Химия по жизни. Как устроен наш быт, отношения, предметы и вещи с точки зрения химических реакций, атомов и молекул: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

При правильном использовании горячий инструмент даст достаточно тепла, чтобы заставить молекулы в кератине двигаться, но недостаточно тепла, чтобы вызвать какие-либо нежелательные химические изменения. Другими словами, воздействие тепла на молекулы в течение короткого времени изменяет взаимодействие между молекулами, а не связи внутри них.

В выпрямленных или накрученных волосах изменились водородные связи (межмолекулярные взаимодействия) между молекулами цистина. Например, изначально атом водорода в цистине А притягивался к атому азота в цистине В, однако теперь он притягивается к атому азота в цистине С. Перегруппировка молекул может показаться чем-то неважным, однако это можно сравнить тем, что вы строите замок, но внезапно решаете заменить все красные детали Lego на синие. Детали имеют одинаковую структуру и прочность, но теперь ваш форт выглядит иначе. Новые связи, образующиеся в наших волосах, позволяют нам завивать прямые волосы или выпрямлять кучерявые. Направление движения инструмента и тепло от него перемещают молекулы в нужное положение.

Для образования новых связей между молекулами необходимо тепло. Однако самое сложное – по крайней мере, для меня – дождаться, когда волосы остынут. Проходит процесс перестройки, в ходе которого новые водородные связи занимают новые места. Если вы будете делать что-то со своими волосами до того, как они полностью остынут, то вы сломаете водородные связи и вернете волосы в прежнее состояние. Но так как эти связи временные, когда вы пойдете в душ, то новые связи разрушатся.

Многие люди предпочитают использовать средства для укладки волос, например лак или мусс. Основное различие между лаком и муссом в том, что лак – это жидкость на основе этанола, а мусс – это пена. В остальном они очень похожи! В составе обоих продуктов есть тонкий полимер, из-за которого пряди волос прилипают друг к другу. Я всегда представляю, что между прядями моих волос образуется микроскопическая паутина. Когда волосы находятся близко друг к другу, они путаются; в конце концов, наша прическа фиксируется на определенный период времени.

На рынке представлены разные лаки для волос, и их эффективность напрямую зависит от размера основного полимера. Логично, что крупные полимеры имеют сильную фиксацию, так как в них содержится большое количество атомов, способных образовать тонкую пленку с соседними атомами. Однако крупные молекулы должны распыляться в крупных каплях. И это плохо по двум причинам: (1) им нужно больше времени для высыхания и (2) волосы становятся жесткими и липкими.

Дешевые продукты хорошо связываются с волосами и обеспечивают сильную фиксацию, однако они могут способствовать накоплению веществ. Полимеры меньшего размера ощущаются более естественно, не вызывают чувства липкости, однако фиксация намного слабее. Именно поэтому в лаках используются небольшие полимеры, обеспечивающие мягкую фиксацию.

В большинстве лаков для волос используется смесь этанола и воды. Вода нужна для поддержания полимера в жидкости. В противном случае нам пришлось бы наносить на волосы плотное резиноподобное вещество (ужасно!). Этанол нужен потому, что он обладает высоким давлением паров, из-за чего скорость испарения лака после его нанесения увеличивается.

По причине того, что вода разрушает образованные водородные связи, ученым пришлось придумать другой способ доставки полимера в наши волосы. Каждое средство для укладки волос имеет уникальное соотношение полимеров, воды и этанола. У меня тонкие волосы, именно поэтому я использую лак для волос мягкой фиксации, завиваю волосы утюжком, а затем применяю лак сильной фиксации.

Приняв душ, высушив феном волосы и уложив их лаком, я приступаю к своей любимой части: макияжу. Я начинаю с того, что никак нельзя пропускать. Хороший праймер как двусторонний скотч: он образует межмолекулярное взаимодействие между вашей кожей и нанесенным макияжем, а также позволяет зафиксировать косметику. После нанесения праймера нужно подождать пару минут, чтобы он впитался в кожу. Таким образом мы не удалим праймер в ходе следующего этапа – нанесения тонального крема.

В зависимости от типа вашей кожи вы можете использовать разные тональные кремы: жидкий крем, крем-пудра, крем с тонирующим эффектом и мусс (и это я перечислила лишь часть из них!). Я нашла тонирующее увлажняющее средство, которое не только увлажняет кожу, но и выравнивает ее тон. Сухая кожа может доставлять дискомфорт; лицо постоянно чешется, а иногда начинает шелушиться. Быть может, вы выиграли генетическую лотерею и ваша кожа может удерживать много воды, однако я не могу жить без увлажняющего крема!

