Из чего всё сделано? Рассказы о веществе - Любовь Николаевна Стрельникова
Первый патент на пневматическую велосипедную шину получил шотландец Джон Данлоп в 1888 году. А вскоре началась эра автомобилей. Первыми, кто стал использовать пневматические резиновые шины на автомобилях, были французы Андре и Эдуард Мишлен. Случилось это в 1895 году. Гудьир, Данлоп, Мишлен — фамилии этих изобретателей по сей день звучат в названиях крупнейших фирм-производителей «обуви» для транспортных средств.
Кстати, знаете, почему автомобильные шины чёрные? Потому что кроме серы, которая превращает вязкий и липкий каучук в твёрдую и упругую резину, в него добавляют ещё черную сажу, которая увеличивает прочность резины и делает её более долговечной.
А теперь представьте себе, сколько надо накачать латекса из бразильской гевеи, чтобы полученного из неё каучука хватило бы на все шины и покрышки в мире, не считая сосок и шапочек для бассейна. Даже если мы всю землю покроем плантациями гевеи (хотя она растет только в субтропиках), то и тогда нам не хватит каучука. Всё это было ясно уже сто лет назад. Поэтому химики решили найти замену природному каучуку, который можно было бы производить сотнями тысяч тонн и не зависеть от бразильской гевеи. Но для этого неплохо было бы выяснить, как устроена молекула этого природного вещества.
О том, что молекула каучука состоит только из атомов углерода и водорода, знал ещё Майкл Фарадей. Даже с помощью довольно примитивных методов, которыми пользовались химики в начале девятнадцатого века, он сделал первый химический анализ латекса и каучука, о чём и сообщил миру в научной статье в 1826 году. Но как устроена молекула? Как атомы водорода и углерода соединены между собой? Об этом догадался немецкий химик Герман Штаудингер по прошествии целого века, в 1922 году. После долгих исследований он пришел к выводу, что молекула каучука состоит из постоянно чередующихся одинаковых звеньев, число которых может составлять десятки тысяч. Она очень длинная, поэтому каучук такой гибкий и эластичный.
После открытия Штаудингера довольно быстро, в 1928 году, появилась первая промышленная технология изготовления синтетического каучука. Её придумал русский учёный Сергей Васильевич Лебедев. Первый рукотворный каучук синтезировали совсем не тем способом, которым пользовалась природа. Исходным сырьём русским химикам служил обычный спирт, который в то время делали из разнообразного растительного сырья, например из картошки.
Первый в мире завод по производству синтетического каучука открылся в России в 1932 году. Немцы, испокон веков считавшиеся самыми искусными химиками, запустили своё производство четыре года спустя. С 1932 и до 1990 года наша страна производила этого вещества больше всех в мире. Сегодня почти всю резину, которая только подвернётся вам на глаза, изготавливают из синтетических каучуков. Они, конечно, сильно отличаются от того, что впервые сделал Лебедев. Теперь химики умеют делать десятки разных видов этого вещества с разными свойствами и для разных целей. И кстати, они создали точную копию природного каучука. Случилось это в 1950-х годах.
Мир по достоинству оценил заслуги Г. Штаудингера: в 1953 году ему вручили Нобелевскую премию по химии. А открытие полимеров и их исследования изменили внешний облик нашего мира, потому что человечество, поняв, что такое полимеры и какие выгоды они сулят, сделало на них ставку. Так цивилизация встала на полимерный путь развития.
«При чём же здесь одуванчики? Что у них общего с автомобилем?» — возмутитесь вы. Ах да, простите. Одуванчик, как и бразильская гевея, даёт белый млечный сок, стоит надломить его стебелёк. Так вот, в этом соке, если хорошо покопаться, можно найти крохи природного каучука. Вообще, на Земле обитает несколько сотен видов растений-каучуконосов. На Тянь-Шане растёт одуванчик кок-сагыз, сок которого содержит много каучука. Одно время его даже специально выращивали в России, на Украине и в Казахстане, засевали целые плантации, чтобы добывать каучук. Но вскоре стало понятно, что это пустая затея. Химическая промышленность научилась делать более дешёвый синтетический каучук, и делать много.
От полимеров некуда скрыться!
Открытие полимеров, этих длинных, почти бесконечных молекул из повторяющихся фрагментов, буквально перевернуло наше представление о мире. Оказалось, что самое главное в природе — это полимеры. Белки, из которых построено всё живое, — это полимеры. Причём их синтезом командует молекула ДНК, спрятанная в самом сердце каждой клеточки нашего организма. А молекула ДНК — это тоже полимер. Целлюлоза, из которой построены остовы растений и их клеточные оболочки, — тоже природный полимер, и, пожалуй, самый распространённый. Синтез этого вещества, позволяющего расти траве, цветам и деревьям, идёт непрерывно. И объёмы этого природного производства куда больше, чем у промышленной химии.
Самый важный полимер, который умеет делать природа, — это молекула ДНК. В ней закодированы все инструкции, по которым работают клетки любого живого организма
Наверное, химики не ошиблись, когда начали строить параллельный природе мир из полимеров. И теперь от них просто некуда скрыться. Давайте заглянем на кухню или в ванную комнату. Тазики, плошки, контейнеры, бутылки, стаканчики, одноразовая посуда, пластмассовые электрические чайники, холодильник и микроволновка, линолеум и мебель, водонепроницаемые обои или водоэмульсионная краска — всё сделано из полимеров или содержит их. Я уж не говорю о том, что мы видели с вами в шкафу.
Когда химики поняли, как устроены полимеры, они сообразили, что главное теперь — научиться присоединять одинаковые молекулы друг к другу, пристраивая хвост одной к голове другой. И тогда они будут вытягиваться в длиннющие цепочки, эластичные, лёгкие и прочные. Но чтобы заставить молекулы выстраиваться в шеренги, намертво цепляясь друг за друга, надо было создать им подходящие условия. Да и не все молекулы годились для такого парада, их тоже надо было искать и отбирать. Этим и занялись химики в середине прошлого века. Их настойчивость быстро принесла щедрые плоды.
Человечество еще не успело оправиться от сенсационного открытия синтетического каучука, как химики подбросили ему следующее рукотворное чудо — синтетический полимер по имени найлон. Его получил в 1935 году американский химик Уоллес Карозерс. К этому времени он уже несколько лет работал в исследовательской лаборатории компании «Дюпон». Ради этой исследовательской работы Карозерс отказался от блестящей карьеры преподавателя в Гарвардском университете. Он хотел полностью сосредоточиться на исследованиях. Лаборатория компании
