ყოველდღიური ქიმიური ნაერთების კვალდაკვალ
პროექტის შესახებ
Compound Interest | თარგმანი: ლაშა ხუციშვილი
არ აქვს მნიშვნელობა ყავის ექსპერტი ხართ თუ არა, უდავოა, რომ ახალმოხარშულ ყავის სუნს დილაობით გამამხნევებელი აფექტი აქვს. არომატის უკან მდგომი ქიმია არც ისე მარტივია, ქიმიური ნაერთების კომპლექსური შეხამებაა მის პასუხისმგებელი გემოსა და სუნზე. ამ ინფოგრაფიკაზე მოცემულია რამდენიმე ასეთი ნაერთი.
თქვენ შეიძლება ფიქრობთ, რომ კოფეინი ან ქვინის მჟავას ნაწარმები, რომელთა შესახებაც ცალკე მოგვიანებით შემოგთავაზებთ პოსტერს, განაპირობებენ ძირითად არომატს, მაგრამ საქმე სულ სხვაგვარადაა, კოფეინი უსუნო და უგემო ნაერთია, ყოველ შემთხვევაში იმ კონცენტრაციით, რა კონცენტრაციითაც იგი ყავაშია, სინამდვილეში არომატზე პასუხისმგებელნი სხვა ნაერთები არიან.
ჩვენ, კერძოდ, უნდა ვისაუბროთ აქროლად ნაერთებზე, რომლებიც ადვილად ორთქლდებიან ოთახის ტემპერატურასა და წნევაზე. ნაერთები ჰაერში უნდა გადაადგილდებოდნენ, რათა ჩვენმა ცხვირმა სუნის დეტექტირება შეძლოს. მაშასადამე, ნივთიერებები, რომლებიც შედარებით დიდი მოლეკულებისგან შედგებიან (მაგ., მელანოიდინები, რომლებიც ყავის ფერს განაპირობებენ), დაბალი აქროლადობა ექნებათ და არომატში წვლილს ვერ შეიტანენ. მაშ, გრაფიკაზე წარმოდგენილია მცირე და საშუალო ზომის მოლეკულები... საიდან ხვდებიან ისინი ყავაში?
რამდენიმე განსხვავებული გზა არსებობს, რომელთა მიხედვითაც არომატის ნაერთები წარმოიქმნებიან, მაგრამ მათი საერთო არის რა, რომ თითოეული მათგანი მოხალვის პროცესიდან მოდის. მაილარდის რეაქცია, რომლის კომპლექსურობაზეც შემდეგში ვისაუბრებ, დიდ როლს თამაშობს ამ დროს. ცილებსა და შაქრებს შორის რეაქცია ყავის მარცვლებში წარმოქმნის მრავალ პროდუქტს. გარდა ამისა, ყავის მარცვლებში შემავალი ზოგიერთი ნაერთის დაშლამ და დეგრადაციამაც შეიძლება არომატის ნაერთები წარმოქმნას.
ყავის მოხარშვის დროს ქიმიური ცვლილება ძირითადად არ ხდება. ამ დროს მოხალული ყავის მარცვლებიდან ნაერთების ექსტრაქცია მიმდინარეობს. რამდენად კარგად შეუძლია ამა თუ იმ მოლეკულას მარცვლებიდან ხსნარში გადასვლა, დამოკიდებულია მათ ხსნადობაზე, რომელიც, თავის მხრივ, დამოკიდებულია მოლეკულის პოლარობაზე. ერთ ატომს ქიმიური ბმის ელექტრონის თავისკენ გადმოხრა უფრო მეტად შეუძლია, ვიდრე მეორეს. მაგალითად, ჟანგბადს უფრო მეტად შეუძლია ელექტრონების თავისკენ მიზიდვა, ვიდრე ნახშირბადს. ამის გამო ქიმიურ ბმა, რომელიც ნახშირბად-ჟანგბადს შორის წარმოიქმნება, პოლარულია, რადგანაც ბმის ელექტრონები ჟანგბადისკენაა გადაწეული და, მაშასადამე, ნაწილობრივ უარყოფით მუხტს აჩენს ჟანგბადზე.
