Загадки современной химии. Правда и домыслы - Джордж Шварц

Первое медицинское применение силикона состоялось в сороковые годы двадцатого века, и было основано на водоотталкивающих свойствах этих материалов. Когда кровь контактирует со стеклом или металлом, она образует сгустки, которые могут закупоривать иглы, шприцы и системы для переливания крови. Ученые обнаружили, что силиконовое покрытие предупреждает образование сгустков, и в наше время вся медицинская посуда, предназначенная для сбора и хранения крови, покрыта силиконовой пленкой. В 1946 году силикон нашел еще одно применение, когда американский хирург Фрэнк Лэхи выполнил реконструкцию желчевыводящего протока куском гибкой силиконовой трубки. Силикон оказался биосовместимым соединением и устойчивым к биодеградации, и вскоре стал материалом номер один для изготовления катетеров, и был даже использован для пластики поврежденного мужского мочеиспускательного канала.

Вероятно, самым интересным ранним использованием силикона было производство шунтов для лечения гидроцефалии. Гидроцефалия – это заболевание, при котором цереброспинальная жидкость скапливается в полости черепа и в желудочках головного мозга, что может вызвать тяжелые осложнения, если жидкость не эвакуировать. В 1955 году родился младенец с редким врожденным нарушением развития нервной трубки, которое потребовало имплантации полиэтиленового катетера для постоянного удаления избытка жидкости из полости черепа в полость сердца. Потребовался клапан, который мог бы открываться при повышении внутричерепного давления и закрывался при его снижении, чтобы не допускать обратного тока жидкости. Была сконструирована уменьшенная копия автомобильного клапана, но он часто забивался сгустками крови. Как выяснилось, отец мальчика, Джон Холтер, был замечательным механиком. Он сконструировал клапан из гибкой трубки и двух резиновых презервативов. Клапан хорошо работал, но не выдерживал автоклавирования, которое требуется для стерилизации. Холтер обратился к специалистам, и ему сказали, что термически устойчивым материалом является силикон. Компания «Доу-Корнинг» бесплатно поделилась несколькими образцами силикона для проведения опытов, и к 1956 году отчаявшийся отец смог, наконец, изготовить работоспособный клапан. К сожалению, в тот момент его сын уже находился в таком тяжелом состоянии, что устанавливать ему шунт было уже невозможно. Но, хирург доктор Юджин Шпитц имплантировал клапан другому ребенку, страдавшему гидроцефалией. Новоизобретенный «вентрикулоатриальный шунт» оказался настолько успешным, что его массовое производство началось практически сразу, и клапан Холтера используется до нынешнего дня. Возможно, его можно будет увидеть в одном из пластинированных тел доктора фон Хагенса.

Фон Хагенс считает человеческое тело прекрасной, исключительной машиной, и полагает, что его выставки – это превосходный способ обучать людей анатомии. Фон Хагенс – убежденный противник курения, он утверждает, что вид почерневших легких курильщиков отвратил от пагубной привычки многих посетителей его выставок. Со временем сам фон Хагенс займет место на своей выставке. Он страдает болезнью Паркинсона и хочет, чтобы его тело послужило наглядным пособием по причинам этой болезни. Неодушевленный анатом будет приветствовать посетителей «Миров тела» в своей неизменной черной шляпе.

Этикетка на упаковке кулинарного разрыхлителя гласила: «без алюминия» и «без ГМО». В чем, собственно, дело, о чем это? Почему кулинарный разрыхлитель теста должен содержать алюминий или ГМО, и почему нам надо срочно удалить оттуда эти вещества? Давайте начнем с самого разрыхлителя и разберемся в том, что он делает.

