Атомы у нас дома. Удивительная наука за повседневными вещами - Крис Вудфорд Страница 71

Почему грязь собирается на одежде? Потому что вещи, которые мы носим, призваны согревать нас (к этому вопросу мы вернемся в главе 18). Если дома строятся из послойно укладываемых кирпичей, то основой одежды являются микроскопические волокна, скручиваемые, сворачиваемые или сплетаемые в нити и пряжу, из которых делают шерстяные или хлопковые ткани (если это волокна естественного происхождения) или полиэстер и нейлон (синтетические волокна). Шубка новорожденного ягненка состоит из примерно 50 млн волокон, поэтому вполне логично предположить, что обычный мужской свитер содержит по крайней несколько миллионов [283]. Независимо от того, где начинал свою жизнь ваш свитер – на спине овцы или в фонтане извлекаемой из-под земли нефти (из нее производятся все синтетические волокна), он работает по одному принципу и служит одной цели: плотно переплетенные волокна удерживают воздух, который сохраняет тепло вашего тела. Но все эти тесно переплетенные между собой волокна впитывают грязь. Благодаря этому поверхность, к которой она пристает, становится огромной. А поскольку единичные волокна малы, грязь и пот впитываются в них на атомарном уровне с большой адгезивной силой, как мы видели в главе 6.

Наша Земля – на самом деле мир воды. А вода – лучшее чистящее средство на Земле. Во многом это объясняется тем, что молекулы ее асимметричны. Треугольные молекулы воды, которые состоят из двух атомов водорода и одного атома кислорода, имеют небольшой положительный заряд со стороны атомов водорода и отрицательный – со стороны атома кислорода. Словно магнит, молекула воды имеет два «полюса», поэтому ее часто называют полярной. И, подобно магниту, молекула воды «приклеивается» к микроскопическим частицам грязи и убирает их. Вот почему вода является таким отличным чистящим средством – «универсальным растворителем» [284].

Мы могли бы обойтись одной водой, если бы ее было достаточно для очистки вещей от грязи. Проблема, однако, в том, что она – не абсолютный растворитель. Она не «прилипает» ко всему и не убирает любую грязь. Во-первых, молекулы воды лучше прикрепляются к другим молекулам воды, чем к большинству других веществ. Как мы видели в главе 6, именно поэтому вода образует капли, стекающие по стеклу, и создает микропленку на поверхности прудов, по которой могут бегать мелкие насекомые. Поверхностное натяжение воды должно быть преодолено, прежде чем она промочит вещи. В принципе полярные молекулы легко соединяются с другими полярными молекулами (и уносят их с собой). Поэтому вода легко растворяет соль (молекулы которой тоже полярны). Но вода ничего не может сделать с пятнами от жевательной резинки, клея, чернил и грязью на одежде, то есть веществами органического происхождения (в основе которых лежит углерод). Ведь у молекул этих веществ нет отрицательного и положительного полюсов, которые притягивают полярные молекулы.

И здесь в дело вступают мыло и моюще-стиральные средства. Хотя мыло – тоже моющее средство, под двумя этими терминами обычно понимаются разные вещи. Мыло в своей основе – соединение соды и поташа, а моюще-стиральные вещества, как правило, являются смесью многих синтетических составляющих, получаемых в основном из нефти. Мыло лучше всего действует в мягкой воде, но его трудно использовать в жесткой воде, где оно может даже нанести вред вещам. У синтетических стиральных средств такого недостатка нет, но есть свои отрицательные стороны: они, например, могут создавать вредную пену в реках и снижать содержание кислорода в воде, нанося ущерб водным организмам. Дальше я буду называть и мыло, и стиральные вещества моющими средствами.

Стирка – командная работа: моющие средства взаимодействуют с водой, ведь по отдельности они не смогли бы отстирать ваши носки с рисунком. Когда вы загружаете стиральную машину, вода разносит стиральный порошок или жидкость на вашу одежду. Первым делом любое моющее средство уменьшает поверхностное натяжение воды, давая ей возможность проникнуть во все волокна вещей. Кроме того, вода равномерно растворяет моющее средство, покрывая им как можно большую площадь изделий. Молекулы воды прилипают к частицам грязи и сами, а моющее средство значительно облегчает этот процесс. Его молекулы тоже окружают частички грязи и прилипают к ним. В этом им помогает вращение барабана стиральной машины, в результате которого частицы грязи разбиваются на еще более мелкие крупинки (после этого их легче окружить молекулами моющего средства). Цель основного стирального цикла машины в том, чтобы обеспечить доступ моющего вещества к как можно большему количеству частиц грязи.

При полоскании в барабан машины устремляется много воды. Теперь ее молекулы прилипают к молекулам моющего вещества, окружившим частичку грязи, «оттягивают» их с волокон ткани и обеспечивают их выведение из барабана вместе с вытекающей водой. Стирка на молекулярном уровне происходит именно на этом этапе: микрочастицы грязи со всех сторон окружаются молекулами моющего вещества, которые стараются «вытянуть» их из волокон. Однако эти микрочастицы могут находиться глубоко в структуре волокон, поэтому нужны несколько циклов полоскания, чтобы убрать из машины и моющее вещество, и прилипшую к нему грязь.

Описанный выше способ «влажной» чистки (или стирки) вещей эффективен, но у него есть два недостатка. Стирка подходит не для любых изделий, потому что она приводит к сильному разбуханию волокон. Для стиральной машины не проблема чисто выстирать пару ваших носков или рубашек из смеси полиэстера и хлопка. Но если речь идет об объемном шерстяном свитере, особенно ручной вязки, и тем более бесценном гобелене, висящем у вас на стене, возникнут большие трудности. Даже если при стирке проявить максимальную осторожность, некоторые вещи не вернутся в первоначальный вид: многие волокна не восстановят своей исходной формы. Поэтому более уязвимые вещи требуют деликатной сухой чистки, при которой используются специальные промышленные растворители, наносящие меньший ущерб одежде (здесь используются жидкости, но это, как правило, не вода). Кроме того, обычная стирка с водой обычно оставляет вас один на один с горой влажной одежды, которую нужно еще высушить.

Борьба с грязью

Обычно мы стираем и чистим одежду с помощью химии: мыло и моющие средства окружают микрочастицы грязи, а вода их смывает. Однако для очистки микроволокон моющие средства не нужны. Чистка таких вещей производится по другим законам: законам физики.