Почему резиновые кольца сами по себе плавятся? Часто в ящиках своего рабочего стола я нахожу старые резинки, превратившиеся в липкую массу. Через несколько месяцев эта липкая масса твердеет и становится хрупкой. Почему?
Стюарт Арнольд (Мюнхен, Германия)
Натуральный каучук состоит из звеньев полиизопрена, скользящих одно о другое при растяжении материала. Поскольку сырой каучук — вещество вязкое и мягкое, ему трудно найти применение. Чтобы он стал более твердым, в него добавляют такой химический реагент, как сера, которая создает химические поперечные связи между звеньями. От этого каучук твердеет и становится менее вязким. Этот процесс называется вулканизацией. Со временем ультрафиолетовые лучи и кислород вступают в реакцию с резиной, образуя химически активные радикалы, разбивающие звенья полиизопрена на короткие сегменты. В результате резина фактически вновь превращается в сырой каучук — мягкую, вязкую массу. Тем временем эти радикалы могут также образовать новые короткие поперечные связи между звеньями. Резина затвердевает и в итоге становится хрупкой. Этому процессу содействуют любые вулканизующие агенты, сохранившиеся в резине. Как ведет себя резиновое кольцо — становится жидким или твердеет, — зависит от относительной активности данных процессов, а сами показатели активности зависят, в свою очередь, от качества резины, то есть от того, какие добавки, наполнители и красители она содержит, а также от условий хранения. Тепло и свет ускоряют эти реакции (например, при повышении температуры на 10°C реакция станет протекать вдвое быстрее), а наличие таких сильных окислителей, как озон, способствует образованию еще большего количества радикалов. Таким образом, судьбу вашего резинового кольца определяют комнатная температура и его местонахождение, то есть стоит ли ваш стол у окна или рядом с устройством типа фотокопировального аппарата, который способствует образованию озона. Какое количество света и тепла необходимо для таких изменений? В основе химии полимеров резины лежит множество факторов, поэтому дать точный ответ на этот вопрос трудно. Вне сомнения, химические реакции протекают медленнее, если резина находится в холодильнике, и быстрее — если ее оставили на столе под лучами солнца. По приблизительным подсчетам, при повышении температуры на 10°C реакция ускоряется вдвое, но при этом нельзя не учитывать такие факторы, как кислород и свет. Большое значение имеет состав резины, такие ее компоненты, как вулканизующие агенты, наполнители или красители, поглощающие световую энергию или способствующие перемещению радикалов. И наконец, на процесс старения резины влияют концентрация озона, интенсивность ультрафиолетового излучения и степень растяжения резины. При растяжении звенья полиизопрена сближаются, что позволяет радикалам с большей легкостью передвигаться от одного звена к другому, образуя между ними новые связи.
Автор-составитель
Почему разрезанные яблоки и груши не темнеют, если их сбрызнуть лимонным соком?
Брайан Добсон (Алтон, Великобритания)
Чтобы ответить на данный вопрос, прежде всего нужно понять, почему ткани некоторых растений в местах порезов приобретают коричневый цвет. Клетки растений имеют различные полости, в том числе вакуоли и пластиды, которые отделены друг от друга мембранами. В вакуолях содержатся производные фенола, которые иногда имеют ту или иную окраску, но обычно бесцветны. В других полостях клетки находятся энзимы, называемые фенолоксидазами. В здоровой клетке растения мембраны отделяют производные фенола от оксидаз. Однако, если клетка повреждена (например, при разрезании яблока), производные фенола могут вылиться из вакуоли через проколотую мембрану и вступить в контакт с оксидазами. Кислород, содержащийся в воздухе, способствует тому, что эти энзимы окисляют фенольные производные. В результате данной реакции образуются продукты, защищающие растение, регенерирующие его поврежденные ткани, но при этом окрашивающие их в коричневый цвет. Реакцию потемнения могут предотвратить один-два агента, оба присутствующие в лимонном соке. Первый агент — витамин С, биологический ингибитор, образующий при окислении бесцветные вещества, в отличие от производных фенола, образующихся в яблоке. Второй агент — органические кислоты, и в частности лимонная кислота, снижающая рН оксидаз и таким образом замедляющая процесс потемнения. В лимонном соке витамина С в 50 раз больше, чем в яблоках и грушах. И лимонный сок с рН < 2 гораздо кислее, чем яблочный сок, в чем можно убедиться, попробовав и то и другое на вкус. Поэтому лимонный сок мгновенно предотвращает потемнение. Потемнение нарезанных кусочков яблока можно предотвратить и без лимонного сока, поместив их в азотную или углекислую среду, где нет кислорода, необходимого для оксидаз. Реакцию потемнения очень удобно наблюдать на сельдерее. Для этого нужно отрезать от его корневища крупный, относительно ровный кусок и обложить его несколькими маленькими кружочками фильтровальной бумаги, пропитанными разными растворами — яблочного сока, витамина С, других антиоксидантов, лимонной кислоты, других кислот и т. п. Под кружочком, пропитанным веществом, которое блокирует активность оксидаз, останется белый круг; вся остальная поверхность потемнеет.
