Два шага до чуда(Очерки) - Васин Михаил

Каждый знает, как упаковывают товары: коробки укладывают рядышком, поплотнее друг к другу, заворачивают в бумагу и увязывают шпагатом. Химики тоже, отправляя новый полимер из лаборатории, стараются получше, как они выражаются, упаковать молекулы. Правда, они не пользуются ни оберточной бумагой, ни шпагатом: если удалось уложить молекулы более или менее плотно, они будут держаться друг за друга сами.

Воспитание полимера часто преследует именно эту цель — получше упаковать, уложить молекулярные ожерелья. Зачем это нужно? Оказывается, упаковка молекул полимеров, особенно тех, которые идут на волокно, — вещь чрезвычайно необходимая. У молекул часто бывает много отростков, торчащих во все стороны. Как уложить такие ожерелья аккуратно, друг возле друга, чтобы из молекул получился тугой жгут и, следовательно, прочное волокно? Это очень нелегко. И поэтому волокна, в основном, состоят из беспорядочно собранных вместе молекул.

Но… Ленинградские ученые превратили обыкновенный спирт в волокно винол. Пучок такого волокна толщиной в 1 миллиметр выдерживал груз около сорока килограммов — примерно столько, сколько обычный капрон, лавсан или медная проволока. А потом винол стали воспитывать, молекулярные отростки пригнули, примяли, чтоб они не так топорщились. И уж затем сделали волокно. Оно оказалось в три раза более прочным, чем раньше, и теперь могло сравниться с проволокой из легированной стали.

Почему это произошло? Проведем такой опыт. Возьмем небольшую ветку и попробуем ее сломать. Легко? Очень. Сколько таких веток ты можешь сломать? Двадцать? Сорок? Сто? Сколько угодно! Но при одном условии если ломать ветки по одной.

Теперь возьмем не сто веточек, а всего лишь десять и сложим их вместе, в один пучок (если боковые отростки мешают, их надо примять, пригнуть к главному стволу, чтобы ветки можно было уложить поплотнее друг к другу). Неплохо было бы еще и обмотать пучок бечевкой.

Что же после всех этих трудов у нас получилось? Да конечно — метла! Попробуй теперь сломать метлу… Впрочем, лучше и не пробуй. Из этого ничего не выйдет: десять веточек, когда они сопротивляются тебе дружно, все вместе, оказываются гораздо прочнее целой сотни, взятой разрозненно. Не зря говорят: согласному стаду и волк не страшен.

Или другой пример. Большой комок ваты. Он состоит из множества беспорядочно перепутанных белых хлопковых волоконец. Но разорвать этот ком не представляет никакого труда. А вот если взять этих волоконец в сто раз меньше, чуть-чуть их расправить, расчесать и сделать из них нитку (обыкновенную белую нитку), то она окажется гораздо прочнее большого кома ваты. Потому что волоконца в вате сопротивляются врозь, каждое само по себе, и легко одно за другим рвутся. В нитке же они действуют сообща, помогая друг другу.

Примерно то же происходит и с молекулами. Когда они уложены в волокно беспорядочно, волокно оказывается слабым. А вот если б удалось сделать из молекул волокно-«метлу», то, как считают ученые, можно было бы получать волокна в тысячи раз более прочные, чем те, которые мы вырабатываем сегодня…

Вот что значит воспитание!

Ученым, которые изучают молекулы полимеров, однажды пришла на первый взгляд фантастическая идея. А что, если, подумали они, испытать в молекулярных зарослях метод… прививок? Этот метод (как и его название) полимерщики позаимствовали у садоводов — помните, прививку применяют, когда хотят, чтобы на яблоне росли груши.

Стали проводить опыты. С помощью различных хитростей отрывали от молекулы несколько отростков, а на их место прикрепляли кусочки ожерелий другого полимера. И молекула вдруг приобрела новые свойства! Когда к полиэтилену прирастили ветви полихлорвинила, полимер перестал бояться органических растворителей. Привитые териленовые и другие волокна приобрели способность легко окрашиваться.

