Новости Библиотека Учёные Ссылки Карта сайта О проекте


Пользовательский поиск





предыдущая главасодержаниеследующая глава

Выигранное состязание

Начало переворота в «классической» органической химии - переворота, обусловленного усложнением науки о химической «архитектуре» молекул, теснейшим образом связано с историей синтетического каучука.

Как всегда бывает, поиски велись многими «экспедициями» в области неведомого и шли на параллельных курсах. Каждое из этих направлений заслуживает внимания, но, просматривая «корабельные журналы» экспедиций, по современным меркам оценивая их вклад в новую химию, мы с большим волнением и признательностью останавливаемся перед памятью создателя одной из тех современных областей индустрии, которые уже в наши дни, со всем своим производственным оснащением, со всеми технологическими приемами и со всеми своими блистательными перспективами, целиком вышли из лабораторий. Мы имеем в виду индустрию синтетического каучука.

Популяризаторы нередко предлагают нам вообразить современный мир без каучука.

Миллионы автомашин и самолетов, лишенных резиновой «обуви», были бы превращены таким способом в никчемную гору металлического лома. От потерявших всякую ценность водолазных, глубоководных и высотных приборов остались бы только одни остовы. Замерла бы вакуумная техника, установки для атомных исследований, производство осветительных устройств. Обнажились бы миллиарды километров ставших смертоносными электрических проводов... Что и говорить, картина не из веселых!

Быть может, такие умозрительные упражнения полезны, поскольку они помогают нам задуматься над универсальным значением обыкновенной резиновой прокладки. Но сама по себе фантастическая идея «мира без каучука» лишена всякого смысла.

Пусть бы даже не существовало тропической гевеи, разновидность которой мы, кстати сказать, охотно разводим дома под названием «фикус». Ее-то млековидный сок южноамериканские индейцы и назвали «као-чу», что означает «слезы дерева». Пусть бы не эта белая смолка завоевала мир уже в качестве резины, в которую она превращается после нагревания с серой. Наука должна была бы придумать что-нибудь подобное. Ведь так или иначе опекаемая наукой техника дня не просуществовала бы без материала, способного растягиваться и снова возвращаться к своему первоначальному размеру с прекращением растягивающих усилий, то есть без эластичных шин, камер, шлангов, амортизаторов, герметизирующих материалов, гибкой изоляции...

И действительно, такие материалы отнюдь не растительного происхождения (упругие, прочные и легкие, непроницаемые ни для воды, ни для газа и обладающие множеством других полезных свойств) были изобретены. Созданы десятки каучуков - это название стало нарицательным, - многие из которых построены даже из иных атомных составных частей, чем каучук натуральный. Таков, например, негорючий «каучук-саламандра». Вместе с ним мы вступаем в удивительный мир веществ, по бедности нашего словаря именуемых «органическими», хотя с природными органическими веществами их не роднит ничто, кроме внешней схожести строения и большой длины скелета их кремниевой молекулы...

Существование натурального каучука, добываемого из сока гевеи, только облегчило начало поисков.

Важнейшие находки на этом пути были сделаны в России, а реализованы в Советском Союзе.

Но в истории этих открытий мы найдем не только приятные воспоминания о головокружительном успехе страны социализма в созидании нового. Это также история утверждения важнейших научных идей.

Результаты труда ученых, коль скоро они обнародованы, принадлежат всему человечеству. Каждый вправе черпать идеи из этой нескудеющей сокровищницы, возвращая в нее свой вклад, большой или малый, смотря по росту и по силам. Тот, кто пришел позже, нагоняет проторенными путями. Это легче. Но, ступая только в чужой след и не прокладывая своих собственных новых путей, нелегко нагонять и совсем уже невозможно обогнать. Как бы бойко ни поспешал идущий позади, между ним и вожаком будет сохраняться какая-то неизбежная «дистанция отставания».

Но разве нельзя понадеяться на удачу? Вдруг повезет, и открытие новых явлений, неведомых дотоле свойств вещества, не познанных ранее закономерностей позволит сразу вырваться вперед.

Да, так бывает. Но насколько же вероятнее, что натолкнуться на новое удается тому, кто идет впереди!

Задача поначалу рисовалась как повторение содеянного природой. Потому-то воссоздаваемый в пробирке каучук и назывался искусственным, что он не противополагался естественному, а как бы стремился воспроизвести его.

Состав молекулы натурального каучука был распознан довольно давно. Еще в 1826 году знаменитый английский физик Фарадей установил, что «слезы гевеи» - это не что иное, как углеводороды. Он же определил соотношение атомов этих элементов в молекуле каучука.

