Когда мы говорим о постановке браги (вина, пива, зернового творения или солодового) и неработающих дрожжах, то практически всегда возникает вопрос о кислотности сусла. Те из нас, кто давно занимается приготовлением напитков вдумчиво и серьёзно, имеют понимание о кислотности, но далеко не все, включая меня самого. Когда я решил копнуть и разобраться в этом вопросе глубже, то наткнулся на интересный материал.
На одном из англоязычных сайтов, который хорошо (на мой взгляд, объясняет значение и важность кислотности). Написать своими словами статью (узнав много нового из прочитанного) – я не захотел, а просто перевёл её на русский язык. Поэтому прошу воздержаться от язвительных комментариев, а если, что-то непонятно просто напишите, будем разбираться все вместе, наверняка среди нас найдутся умные люди, способные на объяснения.
Думаю, что с уроков школьной химии все помнят формулу воды – H₂O. Вспоминаем, что это значит:
“Каждая молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода”.
Причина того, что два атома водорода образуют пару с одним атомом кислорода, связана с готовностью каждого из них, либо расстаться со своими, собственными электронами, либо своровать электроны у других атомов.
Кислород, однако, жадный маленький придурок. Водород же щедрый и это означает, что кислороду недостаточно одного электрона: ему нужно два. Итак, происходит своего рода атомный секс втроём, в котором два атома водорода соединяются с одним кислородом, давая нам воду.
Кислород не всегда удовлетворяется только двумя атомами водорода, и иногда ищет компаньона в виде третьего атома водорода. Он подходит к нему и ворует одну молекулу воды у другой. В конечном счёте мы получаем, что вместо H₂O у нас появляется HO (то же самое OH) и немного H3О. Это означает, что на каждые две молекулы воды периодически приходится какая-то неверность. OH⁻ и H3O⁺ – это ионы, которым даны специальные названия гидроксид и гидроксоний соответственно. Надстрочные знаки минус и плюс означают, что эти ионы неудовлетворены своими отношениями и готовы принять или вытеснить из расположения атом водорода соответственно.
Но не только вода (как вещество) ведёт себя таким образом, другие вещества проделывают те же фокусы и зачастую это связано с той же динамикой межатомных отношений.
Учёные называют это константой равновесия. Что является мерой того, сколько ионов гидроксида и гидроксония рождается и разрушается, когда раствор находится в равновесии. Если измерить тенденцию чистой воды, то обнаружится, что количества ионов гидроксида и гидроксония точно равны и составляют 0,0000001, или 0,00001% раствора. Остальные 99,99999% — это просто H2O, которую мы знаем и любим.
Вещество, богатое ионами гидроксида, называется основанием, а вещество, богатое ионами гидроксония, называется кислотой. Если концентрация гидроксида выше, чем в воде, то мы говорим, что она является щелочной. Если концентрация гидроксония выше, чем в чистой воде, то говорят, что вещество кислое. Чистая вода сама по себе нейтральна.
Трудно работать с числами, у которых так много нулей (химики такие же ленивые, как и все мы), поэтому вместо того, чтобы смотреть на сами числа, они используют логарифмическую шкалу, которая просто показывает, насколько далеко влево или вправо десятичной точки число равно:
- Логарифм 100,0 равен 2.
- Логарифм 10,0 равен 1.
- Логарифм 1,0 равен 0.
- Логарифм 0,1 равен -1.
- Логарифм 0,01 равен -2.
- И так далее…
Итак, мы наконец подошли к определению рН. pH - это не что иное, как логарифм концентрации ионов гидроксония, или в символах:
- pH = – log [H30⁺]
Следовательно,
- pH 1 означает, что ион гидроксония составляет 10% (0,1) раствора, потому что –log [0,1] = 1.
- pH 7 означает, что ион гидроксония составляет 0,00001% 0,0000001) раствора, поскольку –log [0,0000001] = 7.
- pH 14 означает, что ион гидроксония составляет 0,000000000001% (0,000000000000001) раствора, потому что – log 0,000000000000001] = 14.
Так получилось, что шкала рН определяется от 1 до 14. Вещество с рН от 1 до 7 является кислым. Если pH находится в пределах от 7 до 14, он является щелочным. И если это ровно 7, это нейтрально.
Так какое же отношение всё это имеет к винокурению?
Если говорить о виски или пиве, то одна из самых важных проблем - это ферменты, на которые мы полагаемся, чтобы преобразовать наши солодовые крахмалы в сахара во время затора. Эти ферменты предпочитают работать в относительно узком диапазоне значений рН. Два наиболее важных фермента для преобразования крахмала, альфа-амилаза и бета-амилаза, лучше всего работают в диапазоне рН от 5,2 до 5,5 (что в абсолютных числах означает, что ион гидроксония составляет от 0,00032% до 0,00063% жидкого затора).