В новом выпуске программы StarTalk астрофизик Нил Деграсс Тайсон (Neil deGrasse Tyson) и его соведущий Чак Найс (Chuck Nice) пригласили «химика Кейт» — популяризатора науки, доцента Техасского университета в Остине Кейт Бибердорф (Kate the Chemist). В ходе беседы они обсудили, почему кухня является полноценной лабораторией, как химия помогает управлять эмоциями студентов и какие опасности таят в себе «вечные химикаты» (PFAS).
🧪 Эмоциональная память и огненное обучение 0:00
Кейт Бибердорф, известная под псевдонимом Kate the Chemist, активно использует социальные сети (Instagram и TikTok), чтобы изменить отношение людей к предмету, который многие ненавидели в школе . Её методика преподавания опирается не только на знание формул, но и на психологию.
По словам Бибердорф, в своей практике она использует теорию эмоциональной памяти Уильяма Джеймса . Суть подхода заключается в том, что сильный эмоциональный отклик помогает лучше закрепить информацию. Чтобы привлечь внимание студентов, она проводит зрелищные эксперименты, например, поджигает метан на собственной ладони .
Технически это выглядит так:
- Сначала рука окунается в воду. Вода обладает высокой удельной теплоемкостью, что позволяет ей поглощать энергию горения и защищать кожу .
- Затем на руку набираются пузырьки, наполненные метаном (легковоспламеняющимся газом) .
- При поджигании метан сгорает, но слой воды действует как защитный «лабораторный халат» .
Кейт утверждает, что после такого эффектного начала у неё есть ровно 60 секунд «золотого времени», чтобы донести до аудитории научную суть процесса, пока внимание максимально сконцентрировано .
🌡️ Кухня как химическая лаборатория 28:34
Нил Деграсс Тайсон и Кейт Бибердорф сошлись во мнении, что обычная кухня — это самая доступная химическая лаборатория для каждого человека . Обыденные процессы приготовления пищи на самом деле являются сложными реакциями:
- Выпечка против готовки. По мнению Кейт, если обычная готовка допускает импровизацию, то выпечка — это точная наука, требующая строгого соблюдения пропорций и времени .
- Денатурация белков. Тайсон привел пример с яичным белком (альбумином), который при нагревании меняет свою структуру, превращаясь из прозрачной жидкости в белое твердое тело .
- Карамелизация. Чак Найс описал процесс превращения обычного сахара в коричневую тягучую карамель при медленном нагреве в кастрюле — классический пример химических изменений под воздействием энергии .
- Сгущенное молоко. Нил поделился наблюдением: если варить закрытую банку подслащенного сгущенного молока около часа, внутри под давлением происходит ферментация и превращение в dulce de leche (аналог вареной сгущенки) . Кейт призналась, что никогда не проводила такой эксперимент, и обещала попробовать .
❄️ Спор о соли, льде и мороженом 12:12
Одним из самых жарких моментов дискуссии стал вопрос использования соли при изготовлении мороженого. Нил Деграсс Тайсон утверждал, что соль нужна исключительно для того, чтобы растопить лед и превратить его в жидкость . По его версии, жидкая среда (рассол) лучше обволакивает цилиндр с мороженым и эффективнее отводит тепло, чем куски твердого льда, которые контактируют с поверхностью лишь точечно .
Однако Кейт Бибердорф выдвинула контраргумент, подкрепленный формулами термодинамики:
- Она указала на эффект криоскопии (freezing point depression) . Добавление соли в воду реально понижает температуру замерзания раствора.
- Кейт объяснила это через закон Рауля и фактор Ван-Т-Гоффа: когда хлорид натрия распадается на ионы, он физически препятствует образованию кристаллической решетки льда .
- Она предложила Нилу провести эксперимент: растворить в стакане воды максимально возможное количество соли (создать перенасыщенный раствор) — и он физически почувствует, как температура жидкости понизится . «Я бросаю вам вызов!» — заявила химик .
☣️ «Вечные химикаты» (PFAS) и их опасность 31:07
Участники обсудили глобальную проблему PFAS (пер- и полифторалкильных соединений) — так называемых «вечных химикатов» .
Кейт Бибердорф утверждает, что тревога вокруг этих веществ — не гипербола, а серьезная угроза . Основные характеристики этих веществ:
- Они имеют углеродный «скелет», соединенный с атомами фтора. Связь углерод-фтор считается одной из самых прочных в химии, поэтому эти молекулы практически не разрушаются в природе .
- PFAS используются при производстве антипригарных покрытий, пластиковых бутылок и промышленных упаковок .
- Попадая в организм, они не выводятся естественным путем, а накапливаются, образуя межмолекулярные связи с внутренними тканями .
По словам Кейт, научные данные подтверждают связь PFAS с проблемами фертильности у женщин и задержкой полового созревания у подростков . Она отметила, что главная сложность — в масштабе проблемы: существует около 15 000 различных соединений, подпадающих под определение PFAS, и многие из них до сих пор бесконтрольно попадают в источники воды через промышленные отходы .
🧱 Прогнозирование свойств новых молекул 16:43
Один из слушателей задал вопрос: можно ли заранее предсказать свойства нового вещества, если мы знаем свойства составляющих его элементов? Например, водород и кислород по отдельности крайне горючи, но их соединение — вода — тушит огонь .
Кейт пояснила, что химики опираются на периодическую таблицу Менделеева :
- Элементы в одной колонке (группе) ведут себя схожим образом. Например, благородные газы (аргон, неон) инертны, так как имеют завершенную электронную оболочку и «ни в ком не нуждаются» .
- Аммиак ($NH_3$) и фосфин ($PH_3$) будут иметь похожие свойства, так как у азота и фосфора аналогичная электронная конфигурация .
Однако Кейт уточнила, что свойства молекулы зависят не только от состава, но и от энергии активации и геометрии столкновений . Для того чтобы реакция произошла, молекулы должны столкнуться с определенной скоростью (преодолев электростатическое отталкивание протонов) и под правильным углом . Бибердорф сравнила это с «портами для стыковки»: если молекулы ударятся «не теми сторонами», связь не образуется .