Но что такое увлажняющий крем? Согласно определению, увлажняющим кремом может быть любой продукт, улучшающий внешнее состояние вашей кожи. Главная целью увлажняющего крема – бороться с сухостью кожи или фотостарением (или и с тем и другим одновременно).

Большинство дерматологов сходятся во мнении, что сухая кожа может быть результатом четырех основных проблем. Во-первых, в ее наружном слое, роговом слое эпидермиса, недостаточно воды. Задача рогового слоя – защищать организм от бактериального вторжения; лучше всего эту функцию выполняет увлажненная кожа. Если в клетках кожи содержится достаточно количество воды, то они выглядят «раздутыми» и равномерно отражают солнечный свет; создается эффект идеальной модельной кожи. Но если клетки теряют воду, то они сморщиваются, придавая коже некрасивую, морщинистую текстуру.

Еще одна причина – высокая скорость обновления эпидермиса. Это случается всякий раз, когда клетки заменяют друг друга. Если данный процесс происходит слишком быстро, то в клетках кожи может быть разное содержание воды. Есть также свидетельства того, что сухость кожи связана с нарушением синтеза липидов. Липиды эпидермиса содержат 65 % триглицеридов, диглицеридов и свободных жирных кислот, а также 35 % холестерина (по массе). Любое отклонение от нормы негативно скажется на выработке себума кожи (кожного сала). Странный способ сказать, что малое количество масел приводит к сухости кожи лица.

Последняя причина самая очевидная. Каждый раз, когда вы повреждаете кожу, например царапаете ее, вы разрушаете клетки кожи и нарушаете кожный барьер. Если вы не будете осторожны, то в ранку может попасть инфекция. Во время восстановления клеток кожа, как правило, сухая и раздраженная. Любая из этих проблем может заставить человека воспользоваться увлажняющим кремом.

Раньше я жила в Мичигане, так что каждую зиму я боролась с сухостью кожи. Тогда меня спасал тонер Jergens Ultra Healing без запаха. В нем содержится вазелин, представляющий собой гель из нескольких углеводородов. Эти неполярные молекулы впитываются в наружный слой кожи и отталкивают все полярные молекулы, приближающиеся к ним. То есть любые полярные молекулы воды, которые захотят покинуть вашу кожу, будут «возвращены», так что кожа будет выглядеть увлажненной и напитанной.

Но какой увлажняющий крем подойдет именно для вашей кожи? По правде говоря, это зависит от личных предпочтений. К примеру, я просто ненавижу плотные тональники, оставляющие липкое или жирное ощущение, однако некоторые мои друзья предпочитают именно их. Если вы будете регулярно пользоваться качественным продуктом, то со временем заметите изменения в текстуре кожи. Правильно подобранный увлажняющий крем образует защитный слой, препятствующий потере воды клетками кожи.

Хорошее увлажнение кожи также помогает бороться с фотостарением (ранним старением кожи, вызванным солнцем). Когда наша кожа увлажнена, мы можем заметить, что морщины разглаживаются, а сама ее поверхность становится упругой и эластичной. Что еще важнее, так мы можем оценить эти изменения, проверив кожу на эластичность.

Вы когда-нибудь рассматривали клетки кожи? Например, на уроке биологии. Удивительно, но просто исследуя удаленные клетки, вы можете узнать много нового о скорости обновления эпидермиса. Если скотч легко от вас отстает, то у вас нормальный тип кожи. Если скотч сложно к вам прикрепить, то у вас жирная кожа. А если на скотче остается МНОГО клеток (поверьте, вы сразу это поймете), то вам нужно озадачиться поиском новых средств по уходу за собой. Когда я провожу подобный эксперимент на своем теле, то кожа на ногах у меня сухая, а на лбу – жирная (именно поэтому я не использую средства с вазелином на лице).

А теперь давайте перейдем к самому интересному: румяна, бронзер и тени для век работают точно так же, как и тональный крем. Они образуют межмолекулярные взаимодействия с праймером (или тональным кремом), фиксируясь на лице. За оттенок наших румян и бронзеров ответственны определенные молекулы, например, кармин используется для красных оттенков, тартразин – для желтых, оксид железа – для коричневых.

Древние египтяне тоже использовали кармин, полученный из раздавленных жуков, чтобы придать губам красивый красный оттенок. К счастью, в наше время в помадах используются красители, а также такие молекулы, как оксид-хлорид висмута (для придания белого вида) и диоксид титана (осветляет красные оттенки до розового).