ნაერთში პოლარული ბმების არსებობამ შეიძლება მთლიანად მოლეკულა გახადოს პოლარული, ეს იმ შემთხვევაში, თუ პოლარული ბმები თანაბრად არაა გადანაწილებული. შედეგად, ეს განაპირობებს სხვადასხვა პოლარობის მქონე ბოლოებს მოლეკულაში. რომ დავუბრუნდეთ ჩვენს ნათქვამს ხსნადობებზე, პოლარული მოლეკულები უფრო მეტად იხსნებიან წყალში, ვიდრე - არაპოლარულები. ეს იმიტომ, რომ თვით წყალია პოლარული მოლეკულა - ჟანგბადის ატომი უფრო მეტად გადახრის თავისკენ ელექტრონებს, ვიდრე წყალბადის. ამის გამო წყლის მოლეკულები პოლარულ მოლეკულებს შემოეხვევიან, რაც მათ გახსნას იწვევს. აქედან გამომდინარე, მოხარშვის პროცესში პოლარული მოლეკულების ექსტრაქცია ყავის მარცვლებიდან უფრო მეტად მიმდინარეობს, ვიდრე - არაპოლარული მოლეკულების.
არაერთი კვლევა ტარდებოდა, რათა გარჩეულიყო, თუ რომელ ნაერთებს შეჰქონდათ წვლილი ყავის არომატში ექსტრაქტირებული მოლეკულებიდან. რამდენადაც ათასზე მეტი სხვადასხვა ქიმიური ნაერთია იდენტიფიცირებული ყაის მარცვლებში და მათი უმეტესობის ექსტრაქცია მოხარშვის პროცესში მიმდინარეობს, შედარებით მცირე რაოდენობაა იმ ნაერთებისა, რომლებიც ყავის არომატზე მოქმედებენ. როდესაც არომატზეა საუბარი კვლევები ორ ძირითად პარამეტრს უსვამენ ხაზს: ნივთიერების კონცენტრაციას და მის ზღვრულ რაოდენობას, რომლის ზემოთაც ადამიანს ამ ნაერთის სუნის შეგრძნება შეუძლია. ნაერთის კონცენტრაციის ფარდობას მის ზემოხსენებულ ზღვრულ კონცენტრაციასთან ეწოდება „სუნის აქტივობის ხარისხი“ (Odor Acticity Value – OAV), რომელიც აფასებს ამ ნაერთის კონტრიბუციას საერთო არომატზე.
ნაერთთა რამდენიმე ოჯახი განაპირობებს ყავის არომატს. მათგან მნიშვნელოვანია გოგირდშემცველი ნაერთები, მათ შორის 2-ფურფურილთიოლი, რომელსაც „მოხალული ყავის“ სუნი აქვს. არიან ნაერთები, რომლებსაც ცალკე არასასიამოვნო სუნი აქვთ, მაგრამ, რადგანაც სხვა ნაერთებთან ერთად „ქაოსში“ შედიან, თავიანთი „ნიუანსი“ სასიამოვნოდ შეაქვთ არომატში. მაგალითად, მეთანთიოლი, რომელსაც გაფუჭებული კომბოსტოს სუნი აქვს, ყავაში მცირე რაოდენობით შედის. „კატის სუნს“ აბრალებენ ხოლმე 3-მერკაპტო-3-მეთილბუტილმეთანატს, გოგირდშემცველ ნაერთს, მაგრამ ეს ნივთიერება ყავაში „თავის სიტყვას ამბობს“.
კიდევ რამდენიმე ოჯახს, ალდეჰიდებს და კეტონებს, ხილისებრი, მწვანე არომატი შეაქვთ ყავაში. ყავა შეიცავს ფურანებს, რომელთაც კარამელისნაირი სუნი აქვთ, და პირაზინებს, რომლებსაც მიწის სუნი აქვთ. გვაიაკოლი (ან გვიაკოლი ან გუაიაკოლი), იგივე 2-მეთოქსიფენოლი, და სხვა ფენოლური ნაერთები კვამლის და მწარე ტონებს გვთავაზობენ. ყავა, აგრეთვე, დაბალი კონცენტრაციით შეიცავს პიროლებსაც და თიოფენებსაც.