То, что не удавалось в последующие полсотни лет десяткам исследователей, довелось осуществить французскому химику Густаву Бушарда. Медленно нагревая натуральный каучук, он выделил из него небольшое количество бесцветной жидкости с резким запахом. Это был углеводород изопрен, каждая молекула которого состоит из пяти атомов углерода и восьми атомов водорода. Под воздействием крепкой соляной кислоты из этой жидкости выделились и выпали на дно хранящей ее трубки хлопья, обладающие главным свойством каучука - упругостью. Таким образом, Бушарда существенно продвинулся на пути к манившей его цели - созданию искусственного каучука, хотя, казалось, только безумец мог радоваться превращению литра первоклассного натурального каучука в стакан сомнительных искусственных хлопьев. Это напоминало сказочную мену коня на иголку.

Но действительный смысл открытия был шире его временных рамок. Искусственный каучук надо было получать, разумеется, не за счет порчи натурального, а из каких-то дешевых и доступных исходных продуктов. Принадлежность изопрена к углеводородам указывала направление исканий.

За кажущейся простотой строения углеводородов, как мы уже видели, скрывается великое разнообразие возможных сочетаний небольшого, казалось бы, количества разновидностей атомов, входящих в состав этих молекул. Столь характерные для углеводородов цепочки углеродных и водородных атомов могут различаться как по числу углеродных атомов, так и по форме цепи - прямой, разветвленной или замкнутой. При этом атомы углерода могут быть связаны между собой одной или несколькими связями. Как именно осуществится эта связь - совсем не безразлично! Вот открытая цепь, в которой каждая пара углеродных атомов связана только одной связью. Так построен свечной парафин. Двойные связи между углеродными атомами характерны для этилена - первоосновы спирта, глицерина и их производных. Углеродные атомы, соединенные попарно тройными связями, отличают ацетилен, применяемый не только для автогенной сварки и резки металлов, но и в производстве уксусной кислоты, пластических масс и других веществ.

Как уже говорилось ранее, тончайшее искусство химика-органика состоит в том, чтобы нащупать слабые места в насыщенной, а потому косной, инертной молекуле, найти способы разорвать ее, суметь по-иному срастить обломки, удлинить цепи или замкнуть их в кольца, чтобы получить, например, особо ценные циклические углеводороды, к которым относятся бензол и толуол, служащие источником производства красок и лекарств. Подобные операции приходится осуществлять с массами веществ, измеряемыми тысячами и миллионами тонн, и совершать их быстро, чтобы производство оправдывалось во времени.

В России эта тонкая «инженерия невидимого», требующая проникновения не только в «архитектонику», но и в сложную механику сцепления молекулярных систем, развивалась в творчестве великолепных школ бутлеровских учеников Зелинского и Фаворского.

Вот почему, когда под влиянием новых промышленных запросов приобрела большую остроту проблема создания искусственного каучука, русская наука не только без промедления откликнулась на этот призыв техники, но и выделила из своей среды главного героя предстоящей эпопеи.

Этим героем, по своим внешним данным мало соответствующим такому громкому и победному званию, оказался Сергей Васильевич Лебедев.

В альбомах и на полотнах народного художника РСФСР, недавно скончавшейся Анны Петровны Остроумовой-Лебедевой, сохранились беглые и, может быть, поэтому особо схожие с оригиналом зарисовки ее мужа: в лаборатории, среди природы, за книгой. В некоторых из них мелькают черточки, которые заставляют вспомнить поздние портреты Чехова: совсем разные лица, хотя и с одинаковыми, аккуратно подстриженными бородками. Но главное - общая для обоих сосредоточенно-страстная серьезность и в то же время детская открытость взгляда. Та же изящная непринужденность и естественность в каждом повороте головы, в каждом движении нервных рук. То же отсутствие какой бы то ни было позы, рассчитанной на стороннего наблюдателя.

Жизнь Сергея Васильевича Лебедева складывалась как подвиг, прежде всего труженический. В мире науки это не исключение, а правило. Сколько-нибудь заметный след может оставить только ученый, способный к неустанному, последовательному, всепоглощающему и самоотверженному труду. Впрочем, это в равной мере относится и к литературе и к разным видам искусства. Во всяком случае, Анна Петровна именно так понимала обязанности, налагаемые ее художническим призванием.

