Комично, как все химично! Почему не стоит бояться фтора в зубной пасте, тефлона на сковороде, и думать о том, что телефон на зарядке взорвется

Когда ПАВы бросают в воду, с ними происходят удивительные вещи: молекулы сами формируются в геометрические структуры. К этому их приводит гидрофобность хвостов: они знать не желают о воде, потому выстраиваются так, чтобы как можно меньше контактировать с ней. В результате образуются так называемые мицеллы – все гидрофобные хвосты смотрят внутрь, а гидрофильные головки наружу – туда, где вода. Мицеллы могут быть шарообразными, иметь форму палочек или червячков.

Также мицеллы склонны располагаться на границах поверхностей; это свойство называют «быть поверхностно-активным». Если в один стакан налить растительное масло и мыльный раствор, бо́льшая часть ПАВов расположится на границе между водой и маслом, причем таким образом, что гидрофильные головки будут смотреть в воду, а гидрофобные хвосты – в масло. То же самое происходит и на границе «вода – воздух». Воздух хоть и не гидрофобная среда на самом деле, но главное не вода, – думают гидрофобные хвосты и разворачиваются к воздуху, прямо как в детской песенке «Все мои утята» (ну да, «головушки в воду, хвостики кверху»!)[11].

Вот вам объяснение пенных ванн и мыльных пузырей. Мыльный пузырь, хоть и очень хрупкий, на самом деле на удивление стабильный, если подумать о том, что это полый шар из воды, и если учитывать, какое натяжение он испытывает. Поначалу это может показаться странным. Как жидкость может натягиваться? А так же, как пластмассовая линейка, когда вы ее сгибаете, так и вода под напряжением, когда, например, из нее пытаются выдуть пузырь. Мы говорим о так называемом поверхностном натяжении воды, с которым познакомимся ближе в главе 10.

А пока представим себе, что на поверхности воды действуют силы, делающие ее чуть ли не твердой. Но теперь ее поверхность занимают ПАВы, делая подвижнее и эластичнее, если хотите. Из твердой пластмассовой линейки получается более мягкая, ее легче согнуть, не опасаясь сломать. Таким образом, ПАВы уменьшают поверхностное натяжение воды. Из-за этого вода деформируется в мыльные пузыри или в совсем мелкие, сильно изогнутые пузырьки, без которых пенные ванны были бы немыслимы.

Поскольку ПАВы амфифильны, то есть любят и то и другое, они выступают превосходным посредником между гидрофильными (вода) и гидрофобными веществами, такими как сало, грязь или бактерии. Когда мы моемся мыльным раствором, находящиеся в коже гидрофобные вещества могут включаться внутрь мицелл, а затем смываться водой. По тому же принципу действуют средства для стирки, бытовые моющие средства и зубные пасты. Вот так заурядно просто и при этом гениально.

Как же производят эти гениальные мини-булавки?

В давние времена мыло варили из масел и жиров с добавлением растительной золы. Лежащая в основе химическая реакция называется – понятное дело! – омылением. Исходное вещество – всегда жир. Жиры и масла в химии называются триглицеридами[12], что означает: молекула жира – это соединение трех жирных кислот. Образование мыла определяют именно жирные кислоты, потому что они состоят из длинного гидрофобного хвоста и подвешенной на его конце кислотной группы, представляющей собой превосходную гидрофильную головку. Форма булавки тем самым как бы предопределена. Однако кислотные группы внутри триглицеридов соединены таким образом, что взаимодействие с водой невозможно. Так, жир или триглицерид можно представить себе как три булавки, связанные друг с другом через головки. Высвободить кислотные головки из этой связки можно, если ввести в игру щелочной реагирующий компонент. Зола растений содержит калийные щелочные соли, а кислоты и щелочи реагируют между собой на раз-два.

Если жир с калийными солями разогреть, тройственный союз триглицеридов будет разрушен, и мы получим свободные жирные кислоты с омыленными кислотными головками. Это значит, что кислотная группа теперь заряжена отрицательно (наподобие фторид-иона). А заряженные группы прекрасно находят общий язык с водой (почему – выясним в главе 10). Так из жиров получают моющие ПАВы.

Хозяйственное мыло по-прежнему делают по тому же принципу, только сегодня вместо растительной золы или калийных солей используют раствор едкого натра (NaOH). Это сильная щелочь, очень хорошо подходящая для омыления. Реакция срабатывает со всевозможными жирами. В хозяйственном мыле это традиционно дешевые жиры, такие как сало, свиные или костные. Звучит мерзко, но мыло получается безупречное.