С глубокой древности тесто поднимали с помощью дрожжей. Правда, дрожжам требуется определенное время для того, чтобы образовать углекислый газ, а это не очень хорошо для кексов, бисквитов или пончиков. Напротив, разрыхлитель начинает выделять углекислый газ (двуокись углерода) немедленно после того, как соприкоснется с влагой. Химия этого процесса очень проста. При реакции с кислотами карбонаты и бикарбонаты выделяют углекислый газ. Исторически, первым веществом, разрыхляющим тесто (без применения дрожжей) стал поташ, карбонат калия, который извлекали из золы, оставшейся после сжигания древесины. Смешивая поташ с такими кислыми продуктами, как простокваша или лимонный сок, добивались образования и выделения углекислого газа. Этот способ закваски теста появился в 1790 году, но, при этом, сразу возникла проблема. При взаимодействии жиров с щелочами образуются мыла, а карбонат калия – это щелочь. Пирожные и кексы приобретали мыльный вкус! Решение было найдено в замене карбоната калия бикарбонатом натрия, который намного слабее реагирует с жирами. Однако этот способ все равно требовал добавления небольшого количества кислоты. Прорыв состоялся в 1843 году благодаря тому, что у Элизабет Берд была аллергия на дрожжи.

К счастью, миссис Берд была замужем за химиком, мало того, за умным химиком. Похоже, что миссис Берд страдала аллергией не только на дрожжи, но и на яйца. Но, несмотря на это, она любила сладкий заварной крем. Это сподвигло ее мужа на лабораторный поиск версии крема, не содержащего яиц. В конце концов, мистер Берд обнаружил, что мелкодисперсная смесь пшеничного крахмала, соли и ванили образует при добавлении воды вполне приемлемую замену заварного крема. Полнота иллюзии достигалась добавлением природного желтого красителя аннатто, добываемого из плодов одноименного тропического дерева. Этот безъяичный крем до сих пор популярен в Великобритании. Его подают с пудингом с изюмом.

Решив проблему с тягой миссис Берд к заварному крему, ее муж обратил внимание на проблему с дрожжами. Идея заключалась в том, чтобы соединить бикарбонат натрия с сухой твердой кислотой так, чтобы смесь оставалась неактивной до соприкосновения с водой. В растворе бикарбонат и кислота быстро прореагируют друг с другом и образуют углекислый газ. Для этой цели вполне подходила винная кислота, которую можно было извлечь из винного осадка. Но и здесь возникла неожиданная проблема. При хранении смесь впитывала влагу из воздуха и непрерывно выделяла углекислый газ. Тогда Берд предпринял мозговой штурм. Почему бы не добавить сорбент, который мог бы связывать избыточную влагу? Берд остановил свой выбор на крахмале. Теперь миссис Берд могла наслаждаться выпечкой, не волнуясь за свое здоровье из-за дрожжей. Правда, надо было быстро месить тесто и ставить его в печь – до тех пор, пока из теста не уходил весь углекислый газ.

Эта проблема преследовала производителей разрыхлителя в течение многих лет. Надо сказать, производителей было много, и каждый из них старался хотя бы на один шаг обогнать соперников. Американский химик Эбен Хорсфорд предложил заменить винную кислоту, которую становилось все труднее найти, на фосфат монокальция, который можно было добыть из костей. Это изобретение стало началом для Рамфордской химической компании. Компания определила состав, состоявший из фосфата монокальция, бикарбоната кальция и крахмала. Все вместе получило наименование «Хлебный препарат Хорсфорда», который со временем был переименован в «Рамфордский разрыхляющий порошок». В наше время фосфат монокальция синтезируют из фосфата кальция, который добывают в шахтах.

Соперничество между производителями было нешуточным, и, в конце концов, верх взял «Королевский разрыхляющий порошок», затративший огромные суммы на рекламу. Фортуна отвернулась от этой компании, когда выяснилось, что сульфат алюминия намного дешевле тартрата, который применялся в королевском разрыхлителе. Компания, однако, ничего не могла поделать, так как не имела право расторгнуть долгосрочный контракт с производителями винной кислоты.