محاسبه بازده درصدی در آشپزخانه

در پایان این گفتگو متوجه می‌شوید که چرا آن گاز در واقع نگهبان تازگی محصول است. همچنین می‌بینیم که چطور نترکیدن چند دانه ذرت، راز بهره‌وری در تولید را فاش می‌کند. به PodThis و با من بیاموز خوش آمدید، علی و سارا هستیم.

علی، راستش را بخواهی هر وقت اسم شیمی می‌آید، من یاد آن روپوش‌های سفید بلند و لوله‌های آزمایشگاهی می‌افتم. همان‌هایی که داخلشان مایعات رنگی و خطرناک می‌جوشد. همیشه حس می‌کنم این علم خیلی از زندگی روزمره ما دور است. انگار فقط به درد همان فرمول‌های توی کتاب می‌خورد.

ولی آشپزخانه که فقط جای پخت‌وپز است. مگر می‌شود بدون آن دستگاه‌های پیچیده و مواد خاص، اسم یک فعالیت ساده را علم گذاشت؟ فکر می‌کنم تا وقتی پای مواد سمی یا واکنش‌های عجیب در میان نباشد، شیمی واقعی اتفاق نمی‌افتد. ما فقط داریم آشپزی می‌کنیم.

پس آن معلم شیمی که می‌خواهد به دخترش درس بدهد، دارد از فضای آشپزخانه به عنوان یک کلاس درس واقعی استفاده می‌کند؟

متوجه شدم. پس ما داریم درباره تجربه کردن علم حرف می‌زنیم، نه فقط شنیدن و روخوانی کردن از روی آن.

شاید چون وقتی تغییر را با چشم می‌بینیم و نتیجه‌اش را حس می‌کنیم، دیگر آن مطلب برایمان یک بار اضافی در حافظه نیست. آن موضوع بخشی از خاطره و تجربه ما می‌شود. مثل وقتی که می‌بینیم چطور یک دانه سفت ذرت تغییر شکل می‌دهد و باز می‌شود.

پس برخلاف تصور قبلی من، شیمی اصلاً محدود به آزمایشگاه‌های مجهز و مواد خطرناک نیست. این دانش یک ابزار کاملاً کاربردی است که حتی در محیط امن خانه هم جریان دارد. با روشی که یحیی حمید پیشنهاد داده، می‌توانیم مفاهیم را به جای حفظ کردن، واقعاً زندگی کنیم.

اما چه چیزی باعث شد این معلم تصمیم بگیرد آزمایشگاهش را به آشپزخانه بیاورد؟ همه‌چیز از یک خرید ساده و یک مشاهده معمولی شروع شد. PodThis.

سارا، تا حالا به این بسته‌های بزرگ پفیلا توی مغازه‌ها دقت کردی؟ به نظرت چرا با اینکه خیلی پف‌کرده و حجیم به نظر می‌رسن، وقتی بازشون می‌کنیم می‌بینیم فقط یک مقدار کم پفیلا ته بسته مونده؟

خیلی‌ها همین فکر رو می‌کنن و به نظرشون این فقط یک کلک تجاریه. اما واقعیت علمی ماجرا کاملاً متفاوته. اون چیزی که فضای پاکت رو پر کرده هوای معمولی نیست. اونجا رو با گاز خالص نیتروژن پر می‌کنن. اگر هوای معمولی که اکسیژن داره توی بسته بود، چربی‌های پفیلا خیلی زود با اکسیژن واکنش می‌دادن. این‌طوری طعم محصول عوض می‌شد. یعنی همون اتفاقی که بهش می‌گیم اکسید شدن یا تند شدن چربی.

