大多數物質都是加熱后融化,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化都同融化和冷卻有關,比如炒雞蛋,還有通過聚合反應形成塑料,就與融化和冷卻沒有關系。
蛋黃和蛋白之所以有那樣的結構,是因為它們各自都溶解有球蛋白,而這種蛋白質具有球珠形狀,則是它們的鏈狀蛋白質分子卷曲成球狀的緣故。分子鏈各個位置上的電荷,使蛋白質得以保持這種適合于它們發(fā)揮生物學功能的球形。球珠外側的電荷則吸引水分子而排斥其他蛋白質球,避免了許多蛋白質球聚集在一起成為團塊。
這種蛋白質球并不是一種永久性的結構,電荷將蛋白質維持為球狀的力量并不是很大,如果攪動得太厲害,比如說加熱,這種球狀結構也會被拆解,暴露出內部的電荷。這種過程叫做變性,這是因為這種改變了形狀的蛋白質并不適合于它們發(fā)揮其生物學功能。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,把各個蛋白質分子扭結在一起而凝結成一大團。然而,比起沒有變性的蛋白質來,你的消化酶卻更容易分解這種扭結成一團的蛋白質。祝你有一個好胃口!
加熱固體,比如說冰,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)的那些化學鍵。處于液體狀態(tài)的物質,其中的分子有足夠的能量到處移動,但是所具有的能量卻又沒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程。雞蛋是由懸浮在水中的一個個蛋白球珠所組成的,而這些蛋白質球則是長鏈分子依靠化學鍵才得以卷曲成大致的球形。當雞蛋被加熱時,迫使這些化學鍵斷開,卷曲的分子被拆解開來,能夠與其他分子結合形成網絡,并把水分子陷在其中。這時的雞蛋便凝固而成為固體。如果繼續(xù)加熱雞蛋,其中甚至還會形成更多的化學鍵,這時的雞蛋便會脫水而更富有彈性。
雞蛋主要由溶解在水中的蛋白質組成,其中數量最多的是蛋白,所以雞蛋的大部分都呈現為白色。蛋白質又由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,它們緊緊地纏結在一起,形成一種獨特的、相對穩(wěn)定的三維結構。
加熱會使雞蛋脫水,將其中的蛋白質鏈解開而使它們變性。繼續(xù)加熱,作為氨基酸之一的半胱氨酸鏈上的硫氫基團被氧化,導致相鄰分子之間形成共價鍵。這種共價鍵是穩(wěn)定的強化學鍵,它們被稱為二硫化物橋,通過交叉連接把鏈狀分子編織成網絡,從而使雞蛋變硬。指甲具有很好的抗拉強度,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,理發(fā)師使用一種還原劑使二氧化硫橋斷裂,能夠將頭發(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共價鍵,將這種新形狀的頭發(fā)定型,保持發(fā)型不變。