Великое надувательство: наука для стирки, порошок для науки

Как выделить свою ДНК при помощи средства для мытья посуды, каков возраст старейшего мыла, что будет, если постирать в стиральной машинке клещей или костер, какую интересную жизнь проживали мыловары Нового времени, может ли кто-то жить в отбеливателе и питаться средствами для стирки, а также какие моющие вещества можно отыскать в картошке, читайте в материале Indicator.Ru.

Детергент: начало

По-научному чистящие или моющие вещества называют детергентами (от латинского detergeo – «мою»). В их составе содержатся поверхностно-активные вещества (ПАВ) – основной моющий компонент бытовой химии и профессиональных средств для стирки и очищения поверхностей. Мыло, ставшее героем «Бойцовского клуба» и нашей статьи про науку мыльных пузырей – это тоже ПАВ. Давайте узнаем больше про его собратьев по тазику.

Откуда же ПАВ взялись? Разные сорта мыла впервые стали появляться еще за 3000 лет до нашей эры (известны находки мыла возрастом 2800 лет на территории городов Шумера и Вавилона). В Древнем Риме мыло не делали, но описали его использование кельтами. В Индии в качестве моющего и отбеливающего средства использовали плодов растений рода Sapindus – «мыльных орехов». Научное название дал роду Карл Линней, сложив латинские корни sapo (мыло) и indicus (индийский). Многие народы использовали также мыльный корень, которым называли корневища травянистых растений, образующие пену. Это свойство растения приобретают благодаря веществам под названием сапонины.

ПАВ издавна умели изготавливать и на территории Ближнего Востока: рецепт мыла из оливкового масла и глицерина можно найти в трактатах раннесредневекового багдадского ученого Абу Бакра Мухаммада ибн Закарии Ар-Рази.

Из исламских стран мыло поставлялось и в Европу. Неудивительно, что английское слово alkali, означающее необходимый ингредиент мыла, щелочь, произошло от арабского al-qaly – зола. Первым европейцем, узнавшим химический состав мыла, был француз Мишель Эжен Шеврель, который рассчитал его формулу по заказу текстильной фабрики.

Из мануфактур – в массовую культуру

Однако и без этих знаний мыло производили в промышленных масштабах уже с 1780 года (за шесть лет до рождения Шевреля) благодаря придумавшему такой способ шотландцу Джеймсу Кейру.

Уже в середине XIX века мыловарение превратилось в индустрию. В 1865 Уильям Шеппард запатентовал жидкое мыло (основанная им фирма на рубеже XX века сменит название на  Palmolive), примерно тогда же стали выпускать стиральные порошки под марками, известными и сегодня.

Кстати, именно марка Palmolive и стала одним из прародителей фразеологизма «мыльные оперы», спонсируя сначала радиопередачи, а затем и сентиментальные телесериалы для домохозяек, руки которых были заняты стиркой. Например, с 1927 по 1931 в США выходила музыкальная радиопередача The Palmolive Hour, а позднее, с 1934 по 1937, Palmolive Beauty Box Theater, где играли оперетты и другие музыкальные произведения.

Трудно подсчитать окупаемость таких вложений, тем более, что культурные факторы не всегда влияют на покупательную способность. Если верить сообщению в Journal of Consumer Research, использование каламбуров, рифмованных фраз и игры слов в рекламе подталкивает людей покупать дорогие товары, ассоциируемые с роскошью или удовольствием (в примере – трюфели или мороженое), но будет бесполезно в рекламе бытовых или практичных товаров и услуг (порошков или банка).

Древнекитайский отбеливатель и другие добавки

Что еще добавляют в детергенты помимо мыла или алкилбензенсульфонатов? Типичное средство для стирки сегодня на 50% состоит из моющего компонента, который служит для умягчения воды (жесткая вода, как мы уже разбирались в посвященной ей статье, отстирывает плохо).

Поначалу основой моющих компонентов был натрий, особенно его карбонат (Na₂CO₃), но в 1930-е в дело вступили фосфаты (соли с остатком PO₄), а потом и фосфонаты – вещества с формулой C−PO(OH)₂ или C−PO(OR)₂, где R – радикал, который может меняться. Однако со временем стало понятно, что фосфаты вредны для окружающей среды. На смену им пришло большое разнообразие веществ: цитраты, EDTA, силикаты и так далее.

Многие волокна (хлопок, к примеру) легко впитывают жидкости. В структуре целлюлозы есть много торчащих в стороны групп –OH, которые будут связываться с молекулами воды. По объяснению китайских ученых, и их молекулы в воде получают негативный заряд. С ростом pH (зависящего от количества протонов – катионов водорода) отрицательно заряженные загрязняющие вещества и волокна ткани начинают взаимно отталкивать друг друга. Кроме того, щелочные умягчители воды приводят к омылению жиров. Однако для хорошего отстирывания этого все еще не достаточно.

Наконец, еще 15% массовой доли детергента составляют поверхностно-активные вещества, к которым относится и мыло. Они обладают двойным действием: частично расщепляют жир, превращая его в эмульсию, а также уменьшают поверхностное натяжение воды, чтобы ткань лучше намокала. Далее идут отбеливающие вещества, основная мишень которых – растительные красители (хлорофилл, антоциановые пигменты и так далее). Отбеливающие соединения в большинстве случаев – стабильные производные пероксида водорода, которые высвобождают его в воде, позволяя ему окислять растительные пигменты.