دقیقاً. گاز نیتروژن توی صنعت غذا یک گاز بی‌اثر به حساب میاد. یعنی تمایلی نداره با مواد غذایی واکنش بده. وقتی اکسیژن رو از پاکت بیرون می‌برن و جاش رو با نیتروژن پر می‌کنن، ماندگاری محصول بالا می‌ره. این‌طوری پفیلا تردی خودش رو حفظ می‌کنه. از طرف دیگه، این حجم گاز مثل یک ضربه‌گیر عمل می‌کنه. این‌طوری پفیلاها موقع جابه‌جایی و حمل و نقل خرد نمی‌شن.

ببین، مسئله اصلی برای اون توازن بین هزینه و مقدار واقعی محصول بود. وقتی شما یک بسته پفیلا می‌خری، بخش زیادی از پولت بابت همین بسته‌بندی و فرآیند تزریق گاز و حمل و نقل اون حجم بزرگ پرداخت می‌شه. یحیی حمید که معلم شیمیه، با یک نگاه اقتصادی و علمی به ماجرا نگاه کرد. با خودش فکر کرد چرا باید برای حجم زیادی از گاز پول بده؟ اون می‌تونه با هزینه خیلی کمتر، مقدار زیادی ذرت خام بخره و خودش اون‌ها رو تبدیل به پفیلا کنه.

بله، تشبیه خیلی خوبیه. نیتروژن مثل یک بالش محافظ عمل می‌کنه که هم جلوی ضربه رو می‌گیره و هم محیط رو برای دانه‌ها امن نگه می‌داره. اما این تمثیل یک تفاوت بزرگ داره. برخلاف یک بالش معمولی که فقط محافظ فیزیکیه، نیتروژن اینجا وظیفه اصلیش محافظت شیمیاییه. یعنی جلوی ورود اکسیژن و واکنش‌های ناخواسته رو می‌گیره. کاری که بالش‌های واقعی اصلاً انجام نمی‌دن.

خب، برای اینکه بفهمیم یک کار چقدر بهره‌وری داره، باید بتونیم اندازه‌گیریش کنیم. یحیی می‌خواست بدونه از مقدار مشخصی ذرت که می‌خره، واقعاً چقدر محصول به دست میاد. اینجاست که پای حساب و کتاب به آشپزخونه باز می‌شه. اون می‌خواست ببینه آیا واقعاً همه دانه‌هایی که براشون پول داده، به محصول نهایی تبدیل می‌شن یا نه. حالا به نظرت اگه ما صد تا دانه ذرت داشته باشیم، می‌تونیم انتظار داشته باشیم که دقیقاً صد تا پفیلا تحویل بگیریم؟

همین شک و تردید تو، شروع یک بحث خیلی مهم در شیمی به اسم بازده هست. ما توی پادکست PodThis همیشه سعی می‌کنیم این مفاهیم رو ساده بیان کنیم. یحیی برای اینکه این موضوع رو به دخترش اسرا یاد بده، یک برنامه دقیق ریخت. اون می‌خواست نشون بده که همیشه اون چیزی که ما انتظار داریم با اون چیزی که در عمل اتفاق می‌افته، یکی نیست.

کاملاً درسته. حالا که انگیزه این کار رو متوجه شدیم، باید ببینیم وقتی کار شروع شد چه اتفاقی افتاد. با این تصمیم اقتصادی، پدر و دختر دست به کار شدن. اما برای اینکه این کار به یک آزمایش علمی دقیق تبدیل بشه، به یک معیار برای اندازه‌گیری نیاز داشتن. توی بخش بعد به همین موضوع می‌پردازیم.

بیا یک لحظه تصور کنیم این آشپزخانه کوچک ما، یک آزمایشگاه خیلی دقیق است. من با حوصله، دانه به دانه، صد و بیست دانه ذرت را می‌شمارم و می‌ریزم کف این قابلمه. اسرا، به نظرت وقتی کارمان تمام شد، دقیقاً چند دانه پفیلا در ظرف خواهیم داشت؟

این همان جایی است که ذهن ما کمی به اشتباه می‌افتد. در دنیای شیمی، به این عدد صد و بیست که با شمردن یا محاسبه به دست می‌آید، می‌گوییم مقدار نظری. این یعنی بیشترین مقداری که در بهترین شرایط ممکن و روی کاغذ، انتظار داریم تولید شود.