აღმოჩნდა, რომ ყავის არომატს უფრო მეტი შეუძლია, ვიდრე გვეგონა. 2008 წლის კვლევამ აჩვენა, რომ ყავის მარცვლების სუნმა გავლენა იქონია ვირთხის ტვინში გენთა და ცილების აქტივობაზე, რომელიც დაკავშირებული იყო სტრესის მოხსნასთან. მიუხედავად იმისა, რომ ვირთხის და ადამიანის ტვინს თავიანთი განსხვავებები აქვთ, ეს შეიძლება ნიშნავდეს, რომ დილას ყავით გამოფხიზლებაზე პასუხისმგებელი მხოლოდ კოფეინი არაა!
ბიბლიოგრაფია და დამატებითი საკითხავი:
- Studies on character-impact odourants of coffee brews – P Semmelroch & W Grosch;
- Coffee aroma – Coffeeresearch.org;
- Discrimination of roast & ground coffee aroma – I Fisk & others;
- Study of the character impact compounds of a coffee beverage – F Mayer & others;
- Characterization of espresso coffee aroma – L Maetzu & others.
ქიმია, ყავა, სასმელი და საჭმელი, მეცნიერება, კოფეინი.
Compound Interest | თარგმანი: ლაშა ხუციშვილი
2020 წლის 5 ოქტომბერს ნობელის პრემია ფიზიოლოგია/მედიცინაში გადაეცათ ჰარლი ჯეი ალტერს, მაიკლ ჰაუტონს და ჩარლზ ემ რაისს „С ჰეპატიტის ვირუსის აღმოჩენისთვის“.
გრაფიკაზე წარმოდგენილია ძირითადი იდეა, რომელიც ამ გადაწყვეტილების უკან დგას. შეგიძლიათ წაიკითხოთ ნობელის პრემიის პრესაში. უფრო დეტალური განხილვა იხ. აქ.
ბიოქიმია, ბიოლოგია, დაავადება, ჰეპატიტი, მედიცინა, ფიზიოლოგია, ნობელის პრემია, მეცნიერება.
Compound Interest | თარგმანი: ლაშა ხუციშვილი
როგორ წარმოიქმნება ელვა? რატომ აქვს ლურჯ-იისფერი ელფერი და რა კავშირი აქვს მას მცენარეთა ზრდასთან? რასაკვირველია ახსნილია ელვის წარმოქმნის მიზეზი, მაგრამ მცირე დეტალები ბოლომდე ღრმად მაინც არაა გარკვეული. მიუხედავად ამისა, ძირითადი იდეა გასაგებია. ღრუბელში არსებული პირობები, დაბალი ტემპერატურა და ჰაერის მასების ზევით ცირკულირება ჭექა-ქუხილის გენეზისთვის არაჩვეულებრივ წინაპირობას ქმნის. მცირე, სუპერგაცივებული წყლის წვეთები ზევით მიმართული ქარის საშუალებით აიქროლებს მცირე ყინულის კრისტალებთან ერთად. უფრო მკვრივი სეტყვის ყინულები (ძირითადად ხოშკაკალა) ქვემოთ, დედამიწის ზედაპირისკენ ვარდება (ან უძრავია).
ყინულის კრისტალებისა და ხოშკაკალას შეჯახება გარდაუვალია. ამ დროს ხახუნის შედეგად ელექტრონები მიმოიცვლება, კერძოდ, ყინულის კრისტალები და სუპერგაცივებული წყლის წვეთები დადებითად იმუხტება, ხოლო წვრილი სეტყვა (ხოშკაკალა) - უარყოფითად. რამდენადაც კრისტალები და ხოშკაკალა არ ჩერდებიან, ღრუბლის ზედა და ქვედა ნაწილებს შორის იქმნება მუხტების სხვაობა.
ამ პროცესში მხოლოდ ღრუბლები არ მონაწილეობენ. ღრუბლებში უარყოფითი მუხტის აკუმულაცია იწვევს ელექტრონების განზიდვას დედამიწის ზედაპირისკენ. დგება მომენტი, როდესაც ღრუბლის უარყოფითად დამუხტული ქვედა ნაწილსა და დედამიწის ზედაპირს შორის იმდენი მუხტი გროვდება, რომ ღრუბლებიდან ელექტრონები დადებითად დამუხტულ მიწაზე ჩამოდის ელექტრული განმუხტვის სახით დაახლოებით 434 500 კმ/წმ (დიახ, კმ/წმ) სიჩქარით.
ღრუბელ-დედამიწას შორის ელვა განმუხტვის ერთ-ერთი შესაძლო ვარიანტია. გაელვება შეიძლება საპირისპიროდ დამუხტულ მეზობელ ღრუბლებს შორისაც მოხდეს.
