Химия

Наталья Сапрыгина

Все мы знаем, как полезно зимой пить горячий чай с лимоном: не  только чтобы пополнить запас витаминов, но и чтобы насладиться приятным вкусом и ароматом напитка. Я очень люблю неспешно выпить чашечку свежезаваренного чёрного чая с ломтиком лимона и чайной ложечкой сахара и подумать о чём-нибудь интересном, на что у нас обычно не хватает времени. Например... почему чай светлеет от лимона? Наверняка многие задумывались об этом. Некоторые даже ответят: потому что лимон кислый. Они будут абсолютно правы. В лимоне содержится лимонная кислота, а в чае особые вещества, которые придают ему окраску и изменяются под действием кислоты.

А что сделать, чтобы чай не светлел, а темнел? Может быть, посолить его или поперчить? Ни то и ни другое: чай потемнеет, если в него добавить пищевой соды. Возьмём стакан чёрного чая, положим в него пол чайной ложки пищевой соды, размешаем и  увидим, что чай приобрёл интенсивную тёмную окраску (к  сожалению, после этого эксперимента, как и после любого химического эксперимента, этот чай пить будет уже нельзя). Если снова добавить в чай кислоты, например, ещё лимонного сока, то  чай посветлеет, а если потом добавить соды, то снова потемнеет.

Таким способом цвет чая можно будет обращать из тёмного в  светлый много раз. Лимонную кислоту можно заменить столовым уксусом (это раствор уксусной кислоты в воде), а пищевую соду — стиральной (кальцинированной) содой или нашатырным спиртом (из аптечки, это раствор аммиака в воде). Только надо быть очень осторожным: пользоваться перчатками, проводить эти эксперименты на открытом воздухе, чтобы не вдохнуть пары уксусной кислоты и аммиака. Кислоту и аммиак нужно добавлять по каплям, для этого вам понадобится пипетка. После опытов её можно будет хорошо вымыть и убрать обратно.

Кислота при попадании в воду создаёт так называемую кислотную среду, а сода и аммиак — щелочную среду. Что это значит? В молекуле воды H₂O два атома водорода и один — кислорода. Но у  небольшой части молекул химическая связь, связывающая молекулу, рвётся, и молекула распадается на две заряженные частички, ионы: положительный H⁺ и отрицательный OH⁻. В чистой воде количество ионов H⁺ равно количеству ионов OH⁻ и равно количеству распавшихся молекул. А вот кислоты распадаются на ионы водорода H⁺ и остаток от кислоты, а щёлочи — на OH⁻ и остаток от щёлочи. Получается, что в  растворе кислоты ионов H⁺ больше, а OH⁻ меньше, чем в чистой воде, и  такая среда называется кислой. А в растворе щёлочи всё наоборот: ионов H⁺ меньше, а OH⁻ больше, чем в чистой воде, и такая среда называется щелочной.

Наш чёрный чай и другие вещества, которые реагируют на присутствие кислоты или щёлочи в воде и изменяют свой цвет, называются кислотно-основными индикаторами (от латинского indicator — указатель). Химики и биологи в своих лабораториях используют индикаторы для определения кислотности среды. Для них, а ещё для садоводов, косметологов, любителей аквариумных рыбок кислотность среды имеет огромное значение. Даже мало знакомому с химией человеку понятно, что рыбки не могут жить в кислой или щелочной воде, цветы и деревья требуют определённой кислотности почвы.

Для измерения кислотности химики ввели понятие рН («пэ аш»). Чтобы найти pH, нужно измерить концентрацию ионов водорода H⁺ в растворе. Получится число, которое, как правило, гораздо меньше 1. У этого числа нужно, грубо говоря, посчитать число нулей перед первой ненулевой цифрой. Более точно, концентрация ионов в чистой воде — около 0,0000001 и pH равно 7; среда с таким значением pH называется нейтральной. При увеличении концентрации ионов H⁺ в 10 раз pH  уменьшается на 1, а при уменьшении концентрации в 10 раз pH  увеличивается на 1. Если рН меньше 7, то ионов водорода больше и  среда кислая; если рН больше 7, то среда щелочная. Наверное, все вы  слышали о достоинствах шампуня с рН 5,5 и недостатках обычного туалетного мыла, которое плохо влияет на чувствительную кожу.

На обычной кухне можно найти много продуктов, которые являются индикаторами рН: вишнёвый или свекольный сок, крепко заваренный чай каркаде, сок из краснокочанной капусты, отвар луковой шелухи, даже красные цветки герани.

Попробуйте провести эксперимент с любым из этих индикаторов. Возьмите два прозрачных сосуда, чтобы было лучше видно, и налейте в  каждый примерно ¼ стакана индикатора. В один стакан по каплям добавляйте раствор кислоты (например, лимонной, её можно купить в  магазине и растворить в тёплой воде, 1 столовая ложка на полстакана воды), а в другой — раствор соды или нашатырный спирт и наблюдайте за изменением цвета.

Моим любимым является эксперимент с чаем каркаде: в кислотной среде чай ярко-розовый, а при добавлении соды синий или даже зелёный. Если вы найдёте ярко окрашенные лепестки или цветки, то их  можно будет опустить в раствор лимонной кислоты или нашатырный спирт и посмотреть, что произойдёт.

А из сока краснокочанной капусты можно изготовить удобную бумажную версию кислотно-основного индикатора. Для этого нужно взять небольшой кочан, натереть его на тёрке, опустить капусту в кастрюльку с кипящей водой и прокипятить 15–20 минут, затем остудить и  отфильтровать отвар через марлю.

Полученным отваром нужно пропитать полоски белой бумаги (например, возьмите бумагу для принтера и нарежьте на полоски 10×1,5 см), вытащить бумажки из раствора и просушить их. Попробуйте протестировать этими полосками рН различных жидкостей, которые найдёте у себя дома: например, уксус, апельсиновый сок, шампунь, вода из-под крана, нашатырь и так далее. Если среда кислотная, то полоска окрасится в розовый или красный цвет, а если среда щелочная, то в синий или зелёный.

Художник Александра Будилкина

elementy.ru