Всякий, кто когда-либо красил куриные яйца к Пасхе, вспоминает резкий запах уксуса, смешанного с пищевым красителем. Красящий порошок необходимо развести в уксусе, после чего опустить туда варёные вкрутую (и желательно ещё горячие) яйца, а когда те окрасятся, оставить их на ровной сухой поверхности высыхать.

И хотя все следуют инструкциям, написанным на упаковках с пищевым красителем, идеально окрашенные пасхальные яйца получаются далеко не у каждого. Поэтому учёные-химики решили рассказать о науке этого традиционного процесса, чтобы следуя простым правилам, любой смог бы ровно и ярко покрасить варёные яйца.

Большинство пищевых красителей работают исключительно в кислых условиях, поэтому в инструкции и указано, что его необходимо развести с столовым уксусом, который, по сути, является 5%-ным раствором уксусной кислоты (встречающаяся на прилавках уксусная эссенция – это 70-80% раствор). Уксус снижает водородный показатель pH до такой степени, что краситель обретает способность связываться со скорлупой.

Чтобы выяснить, каков идеальный pH для работы красителя, необходимо снижать и повышать содержание уксуса в растворе с краской. В инструкции указано, что необходимо добавлять одну чайную ложку уксуса на каждую чашку воды и исследователи доказали, почему именно этот рецепт считается идеальным.

Молекулы красителя представляют собой натриевые соли фенольной кислоты. После того как порошок попадает в воду, положительные ионы натрия отделяются, оставляя отрицательно заряженные части молекул. Уксусная кислота в водном растворе представляет собой положительно заряженные ионы водорода H+ и отрицательно заряженные ацетат-ионы CH3COO-. В молекулах красителя положительно заряженные ионы водорода замещают ионы натрия.

Атомы водорода, теперь связанные с молекулами красителя, играют важную роль, так как именно они создают водородные связи со скорлупой. Их положительный заряд работает словно магнит, притягивая не только части молекул красителя, но и слабые отрицательно заряженные ионы в молекулах белка и карбонате кальция CaCO3 в яичной скорлупе.

Цвет, в который окрашивается яйцо, определяется тем, как каждая конкретная молекула красителя поглощает и отражает различные длины волн света. Однако насыщенность этого цвета зависит от того, как сильно связались молекулы красителя с поверхностью яичной скорлупы (если хорошо, то их на ней остаётся много, и цвет получается более сочным). Именно эти связи и укрепляет уксус.

Тут, впрочем, возникает другой вопрос. Если уксус отвечает за укрепление водородных связей, логично предположить, что если в раствор вообще не добавлять воды, а только лишь смешать краситель с уксусом, то в результате получатся наиболее яркие яйца? Эксперименты показывают, что это не так. Разумеется, краска в таком случае ложится очень ярко и прочно, но чистый уксус вызывает другую проблему — пузыри на поверхности яичной скорлупы (помните, как в рекламе 90-х намазывали половину яйца зубной пастой, а затем помещали в кислую среду?).

Получающиеся пузыри представляют собой двуокись углерода (углекислый газ), который появляется, когда свободные ионы H+ уксусной кислоты реагируют с карбонатом кальция скорлупы. Из-за этого эффекта краска ложится ярко, но неровно.

Что касается рецепта на упаковке — чайная ложка уксуса на чашку воды — то он действительно является оптимальным. Дело в том, что такая пропорция создаёт достаточно кислые условия — pH 4 (тогда как у чистого уксуса pH 3), но не даёт образоваться пузырькам углекислого газа, которые портят ровную окраску поверхности яйца.

Учёные также отмечают, что вовсе необязательно использовать уксус, если кому-то противен его резкий запах. Вместо этого можно купить дешёвые pH-полоски, при помощи которых можно определять кислотность среды. Если добавить в воду с растворённым красителем любую кислоту, пусть даже чистый лимонный сок, то можно поэкспериментировав получить оптимальный pH среды, в которой вы будете окрашивать яичную скорлупу.