Кроме этих главных компонентов в порошки добавляют энзимы (они же – ферменты – белки, расщепляющие конкретные вещества), помогающие отмыть не только жировые, но и белковые загрязнения. Энзимы научились использовать еще жители Древнего Китая, для которых такой состав стал аналогом мыла. Китайский рецепт был необычным и включал свиную поджелудочную (энзимы) и золу растений (щелочная составляющая). Дополнительные добавки могут стабилизировать или, наоборот, уменьшать количество пены, регулировать вязкость раствора, препятствовать коррозии, подкрашивать волокна ткани или смягчать их, а также придавать приятный запах.

«Умные» бутылки и бактерии со специфическими вкусами

Но ученые и изобретатели не остановились на достигнутом, предлагая все более удобные и совершенные составы детергентов и технологии их применения и изготовления. Почему бы и нет, если спрос на них всегда большой.

Стоит ли удивляться, что первым в мире напечатанном на 3D-принтере объектом, способным соединяться с Wi-Fi без электроники, стала бутылка с моющим средством, которая сама может мониторить количество содержимого. И даже заказывать добавку через интернет, если опустеет. Она сделана полностью из пластика, и вместо электроники содержит миниатюрные пружинки, шестеренки и рычаги, работающие по принципу механических часов, которым не нужна батарейка. Эффект обратного рассеяния позволяет антенне в бутылке отражать сигнал, испускаемый роутером.

Новую надежду дарят ученым и бактерии-экстремофилы. Так, в антарктических озерах, по содержанию щелочи сравнимых с концентрированным отбеливателем CloroxTM, тоже обитают микроорганизмы. Они там не просто живут: некоторые выдержали 32 000 лет в замороженном состоянии – а потом смогли оттаять и вернуться к активной деятельности, сообщает пресс-релиз на Science.Daily. Если они довольны такими условиями, возможно, их удастся научить разлагать вредные для других организмов вещества в сточных водах? Правда, исследователям они интересны с точки зрения способностей живых организмов к адаптации. Если в таком недружелюбном месте им удается выжить, что мешает их собратьям ютиться на астероидах, кометах или планетах вроде Марса?

Однако за потенциальными разрушителями детергентов необязательно отправляться на Южный полюс, как сообщают исследователи из Университета Вичиты. Одна из самых распространенных птиц Северной Америки, темноглазый юнко, напоминающий нашего воробья, носит на своих перьях огромное количество разнообразных бактерий. Пролетая более 200 километров за ночь, эта безобидная на вид птичка может разносить патогены по далеко стоящим друг от друга растениям, вызывая настоящие эпидемии. А может и распространять полезных симбионтов, которые будут стимулировать производство гормонов роста или угнетать развитие грибков, докучающих растению.

Но на ее перьях можно встретить не только случайных пассажиров, ждущих высадки на подходящем дереве. У птицы есть и постоянные попутчики – бактерии, которые разлагают ее перья. Ученые считают, что их можно применять для разложения детергентов – любителям кератина из птичьих перьев энзимы в порошках тоже могут прийтись по вкусу.

 Лечи диабет, стирай костер

В конце предыдущей статьи мы рассказывали, как делать мыльные пузыри. А что интересного можно сделать с детергентами? Можно выделить свою ДНК на кухне. Для этого достаточно немного пожевать щеки изнутри, наполнить слюной стопку и добавить несколько капель детергента (обычно хорошо подходят средства для мыться посуды), который разрушит клеточные оболочки. Благодаря добавлению соли ДНК начнет комковаться, а спирт позволит выделить желанный осадок – вашу самую главную молекулу.

Если этот эксперимент порадует маленьких биологов, то есть и работы на вполне взрослые темы. В статье, опубликованной в журнале Biomaterials Science, описан метод производства кислорода для искусственной поджелудочной железы, пересаженной людям с диабетом I типа. Одно из веществ-кандидатов на эту почетную роль – надуглекислый натрий (он же – перкарбонат натрия), который используется в бытовой химии и стиральных порошках. Он способен снабжать кислородом новый орган, пока кровеносные сосуды не окружат его и не возьмут задачу на себя.

Но и это еще верх изобретательности. Пробовал ли кто-то из вас стирать с детергентами клещей или даже костер (нет, не горящие ветки, а одноименное травянистое растение, но тоже весьма оригинально)? Если вы не глядя доверяете стиральной машинке свою безопасность, у нас для вас плохие новости: подавляющее большинство клещей Amblyomma americanum и Ixodes scapularis (кстати, переносчики болезни Лайма) переживают стирку с самыми разными настройками и комбинациями детергентов. Большинство также переносят сушку без горячего воздуха.

Ваше единственное спасение – это тепло: настройки горячей сушки и стирка в горячей воде убьют как минимум три четверти непрошенных гостей, принесенных вами из похода. Так что тщательно осматривайте одежду и себя, выйдя из леса или высокой травы: сколь бы ни было мало приятного в укусе клеща вообще, еще меньше радости он вам доставит, если произойдет прямо у вас дома.

Растения, конечно, не представляют такой угрозы. Однако их устойчивость к стирке тоже может быть поразительной. Однажды она помогла шестикласснику стать соавтором серьезной научной работы: юный Калеб Лефкорт решил узнать, как стирка при разных условиях повлияет на всхожесть семян костра кровельного (Bromus Tectorum). И выяснил, что никак: ни вода, ни разные настройки, ни порошки не испугали отчаянных сорняков. Только отбеливатель смог замедлить рост хитрого сорняка (который даже по-английски называется cheatgrass, словно «трава-обманщик»).

Сколько противоречий скрывает обычный стиральный порошок или отбеливатель: изобретение ученых, любовь и ненависть хозяек, злой рок клещей, и стол, и дом бактерий, потомок свиных поджелудочных – и лекарство для человеческих, глава в учебнике химии… Что одним – пенистый водоворот страстей, притаившийся на полочке в ванной, другим – всего лишь мыльная опера.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.