Химия по жизни. Как устроен наш быт, отношения, предметы и вещи с точки зрения химических реакций, атомов и молекул

Представьте, какую боль вы бы испытывали, если бы решили попарить свое лицо при температуре 135°C (275°F). На наших руках есть мозоли, защищающие нас от случайного взаимодействия с высокими температурами; однако кожа головы ничем не защищена. По правде говоря, она очень чувствительная, так что тепло в 135°C (275°F) казалось бы просто невыносимым.

Большинство фенов для сушки и укладки волос могут выдавать воздух с температурой от 40 до 50°C (104–122°F). И это ничто по сравнению с техническим феном, который похож на фен, но выдает струю воздуха с температурой 600°C (1100°F). Вы никогда не захотите использовать технический фен для сушки волос. Еще во времена, когда я училась в аспирантуре, я попала под сильный дождь. Тогда ко мне пришла замечательная идея высушить мокрую одежду техническим феном. Горячий воздух был таким приятным, но ровно до того момента, как я поняла, что он начал прожигать ткань моей рубашки.

Итак, если фены выдают поток воздуха с небольшой температурой, то как именно испаряется вода из наших волос? Чтобы ответить на этот вопрос, мне нужно рассказать вам о том, что же такое температура на самом деле. Когда ученые используют термин «температура», мы указываем среднюю кинетическую энергию системы. В химии кинетическая энергия обозначает движение молекул, и она прямо пропорциональна их скорости (значению того, насколько быстро они двигаются).

Если мы взглянем на какой-нибудь образец воды, то нам будет казаться, что все молекулы движутся с одинаковыми скоростями. Однако они двигаются по-разному. Это происходит из-за ряда факторов; например, молекулы постоянно бьются друг об друга и стенки контейнера. Когда молекулы воды набирают необходимую скорость, они могут стать молекулами газа.

Просто представьте детей в спортзале. Если вы дадите им немного свободного времени, то вскоре они устроят полный хаос: будут беспорядочно бегать по всему помещению, толкая друг друга или отталкиваясь друг от друга. Одна часть детей бегает, а другая просто стоит на месте. Рассматривая эту систему, будет неправильно сказать, что бегают все дети. Вместо этого мы можем рассчитать среднюю скорость детей, которая и будет температурой спортзала.

Но как это относится к нашим фенам? Что же, давайте посмотрим на детей, бегающих по залу. Они двигаются быстрее других детей и, вероятно, хотят выбраться из душного зала, чтобы побегать на свежем воздухе. Когда появится возможность (например, откроются двери спортзала), дети сразу побегут на выход. Бегавшие до этого дети побегут к дверям быстрее всех, и уже за ними потянутся остальные (если начнут двигаться быстрее).

То же самое происходит с молекулами воды на мокрых волосах. Фен придает им немного дополнительной энергии, чтобы они начали вибрировать. Когда молекулы воды накапливают достаточное количество энергии, то открепляются от волоса и уходят в атмосферу. Когда это делают все молекулы, наши волосы становятся сухими.

У вас может возникнуть вопрос: если фен не выдает очень горячий воздух, то зачем перед сушкой мы использует термозащитное средство? Дело в том, что нам не нужно сушить волосы! Волосам требуется защита от горячих инструментов, например, утюжка для выпрямления волос или щипцов для завивки, которые очень сильно нагреваются. Так почему же первое средство, которое мы наносим после душа, это термозащита? Потому что равномерно распределить термозащитное средство намного проще по влажным волосам.

В отличие от фена, инструменты для завивки и выпрямления волос работают на высоких температурах, из-за чего могут сильно повредить ваши волосы. Качественное термозащитное средство позволяет какое-то время воздействовать на волосы высокими температурами, при этом не нанося им никакого вреда. Это можно сравнить с криогенными перчатками, с помощью которых я могу выдержать температуру замерзания жидкого азота – но всего несколько секунд.

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.