Пуговицы Наполеона: Семнадцать молекул, которые изменили мир - [91]
К тому времени появились теоретические и практические доказательства существования ионов. Английский физик Джозеф Джон Томпсон в 1897 году показал, что все атомы содержат электроны — отрицательно заряженные частицы, объясняющие электрическую проводимость веществ (впервые об этом заявил Майкл Фарадей в 1833 году). Если атом теряет один или несколько электронов, он превращается в положительно заряженный ион. Если другой атом приобретает один или несколько электронов, он превращается в отрицательно заряженный ион.
Твердый хлорид натрия представляет собой регулярную решетку из двух типов ионов — положительно заряженных ионов натрия и отрицательно заряженных ионов хлора, которые удерживаются вместе за счет сил притяжения между отрицательными и положительными зарядами.
Трехмерная структура твердого хлорида натрия. Линии, соединяющие ионы, вымышленные: они изображены только чтобы показать кубическое строение решетки соли.
Вода не состоит из ионов, но ее молекулы имеют так называемый частичный заряд: на атомах водорода сосредоточен слабый положительный заряд, а на атоме кислорода — слабый отрицательный заряд. Это и позволяет хлориду натрия растворяться в воде. Хотя сила притяжения между отрицательно заряженным ионом хлора и положительно заряженным атомом водорода в молекуле воды (а также между положительно заряженным ионом натрия и отрицательно заряженным атомом кислорода в молекуле воды) примерно такая же, как между самими ионами хлора и натрия, решающим фактором в высокой растворимости соли является стремление ионов к случайному распределению. Если соли плохо растворяются в воде, это означает, что притяжение между составляющими их ионами сильнее, чем притяжение между ионами и водой.
Изобразим молекулу воды с имеющимися на ней частичными зарядами:
Здесь δ — обозначает слабый (частичный) отрицательный заряд на атоме кислорода, а δ+ — слабый (частичный) положительный заряд на атомах водорода. Теперь мы можем схематично изобразить отрицательно заряженный ион хлора, который в водном растворе окружен молекулами воды, повернутыми к нему соответствующим концом:
Положительно заряженный ион натрия в воде окружен молекулами воды, повернутыми к нему своим отрицательно заряженным концом.
Именно хорошая растворимость хлорида натрия делает его ценным консервирующим агентом. Соль сохраняет мясо и рыбу, отбирая из них воду. При низком содержании воды и высоком содержании соли бактерии, вызывающие порчу продуктов, просто не могут жить. С целью предотвращения порчи в продукты добавляют гораздо больше соли, чем требуется для усиления вкуса. В тех регионах, где пищевым источником соли являлось исключительно мясо, для сохранения мяса добавляли больше соли. В других традиционных методах сохранения пищевых продуктов, таких как высушивание и копчение, тоже используют соль. Перед сушкой и копчением рыбу или мясо вымачивают в солевом растворе. Жители тех мест, где не было своей соли, вынуждены были ее покупать.
Потребность организма в соли
О том, что соль необходима для жизни, люди знали уже в те древнейшие времена, когда еще не было необходимости в сохранении пищевых продуктов. Ионы соли играют в организме очень важную роль, поддерживая электролитный баланс между клетками и внеклеточной жидкостью. Часть процесса генерации электрического импульса, передающегося по нервным клеткам, происходит при участии так называемого натрий-калиевого насоса. Из клеток выталкивается больше ионов натрия, чем туда проникает ионов калия, поэтому цитоплазма клетки заряжена отрицательно по сравнению с внешней поверхностью клеточной мембраны. Так создается разделение зарядов, известное под названием мембранного потенциала, которое и создает электрические импульсы. Таким образом, соль совершенно необходима для функционирования нервных клеток и мышц.
Молекулы сердечных гликозидов, таких как дигоксин и дигитоксин из наперстянки, ингибируют активность натрий-калиевого насоса, в результате чего повышается внутриклеточная концентрация ионов натрия. Это повышает сократительную способность сердечных мышц и объясняет действие данных молекул в качестве стимуляторов сердечной деятельности. Кроме того, ион хлора, содержащийся в соли, нужен для образования соляной кислоты, которая является важнейшим компонентом желудочного сока.
Концентрация соли в организме здорового человека изменяется в очень узких пределах. Недостаток соли должен быть возмещен, а избыток выведен. Недостаток соли в организме вызывает снижение массы тела и потерю аппетита, тошноту, судороги, апатию, а в крайних случаях, как у бегунов-марафонцев, может привести к разрыву сосудов и смерти. Избыток соли ведет к повышенному кровяному давлению (важный фактор, способствующий развитию сердечно-сосудистых заболеваний), а также к нарушению работы печени и почек.