Три в разное время вышедших тома ее автобиографических записок, заканчивающихся эпизодами ленинградской блокады в годы Великой Отечественной войны, - это на три четверти географический комментарий к ее произведениям. Замечательная пейзажистка, чье художественное наследие хранят лучшие картинные галереи Союза, в путешествиях была неутомима и ненасытна. Сергей Васильевич сопровождал ее, когда нездоровье насильственно отрывало его от лаборатории. Созерцание ее неистовой работоспособности приносило слабое утешение в его вынужденном бездействии. Впрочем, и оно было относительным. «Сергей Васильевич не умел скучать, - рассказывает Анна Петровна Остроумова-Лебедева в своих «Записках». - Обладая с детства исключительной наблюдательностью, он то разбирал на части какой-нибудь цветок, то наблюдал за букашками, в траве, а то просто лежал. И я думала, что он спит, а он вдруг вынимал записную книжку и быстро записывал химические формулы. Его и там не оставляли мысли о химии».

Сергей Васильевич не знал отступления от того, что он считал своим долгом. Не будучи ни революционером, ни борцом по натуре, с детских лет стремясь к тихим занятиям наукой, Лебедев не задумался примкнуть к товарищам во время студенческих волнений, хотя последовавшие за этим арест и высылка ставили под удар все его мечты. И действительно, хотя он блестяще защитил дипломную работу, выполненную под руководством Фаворского, и окончил химический факультет с отличием, его не оставили при университете.

После недолгих мытарств в лаборатории мыловаренного завода - легко представить себе, что это была за химия! - Лебедев очутился в комиссии по исследованию рельсовой стали, работавшей при Институте путей сообщения. Невелик был выбор у химика в старой России...

Хотя по своей химической природе рельсовая сталь весьма далеко отстоит от непредельных углеводородов, которыми Лебедев увлекался у Фаворского, ученый не отступал от своего железного правила: любую работу, за которую взялся, выполнять, как главное дело своей жизни. В его мягком характере неожиданно проявилась поистине стальная воля. Кстати, итог этих больших усилий в полной мере оценило жюри Международной выставки в Милане, присудившее молодому химику золотую медаль за проведенные им в течение двух лет исследования.

Этот случай не составил исключения: даже когда Сергей Васильевич на досуге (в голодные годы послевоенной разрухи) выращивал репу, она удостоилась стать экспонатом Всероссийской сельскохозяйственной выставки...

Побывав по мобилизации в армии и вернувшись по окончании русско-японской войны к обязанностям лаборанта отделения технической и аналитической химии Петербургского университета (и этот скромный пост лишь с огромным трудом удалось выхлопотать для него друзьям), Лебедев с жаром отдался любимой науке. Уже через год он докладывал в Русском химическом обществе результаты своих работ, значительность которых приводит в изумление нынешних биографов. Он изучал в то время способы удлинения, наращивания определенного вида углеводородных молекул. В своем сообщении он доложил о получении таким способом каучукоподобного вещества из весьма нестойкого газа дивинила - ближайшего родственника изопрена. Кстати сказать, присутствовавшие на заседании видные химики, отдав должное усердию исследователя, были настолько далеки от действительной оценки содержания доклада, что оно осталось незафиксированным даже в протокольной записи заседания Общества. Там сохранилось только сухое упоминание о сообщении.

Лебедев нисколько не был обескуражен. Он видел дальше, чем те, кто ему подчас небрежно внимал. Эта редкая способность по нескольким перышкам гадкого утенка угадать в нем будущую Царевну Лебедь не только была достоянием большого и целеустремленного ума, но и следствием огромного творческого оптимизма. Обладая таким драгоценным качеством, Лебедев раньше других смог увидеть в особенностях труднодоступного, непокорного и неудобного для изучения дивинила залог большого будущего не только одной конкретной увлекшей его проблемы, но и всей химии.

В работах Лебедева получали развитие и углубление знания химиков о процессах, которые ныне приводят к созданию новых сотен классов высокомолекулярных веществ, открывают все новые и новые источники получения искусственных полимеров. Вот тут-то мы и подходим к реакции полимеризации, одному из первых и очень важных методов получения различных высокомолекулярных веществ.

Самый принцип полимеризации несложен (впрочем, ровно постольку, поскольку мы говорим лишь о схеме, а не о его реальном осуществлении). Для полимеризации наиболее подходят низкомолекулярные вещества, содержащие в своих молекулах так называемые двойные связи.

Почему именно двойные?

Да потому, что одна из химических связей малопрочна. И действительно, одна связь очень легко переходит к другим атомам. Для этого нужно лишь их несколько активизировать. Химики говорят, что такая молекула исключительно реакционноспособна, то есть легко вступает в химическое соединение. А поскольку вторая «рука», которой, фигурально выражаясь, держатся друг за друга углеродные атомы, весьма легко обрывается под действием света, тепла (в опытах Лебедева это происходило под действием катализаторов), она приобретает свободу, но при этом будет хватать своих соседей, ибо каждый сосед также имеет свободную «руку». Устойчивым же является состояние «крепкого рукопожатия». Таким образом, встречаясь между собой, отдельные молекулы, у которых имеются свободные «руки», точнее говоря свободные связи, образованные за счет разрушенных двойных, легко соединяются между собой и «взаимным рукопожатием» скрепляют новую связь. В результате получается, что низкомолекулярные соединения, имеющие двойную связь, превращаются в длинные цепи, состоящие из очень маленьких повторяющихся звеньев.