حرفت درباره پایستگی جرم کاملاً درست است. اما در دنیای واقعی واکنش‌ها همیشه تا آخر پیش نمی‌روند. فکر کن یک کارگاه ساخت بادبادک داری. کاغذ و چوب کافی برای ساختن ده تا بادبادک هم آماده کرده‌ای. روی کاغذ، خروجی کارگاه تو باید ده تا باشد. درست است؟

اما شاید موقع کار، یکی از چوب‌ها بشکند. یا مثلاً روی یکی از کاغذها چسب زیادی بریزد و خراب شود. جرم آن چوب و کاغذ هنوز در کارگاه هست. اما محصول نهایی که تو می‌خواهی، یعنی آن بادبادک سالم، کمتر از ده عدد می‌شود. این تفاوت بین چیزی است که انتظار داریم و چیزی که واقعاً به دست می‌آید.

همین‌طور است. این مثال کارگاه تا جایی درست است که درباره تعداد محصولات حرف بزنیم. اما در شیمی، مواد گاهی با هم ترکیب می‌شوند و چیز کاملاً جدیدی می‌سازند. این‌طور نیست که فقط مثل قطعات بادبادک کنار هم چیده شوند. حالا بگو ببینم، اگر من به جای شمردن، جرم ذرت‌ها را اندازه می‌گرفتم و مثلاً می‌شد صد گرم، مقدار نظری محصول ما چقدر می‌شد؟

روی کاغذ همین است. در برنامه امروز PodThis می‌خواهیم دقیقاً همین فاصله بین کاغذ و واقعیت را لمس کنیم. حالا که دانه‌ها را شمردیم و فرضیه تو را هم شنیدیم، وقتش رسیده که شعله را روشن کنیم.

کاملاً درست است. حالا وقت آن است که ببینیم آیا طبیعت به این پیش‌بینی صد و بیست دانه‌ای ما روی کاغذ احترام می‌گذارد یا نه.

علی، این صدای تق‌تقی که از توی قابلمه میاد یعنی همون صد و بیست تا دونه ذرتی که با هم شمردیم دارن طبق نقشه ما تبدیل به پفیلا می‌شن؟

صبر کن، صداها دیگه قطع شد. بذار در قابلمه رو بردارم. عجب، چقدر کمتر از اون چیزیه که فکر می‌کردم! بیا بشمریم. یک، دو، ده، بیست... کلاً هشتاد و سه تا دونه پفیلا داریم. پس اون سی و هفت تای دیگه چی شدن؟ یعنی بخار شدن و کلاً از بین رفتن؟

مقدار واقعی. یعنی همون چیزی که در عمل و تهِ آزمایش برامون باقی می‌مونه؟

و اون بقیه دانش‌آموزها هنوز توی کلاس هستن، فقط نمره رو نگرفتن.

فکر می‌کنم بله. چون باز هم داریم چیزی رو اندازه می‌گیریم که واقعاً تولید شده. این با اون چیزی که فرض می‌کردیم تولید بشه فرق داره.

پس اگر درست فهمیده باشم، مقدار نظری همون عدد صد و بیست بود که روی کاغذ داشتیم. مقدار واقعی هم همین هشتاد و سه دونه پفیلاییه که الان جلوی چشممونه. اون سی و هفت دونه‌ای که نترکیدن، نشون می‌دن که واکنش ما صد در صد کامل نشده.

