту водой — примерно вдесятеро, — то напомни ему, пожалуйста, что обязательно надо вливать кислоту в воду, а не наоборот, иначе можно обжечься. Даже несколькими каплями.

Когда серная кислота так сильно разбавлена, она уже не очень жгуча, но до дырки одежду может и проесть. Поэтому осторожно влей раствор кислоты в кастрюльку или банку с клейстером: там она так разбавлена, что уже совсем не опасна. Поставь смесь на слабый огонь, и пусть она себе потихоньку кипит. Если жидкость заметно выкипит, долей воды до прежнего уровня.

Вскоре после начала варки возьми пипеткой две-три капли горячей жидкости, капни на чистое стеклышко, дай немного остыть и другой пипеткой капни разбавленную йодную настойку. Как ты помнишь, должна появиться синяя окраска. Время от времени бери новую пробу смеси и проверяй ее йодом. Синяя окраска скоро сменится красно-бурой. Значит, дело идет на лад. Это образовались «осколки» молекул крахмала, их называют декстринами. А потом появляется вещество, похожее на сахарозу, — мальтоза, она же солодовый сахар. Мальтоза в свою очередь превращается в глюкозу, которую йод вообще никак не окрашивает. По мере того как крахмал с помощью катализатора — кислоты распадается на все более простые вещества, окраска с йодом будет меняться. Возможно, что полностью она не исчезнет, потому что готовый продукт — это не чистая глюкоза или мальтоза, а смесь многих веществ, которые образовались во время реакции. В таком виде его называют патокой и часто используют на кондитерских фабриках.

Но пока в патоке есть кислота, ее, разумеется, и в рот нельзя брать. Когда окраска от йода исчезнет вовсе или станет совсем слабой, прокипяти смесь еще пять — десять минут, сними с огня, слегка охлади и постепенно при размешивании добавь столовую ложку толченого мела или зубного порошка: с его помощью ты избавишься от кислоты. Она вступает с мелом в реакцию, при этом бурно выделяется углекислый газ, что очень удобно — пока смесь бурлит и появляется пена, ты знаешь, что кислота еще осталась. А как только пузырьки и пена исчезли — с кислотой покончено. Еще погрей жидкость на огне, чтобы выкипела лишняя вода, и процеди через марлю, сложенную в несколько слоев. У тебя получилась патока, которая, к сожалению, не так вкусна, как хотелось бы: она горчит из-за добавки мела. На заводах патоку очищают гораздо лучше, однако нам это недоступно. Так что попробовать ее можно, а вот есть — не советую…

В нашем организме, в желудке, крахмал тоже разлагается до мальтозы и далее до глюкозы. Причем без всякой кислоты (не говоря уже о серной). А катализаторами служат особые природные вещества, которые есть в любом живом организме. Называются они ферментами.

Как работает один из ферментов, ты сейчас увидишь своими глазами. Его имя-«амилаза», он содержится в слюне и умеет превращать крахмал в мальтозу. Что очень для нас важно, особенно когда мы едим картошку или хлеб, в которых много крахмала.

Чистой кипяченой водой прополощи рот примерно с минуту. Положи в воронку лист промокашки или сложенную в три-четыре слоя марлю, слегка смочи водой, вставь воронку в стакан и вылей в нее воду изо рта. У тебя получится чистый раствор слюны. Смешай его с равным количеством остывшего крахмального клейстера, перелей смесь в пузырек и поставь в стакан с теплой (около 40 °C) водой. Как и прежде, бери время от времени пробы с йодом на стеклышке. Окраска будет меняться в той же последовательности, как при реакции с участием серной кислоты. Но обрати внимание: на этот раз дело идет без всякого кипячения и гораздо быстрее. Уже минут через пятнадцать смесь перестанет окрашиваться йодом.

Катализаторы, созданные природой, действуют быстро и точно. Недаром химики стараются приспособить эти вещества так, чтобы они могли работать не только в живых организмах, но и в заводских аппаратах.

А вот и последнее из сладких чудес. Для него не потребуется ни пробирки, ни йода, ни ляписа. Вообще ничего, кроме кусочка белого хлеба.

Положи в рот немного хлеба и старательно, несколько минут, разжевывай. Ты почувствуешь, как на вкус он становится все более сладким. И уже не удивишься этому, потому что знаешь: так работает фермент амилаза, превращая совсем несладкий крахмал в сладкий сахар мальтозу.