Джирл Уокер - Новый физический фейерверк

Если яичные белки взбивать в медной миске, некоторые атомы меди перейдут в белки и свяжутся с атомами серы. Тогда эти атомы уже не смогут участвовать в образовании протеиновой сетки и она не станет слишком жесткой и поэтому не будет выдавливать воду.

Всем известно, что соус беарнез очень трудно приготовить, он может не получиться, даже если хозяйка все сделает правильно. Беарнез — это теплая заправка, состоящая в основном из разбавленного уксуса, вина, яичного желтка и масла, его подают к жареному красному мясу, курице, рыбе и яйцам пашот. В идеале соус должен представлять собой хорошо перемешанную (гомогенную) смесь ингредиентов, но иногда масло может отделиться от остальных ингредиентов и выпасть в осадок в виде некрасивых лужиц. Возникает вопрос: почему масло образует лужицы, если соус не получается? Если все делается правильно, почему масло не выпадает в осадок?

ОТВЕТ •Соус может существовать в виде коллоидной суспензии — взвеси шариков молочного жира, то есть масла, в жидкости, состоящей в основном из воды и уксусной кислоты (уксуса). И также он может существовать в виде эмульсии , то есть представлять собой дисперсную систему двух несмешивающихся жидкостей (в данном случае воды и масла), причем масло образует капельки в воде.

В коллоидной суспензии капельки масла притягиваются друг к другу благодаря слабому вандерваальсовскому взаимодействию, возникающему между электрическими диполями (молекулами с разделенными положительными и отрицательными зарядами). Однако на поверхности капель имеются и отрицательные заряды, поэтому когда капли приближаются друг к другу и возникает опасность их столкновения и слипания, взаимное отталкивание одноименных зарядов мешает этому и удерживает капли на расстоянии. Слипание может возникнуть при нагревании соуса, поскольку тогда капельки приобретают б о льшую энергию и могут столкнуться, несмотря на отталкивание одноименных зарядов. Если это случается и капли начинают связываться друг с другом (говорят, что выпадают хлопья ), значит, проблема в том, что на поверхности капель находится недостаточный заряд. Чтобы помешать образованию хлопьев, многие шеф-повара рекомендуют энергично вбивать в соус лимонный сок. Это разбивает хлопья масла, а лимонный сок, по-видимому, увеличивает заряд на поверхности капель и препятствует их слипанию.

В эмульсии капельки масла стабилизируются (то есть остаются в виде капель, а не слипаются в хлопья) благодаря молекулам лецитина, содержащимся в яичном желтке и находящимся на поверхности капель. У каждой молекулы лецитина есть связывающийся с водой (гидрофильный) конец (его еще называют полярным концом ), который повернут от поверхности капли в сторону воды. К этому концу присоединяются молекулы воды, так что каждая капля масла окружена слоем молекул воды, связанных с полярными концами молекул лецитина. Эта связанная вода мешает образованию хлопьев, а если хлопья все-таки выпадают, это значит, что в соусе может быть недостаточно лецитина. Чтобы остановить процесс образования хлопьев, нужно добавить лецитина, и многие шеф-повара рекомендуют в этом случае энергично вбить в соус еще немного желтков.

На практике энергичное вбивание и лимонного сока, и яичного желтка помогает получить гомогенный соус (поэтому не очень понятно, какой именно вариант соуса следует выбирать). Опытные кулинары знают, что нельзя добавлять и того и другого слишком много, иначе вкус соуса будет испорчен, хотя хлопьев может и не быть. Они также знают, что, если соус перегреть, он испортится, поскольку при повышенных температурах тепловое движение капель становится интенсивнее (больше вероятность их столкновения друг с другом) и желток начинает сворачиваться (становиться неоднородным и неспособным стабилизировать структуру соуса).

Намагниченные в естественных условиях минералы, называемые магнетитами, были обнаружены в Древнем Китае, где сначала их использовали как сувениры, а потом стали применять в качестве компасов. Как минералы намагничиваются и почему не все минералы обладают магнитными свойствами?

ОТВЕТ •Магнетит — кусок железной руды, который может сохранять свои магнитные свойства после намагничивания, поэтому про него говорят, что он способен стать постоянным магнитом . Способность сохранять намагниченность объясняется коллективными квантовыми эффектами во взаимодействии электронов в атомах железа. В естественных условиях железная руда могла намагнититься за счет какого-нибудь одного из двух процессов: либо она была нагрета, а потом охладилась в магнитном поле Земли, либо рядом с ней ударила молния, несущая очень большой ток и создающая магнитное поле.

В первом из этих процессов железная руда сначала нагревается в потоке лавы, а затем остывает. Когда она нагревается до высоких температур, то теряет магнитные свойства (соответствующая температура называется точкой Кюри), поскольку тепловая энергия атомов полностью разрушает коллективное взаимодействие электронов, а когда охлаждается и это коллективное взаимодействие восстанавливается, магнитные моменты электронов стремятся выстроиться вдоль силовых линий магнитного поля Земли в том месте, где находится железная руда. Чем точнее выставится параллельность этих моментов в железной руде, тем больший магнитный момент будет у магнетита.

Во втором случае магнетит формируется, если в скалу или поблизости от нее ударит молния. Магнитное поле возникает при движении электронов, образующих ток молнии, и выстраивает магнитные моменты некоторых соединений железа, содержащихся в скальных породах, в одном направлении. Моменты сохраняют эту направленность и после того, как молния исчезнет. Магнетиты этого типа находят вблизи поверхности земли (поскольку молния не пробивает землю больше чем на несколько метров), и они располагаются в виде небольших пятен.

Поскольку магнитное поле Земли со временем постепенно меняется, направление стрелки компаса на север тоже меняется. Исследователи хотели бы узнать, куда стрелка компаса показывала в определенные моменты в прошлом, но, увы, записи показаний компаса находят редко. Однако исследователям помогают в этом древние печи с глиняными стенками для обжига глиняной посуды и старинная стенная роспись, например фрески, украшающие знаменитую галерею Ватиканской апостольской библиотеки. Как печи для обжига и фрески могут поведать о направлении на Северный магнитный полюс?

ОТВЕТ •Глина, из которой были сделаны стенки и дно древней печи для обжига посуды, содержит оксиды железа — магнетит и гематит. В этих материалах имеются отдельные зерна, состоящие из доменов — областей, в которых магнитный момент постоянный. Зерно магнетита состоит из множества микроскопических доменов, а зерно гематита — из одного домена шириной до миллиметра.