大多數(shù)物質(zhì)都是加熱后融化,但是我炒雞蛋,為什么加熱反而使它由液體變成了固體?
并不是所有固體和液體之間的相互轉(zhuǎn)化都同融化和冷卻有關(guān),比如炒雞蛋,還有通過(guò)聚合反應(yīng)形成塑料,就與融化和冷卻沒(méi)有關(guān)系。
蛋黃和蛋白之所以有那樣的結(jié)構(gòu),是因?yàn)樗鼈兏髯远既芙庥星虻鞍?,而這種蛋白質(zhì)具有球珠形狀,則是它們的鏈狀蛋白質(zhì)分子卷曲成球狀的緣故。分子鏈各個(gè)位置上的電荷,使蛋白質(zhì)得以保持這種適合于它們發(fā)揮生物學(xué)功能的球形。球珠外側(cè)的電荷則吸引水分子而排斥其他蛋白質(zhì)球,避免了許多蛋白質(zhì)球聚集在一起成為團(tuán)塊。
這種蛋白質(zhì)球并不是一種永久性的結(jié)構(gòu),電荷將蛋白質(zhì)維持為球狀的力量并不是很大,如果攪動(dòng)得太厲害,比如說(shuō)加熱,這種球狀結(jié)構(gòu)也會(huì)被拆解,暴露出內(nèi)部的電荷。這種過(guò)程叫做變性,這是因?yàn)檫@種改變了形狀的蛋白質(zhì)并不適合于它們發(fā)揮其生物學(xué)功能。在這種情況下,鄰近分子的相反電荷有可能彼此相遇而吸引,把各個(gè)蛋白質(zhì)分子扭結(jié)在一起而凝結(jié)成一大團(tuán)。然而,比起沒(méi)有變性的蛋白質(zhì)來(lái),你的消化酶卻更容易分解這種扭結(jié)成一團(tuán)的蛋白質(zhì)。祝你有一個(gè)好胃口!
加熱固體,比如說(shuō)冰,你就是在給其中的分子增加能量,使它們能夠掙斷將它們維持成固體狀態(tài)的那些化學(xué)鍵。處于液體狀態(tài)的物質(zhì),其中的分子有足夠的能量到處移動(dòng),但是所具有的能量卻又沒(méi)有大到可以完全脫離其他分子而變成氣體分子的程度。
然而你加熱生雞蛋,發(fā)生的則是全然不同的另一種過(guò)程。雞蛋是由懸浮在水中的一個(gè)個(gè)蛋白球珠所組成的,而這些蛋白質(zhì)球則是長(zhǎng)鏈分子依靠化學(xué)鍵才得以卷曲成大致的球形。當(dāng)雞蛋被加熱時(shí),迫使這些化學(xué)鍵斷開(kāi),卷曲的分子被拆解開(kāi)來(lái),能夠與其他分子結(jié)合形成網(wǎng)絡(luò),并把水分子陷在其中。這時(shí)的雞蛋便凝固而成為固體。如果繼續(xù)加熱雞蛋,其中甚至還會(huì)形成更多的化學(xué)鍵,這時(shí)的雞蛋便會(huì)脫水而更富有彈性。
雞蛋主要由溶解在水中的蛋白質(zhì)組成,其中數(shù)量最多的是蛋白,所以雞蛋的大部分都呈現(xiàn)為白色。蛋白質(zhì)又由20種不同的氨基酸所組成。這些氨基酸都是一些鏈狀高分子,它們緊緊地纏結(jié)在一起,形成一種獨(dú)特的、相對(duì)穩(wěn)定的三維結(jié)構(gòu)。
加熱會(huì)使雞蛋脫水,將其中的蛋白質(zhì)鏈解開(kāi)而使它們變性。繼續(xù)加熱,作為氨基酸之一的半胱氨酸鏈上的硫氫基團(tuán)被氧化,導(dǎo)致相鄰分子之間形成共價(jià)鍵。這種共價(jià)鍵是穩(wěn)定的強(qiáng)化學(xué)鍵,它們被稱(chēng)為二硫化物橋,通過(guò)交叉連接把鏈狀分子編織成網(wǎng)絡(luò),從而使雞蛋變硬。指甲具有很好的抗拉強(qiáng)度,頭發(fā)保持一定的形狀,也都是其中存在著二氧化硫橋的緣故。在燙發(fā)時(shí),理發(fā)師使用一種還原劑使二氧化硫橋斷裂,能夠?qū)㈩^發(fā)梳理成所需要的形狀。此后,理發(fā)師再使用一種氧化劑恢復(fù)共價(jià)鍵,將這種新形狀的頭發(fā)定型,保持發(fā)型不變。