حالا که از اون صد و بیست تا دونه ذرت، فقط هشتاد و سه تاش پف کرد، بیا درباره این عدد شصت و نه درصد حرف بزنیم. به نظرت چرا توی آزمایشگاه یا حتی همین آشپزخونه خودمون، تقریباً هیچ‌وقت به بازده صد درصد نمی‌رسیم؟

ما توی شیمی به اون صد و بیست تا دونه‌ای که اول کار داشتیم، می‌گیم مقدار نظری. یعنی همون چیزی که روی کاغذ و طبق حساب‌وکتاب انتظار داریم به دست بیاد. اون هشتاد و سه تایی که واقعاً پف کردن و توی ظرف دیدیم، می‌شن مقدار واقعی. حالا اگه مقدار واقعی رو بر مقدار نظری تقسیم کنیم و در صد ضرب کنیم، عدد شصت و نه ممیز دو به دست می‌آد. این همون بازده درصدی ماست. اما اسرا، بذار یه سؤال بپرسم. به نظرت برای فهمیدن بازده هر واکنشی، حتماً باید دونه‌ها یا ذره‌ها رو یکی‌یکی بشماریم؟

اتفاقاً خیلیا همین‌جا اشتباه می‌کنن. توی دنیای واقعیِ شیمی، ما نمی‌تونیم تک‌تک اتم‌ها یا مولکول‌ها رو بشماریم. شیمی‌دان‌ها از واحدهای مختلفی استفاده می‌کنن. مثلاً گرم برای جرم، مول برای مقدار ماده، یا حتی لیتر برای حجم گازها. تنها شرط حیاتی اینه که واحدِ صورت و مخرج کسر موقع محاسبه بازده، یکی باشه. یعنی نمی‌شه گرمِ محصول واقعی رو بر تعدادِ نظری تقسیم کرد.

دقیقاً، چون هر دو رو با واحد کیلوگرم اندازه گرفتی. حالا برگردیم به اون سی و هفت تا دونه ذرتی که پف نکردن. توی علم شیمی، معمولاً سه تا دلیل اصلی برای این افت بازده وجود داره. اول، کامل نشدن واکنش. یعنی شاید حرارت به همه ذرت‌ها نرسیده تا آبِ داخلشون بخار بشه. دوم، واکنش‌های جانبی. یعنی دونه ذرت به جای پف کردن، کلاً سوخته و تبدیل به کربن شده. و سوم، هدررفت محصول موقع جدا کردن. یادت هست وقتی درِ قابلمه رو باز کردی، چند تا پفیلا روی زمین افتاد؟

این رو مثل کار یه خیاط تصور کن که می‌خواد از یه قواره پارچه، پیراهن بدوزه. بخشی از پارچه همیشه موقع برش زدن به عنوان ضایعات دور ریخته می‌شه و هیچ‌وقت تمام اون پارچه تبدیل به پیراهن نمی‌شه. البته این تشبیه یه جا متوقف می‌شه. چون توی خیاطی جنس پارچه عوض نمی‌شه، اما توی شیمی، مواد تغییر ماهیت می‌دن و ممکنه اصلاً به یه ماده ناخواسته تبدیل بشن.

توی بیشتر موارد بله. اما هنر یه شیمی‌دان توی PodThis و توی آزمایشگاه، همین‌جاست. اون باید بفهمه چرا بین انتظار و واقعیت فاصله افتاده. باید علت‌ها رو بشناسه و توی آزمایش بعدی سعی کنه اون سی و هفت دونه گمشده رو به حداقل برسونه.

همین‌طوره و این یعنی تو حالا مثل یه شیمی‌دان به آشپزخونه نگاه می‌کنی. با این حرف، به پایان این بخش از گفتگوهایمان می‌رسیم.

نکته خیلی خوبی بود. فقط همیشه یادتان باشد موقع محاسبه، واحد صورت و مخرج کسر باید دقیقاً یکی باشد. این هفته وقتی در آشپزخانه مشغول هستید، سعی کنید وزن نهایی غذا را با مقدار مواد اولیه مقایسه کنید. ببینید بازده درصدی کارتان چقدر می‌شود. به یادگیری ادامه دهید و همیشه در مسیر پیشرفت باشید. ممنون که شنونده PodThis بودید.