გარდა იმისა, რომ ელექტრული განმუხტვა სწრაფად ხდება, ელვას გარემომცველი ჰაერის გაცხელება შეუძლია ძალზე მაღალ ტემპერატურაზე. ცნობილია, რომ ჰაერის ტემპერატურა 30 000˚C-ს აღწევს (მზის ზედაპირზე მაღალ ტემპერატურას). სწორედ ეს განაპირობებს ქუხილს: გარემომცველი ჰაერის სწრაფი გაფართოვება და შემდგომ გაცივება და შეკუმშვა წარმოქმნის ბგერის შოკურ ტალღას, რასაც ქუხილს ვეძახით.
რადგანაც ბგერის (ქუხილის) სიჩქარე უფრო ნაკლებია, ვიდრე სინათლის სიჩქარე, ჩვენ შეგვიძლია გამოვთვალოთ, თუ რა მანძილია ჩვენსა და დანახულ ელვას შორის. ბგერის სიჩქარე დაახლოებით 343 მ/წმ-ია, ანუ დაახლოებით 3 წმ-ში 1 კმ-ს გადის.
აქამდე ჩვენ ჭექა-ქუხილის ფიზიკაზე ვსაუბრობდით, მაგრამ აღსანიშნავია, აგრეთვე, ელვის უკან მდგომი ქიმიაც. ალბათ ოდესმე შტორმის დაწყება სუნით გიგრძნიათ. უჩვეულოდ ტკბილი, მძაფრი სუნი ზოგჯერ შტორმამდე გროვდბა ჰაერში. ეს ოზონია. ელვა ჟანგბადის მოლეკულას შუაზე ხლეჩს, რის შემდეგაც ჟანგბადის რადიკალები ჟანგბადის მოლეკულებს უერთდება და წარმოიქმნება ოზონი.
ლურჯ-იისფერი შეფერილობა, რომელიც ელვას აქვს ხოლმე, აირის მოლეკულების იონიზაციის შედეგია, კერძოდ, აღგზნებული აზოტის და წყალბადის (რომელიც წყლის მოლეკულების გახლეჩით მიიღება) ატომები ამ ფერებს ასხივებენ.
აზოტიც არანაკლებ როლს თამაშობს ელვის ქიმიაში. მაღალი ტემპერატურის პირობებში, რომელიც ჭექა-ქუხილის დროს წარმოიქმნება, აზოტი და ჟანგბადი ერთდება და აზოტის ოქსიდებს წარმოქმნიან. შემდეგ ეს აზოტის ოქსიდები წვიმის წყალში იხსნება და წარმოიქმნება ნიტრატები. ნიტრატები მიწაში „ჩაედინება“ და ხელს უწყობს მცენარის ზრდას. მოლეკულური აზოტის ნიტრატში გარდაქმნას „აზოტის ფიქსაცია“ ჰქვია. აზოტი, რომელიც ელვის საშუალებით უერთდება მცენარეებს, 3-10 მილიონ ტონას შეადგენს ყოველწლიურად (შედარებისთვის: ბაქტერია 100-300 მილიონ ტონა აზოტს აფიქსირებს წლიურად).
ეს ყველაფერი არაა, კვლევები ადასტურებს, რომ გამა სხივებს, რომლებიც ჭექა-ქუხილის პროცესში წარმოიქმნება, მცირე მასშტაბის ბირთვული რეაქციების გამოწვევა შეუძლია ატმოსფეროში. ამ ბუნებრივ პროცესს ძალუძს სხვადასხვა იზოტოპი წარმოქმნას: აზოტის, ჟანგბადისა და ნახშირბადის.
ბიბლიოგრაფია და დამატებითი საკითხავი:
- Lightning & Thunder – The Met Office;
- The global lightning-induced nitrogen oxides source – U Schumann & H Huntrieser;
- Photonuclear reactions triggered y lightning discharge – T Enoto & others;
- Nitrogen fixation by lightning activity in a thunderstorm – D Drapcho & others;
- The nitrogen fix – J Kasting & J Siefert.
მეცნიერება, ფიზიკა, ელვა, ჭექა-ქუხილი, შტორმი, ოზონი, ნიტრატი.
ჩვენი სტუმრები
სწრაფი ბმულები