С помощью прививок удалось присоединить к волокнам лекарственные вещества. Если из таких волокон (летулана, биолана, иодина) делать ткани, то они будут выполнять совершенно неожиданную роль — защищать нас от микробов и болезней.

Частицы различных веществ, содержащиеся в растворах, бывают иногда столь мелки, что их нельзя выловить с помощью обычных методов. И тогда на охоту выпускают молекулы ионитов, специально созданных химиками синтетических полимеров Эти молекулы имеют странный характер, они легко теряют свои собственные частицы, но жадно набрасываются на частицы других веществ и присоединяют их.

Любопытно, что у ионитов можно воспитать разные вкусы: одним больше всего будут «нравиться» частицы золота, другим — определенные соли, третьим — антибиотики. «Нюх» у полимеров-ищеек такой тонкий, что они отыскивают нужные вещества среди сотен других в любом загрязненном растворе. Их почти невозможно сбить со следа: в морской воде они легко находят и вылавливают все соли, и вода становится питьевой. В жидких промышленных отходах они безошибочно выслеживают невидимые крупицы платины, золота и серебра. Они очищают от примесей антибиотики, сахар, фруктовые соки, выделяют из раствора витамины. С помощью ионитов ученые пытаются создать «искусственную печень» — аппарат, который будет извлекать из крови вредные для организма вещества.

Иониты — это большей частью зернистый порошок. Чтобы заставить его работать, надо строить специальную установку. Но недавно удалось привить иониты к волокнообразующим полимерам. Из таких волокон можно делать ткани. Значит, возможно, настанет день, когда каждый из нас, отправляясь на лодке в море, сможет взять с собой ничем не примечательный матерчатый черпак. Зачерпнешь им из моря, и вода, просачиваясь сквозь материю, будет стекать в кружку уже чистой, пресной, вкусной: всю соль поглотят иониты, из которых сделана ткань…

А вот что еще умеют полимеры.

Ни для кого не секрет, что обычное сито, пропуская мелкие крупицы, удерживает крупные. Но далеко не все знают, что есть сита, в которых все получается наоборот: они пропускают большие частицы, а самые маленькие удерживают. Называются такие сита молекулярными, а предназначены они для просеивания… молекул.

Чудо-сито вовсе не похоже на то, через которое просеивают муку. Это порошок особого ионита. Каждая крошечная песчинка пронизана тысячами тончайших пор-каналов. Когда мимо этих песчинок течет раствор, мелкие молекулы или обломки их проникают в поры и задерживаются там. Отсюда их потом нетрудно извлечь. А вот крупные молекулы пробраться в поры не могут и проходят мимо вместе с раствором. Молекулярные сита работают на металлургических заводах, на химических комбинатах, в лабораториях ученых и помогают нам сберегать много времени и средств.

Современному химику, имеющему дело с высокомолекулярными соединениями, нередко приходится выступать в роли «портного» и сшивать молекулы друг с другом. Конечно, иглой здесь пользоваться нельзя, а нитками служат атомы. Изделие химиков-портных напоминает сеть: длинные параллельные ожерелья молекул соединены между собой короткими атомными перемычками. Кому нужны молекулярные сети? Нам с вами, потребителям химической продукции. Несминаемость тканей, нерастворимость и жаростойкость полимеров, эластичность или твердость пластмасс — все это результат сшивки молекул.

Итак, полимеры — это вещества, молекулы которых состоят из длинных углеродных цепей. Поэтому их вырабатывают из богатых углеродом нефти, природного газа, угля. Но не только углерод способен образовывать длинные молекулярные цепи. Известны природные полимеры, состоящие из кремния — элемента, слагающего скалы и камни. Каждый из нас хорошо знаком с этими каменными полимерами. Обыкновенный песок — один из них. В песке трудно обнаружить что-либо родственное с теми высокомолекулярными соединениями, о которых мы все время говорили. И все-таки оно есть. Полимеры кремния особенно похожи на сшитые полимеры: их молекулы тоже образуют сеть. Правда, молекулярные нити песка не содержат углерода и состоят лишь из атомов кремния и кислорода. И сшиты они тем же кислородом.