Многие не осознают, что процесс нанесения помады – это целая наука. Давайте рассмотрим классическую ее форму. Когда вы открываете колпачок, то видите скошенный край помады поверх прочного тюбика с воском. Большинство производителей используют карнаубский воск (или пальмовый воск), чтобы помада могла держать форму; иначе она просто расползалась бы, если бы вы попытались ею накраситься.

Кроме того, чтобы пигмент перешел с помады на губы, нужен вазелин (или оливковое масло). Это одна из причин, почему обычно помады такие мягкие. Подобная текстура получается из силиконового масла, которое используется для передачи и фиксации пигмента на губах. Таким образом мы можем получить стойкую помаду, которую можно носить целый день.

Интересный факт: тушь, по сути, является разновидностью помады, но только для ресниц. Как и губная помада, она была создана египтянами, и содержит в себе оксид титана для придания цвета (для не слишком интенсивных оттенков) и карнаубский воск для укрепления ресниц. Чтобы тушь получилась водостойкой, в нее добавляют большую неполярную молекулу – додекан, которая отталкивает полярные молекулы воды. Если вы пользуетесь обычной тушью, то вода будет растворять ее и оставлять разводы.

Главная разница между тушью для ресниц и помадой заключается в том, что в состав туши может входить нейлон или вискоза. Нейлон – это большой полимер, использующийся в туши с удлиняющим эффектом. Существует два типа полимеров: синтетические и природные. Природные полимеры – это те, которые можно обнаружить в природе, например хлопок (они даже присутствуют в нашей ДНК). Синтетические полимеры, например нейлон, вискоза или полиэстер, синтезируются в лаборатории.

Синтетические молекулы (иногда их называют пластмассами) состоят из цепочки маленьких повторяющихся рисунков; просто представьте себе цепочку из скрепок. Каждая скрепка является уникальной и обособленной, однако все они соединены друг с другом кончиками. Молекулы удерживаются вместе благодаря ковалентным связями как внутри каждой молекулы, так и между повторяющими участками молекул.

Цепочки из молекул образуют большие (и тонкие) волокна, которые укладываются друг на друга. В месте наложения молекулы они образуют между собой дисперсионные силы, и когда цепочки накладываются друг на друга слишком часто, создается набор полимеров. Если правильные молекулы собираются в правильном порядке, как, например, в нейлоне, то полученный полимер будет прочным и эластичным. Но если на ваших колготках (между прочим, сделанных из нейлона) когда-нибудь появлялась дырка, то вы знаете, что полимеры могут быть очень слабыми. Прочность волокна зависит от связей между молекулами и межмолекулярных взаимодействий, поддерживающих эти связи.

Полиамид – это полимер, используемый для синтезирования нейлона, он состоит из повторяющихся молекул, связанных друг с другом интересным способом. Этот способ называется амидным соединением. Подобные соединения очень специфичны: они возникают в том случае, если атом углерода на одной стороне молекулы А образует ковалентную связь с атомом азота на противоположной стороне молекулы В. Дело в том, что молекулы А и В являются одинаковыми, поэтому такое соединение повторяется еще несколько раз; создается ряд молекул, соединенных сверхсильными ковалентными углеродно-азотными связями.

Вы когда-нибудь слышали об американском химике Сетфани Кволек? Она проработала более сорока лет химиком-органиком в DuPont и умерла в 2014 году. Еще в 1964 году она занялась поиском новой молекулы, которой можно было бы заменить сталь в гоночных шинах, и случайно получила странный раствор.

Кволек настолько заинтересовалась наполовину жидким, наполовину твердым веществом, что попросила коллегу продавить вещество через фильеру – это часть оборудования, с помощью которого раствор можно превратить в волокно (если эксперимент пройдет успешно, то получится игольчатое волокно, напоминающее стекловату). К счастью, эксперимент Кволек прошел успешно. Она была так довольна полученным результатом, что решила проверит полученную молекулу на прочность – и обнаружила, что полученная молекула прочнее стали в пять раз!

Проведя еще несколько экспериментов, Кволек и ее коллеги узнали, что после нагревания прочность вещества повышается. Для людей, которые никогда не работали в лаборатории, этот результат был подобен ситуации, когда Супермен входит в огонь, а затем каким-то непонятным образом превращается в Халка. Тепло от огня, как по волшебству, заставляло молекулы перестраиваться, благодаря чему у вещества появлялась суперсила.