Почему это так важно? Казалось бы, что тут особенного? Ну еще один прием изменения структуры молекул!

Эта видимая простота обманчива. Она подкупила па первых порах даже Менделеева, когда он в молодости ненадолго занялся органической химией. Его тоже поразила простота самого задания, которое ставила перед собой в то время органическая химия: формировать сравнительно небольшие молекулярные «постройки» из ограниченного набора атомных «кирпичиков», или «блоков», посредством весьма немногих характерных реакций. Химическая формула простейшего полимера, вероятно, самый простой шифр на свете. Читать его может быстро научиться даже ребенок.

На самом деле здесь все гораздо сложнее. Переход от молекул-карликов к молекулам-гигантам - не просто переход от одного химического вещества к другому. Даже при сохранении возможно более полного химического «подобия» отдельных звенышек-мономеров, образующих длинную цепь, само по себе удлинение цепи сопровождается своеобразным «скачком» в свойствах полученного материала. Вот простейший пример подобного перехода.

Большинству людей так или иначе приходится сталкиваться с газом, именуемым в химии метаном, - тем самым «болотным газом», который образуется в гниющем иле на дне болота и время от времени поднимается кверху пузырьками, лениво лопающимися на поверхности. Из метана в основном состоит природный газ, который мы сжигаем в газовых плитах. По своей химической характеристике метан - предельный углеводород, первый в ряду этого класс веществ, получивших название предельных потому, что все свободные валентности углерода в них «до предела» заполнены, или, как обычно выражаются химики, насыщены. Метан превращается в жидкость при весьма низкой температуре (около 180 градусов). Отсюда ясно, почему при нормальном атмосферном давлении метан - газообразное вещество.

Посмотрим, как можно перейти от метана к его ближайшим родственникам - углеводородам того же ряда. Такой переход осуществляется посредством увеличения длины молекулы каждый раз на один углеродный атом. Так как у метана всего один углеродный атом, к нему добавляется один, два, три атома и таким образом начинает строиться цепь. К моменту, когда в молекуле накопится пять таких атомов, мы уже перейдем к жидкости, таков, например, пентан и другие углеводороды, содержащиеся в бензине, керосине и минеральных маслах. Начиная примерно с двенадцати-пятнадцати угледородных атомов, мы вступаем в область твердых углеводородов. Продолжая увеличивать число атомов, вводимых в молекулу, скажем, до двадцати-тридцати, мы получаем твердый, сравнительно низкоплавкий парафин.

Никаких принципиальных отличий по сравнению с его прапрадедом метаном мы в нем не обнаруживаем. Если бы нам удалось наблюдать метан в замерзшем состоянии (что по техническим причинам не так просто осуществить), мы увидели бы такой же кристаллизованный углеводород. Отвердевший метан и парафин различаются степенью растворимости, точками плавления (углеводород с тридцатью пятью атомами в цепочке плавится при значительно более высокой температуре), но никакого качественного скачка при переходе от одного углеродного атома в молекуле к тридцати, сорока и даже к ста мы не обнаружили бы. В конце концов, мы придем к более высокоплавкому, но по-прежнему кристаллическому веществу, хрупкому, сравнительно легко растворимому.

Но когда мы нагружаем молекулу тысячами звеньев, в основе каждого из которых лежат атомы углерода, и молекулярный вес начинает достигать восьми-девяти тысяч, мы вдруг обнаруживаем резкие и весьма характерные изменения. Высокомолекулярные, как мы уже их назовем, дальние родственники метана будут принципиально отличаться от своих более низкомолекулярных собратьев, и прежде всего тем, что в них начнет проявляться эластичность. От хрупких углеводородов мы переходим к веществам, по свойствам напоминающим резину. Наоборот, при охлаждении такой резиноподобной массы она превратится в твердое и очень прочное стекло. Его можно раскатывать в тонкие пленки, что было совершенно невозможно сделать с парафином: парафиновая пленка не обладает прочностью, и с этой точки зрения ни один парафин не представляет практического интереса. В данном же случае мы получаем вещество, которое способно образовывать пленку высокой прочности, выдерживающую нагрузку порядка 200 - 300 килограммов на один квадратный сантиметр. Повышается и жесткость материала, его сопротивляемость растяжению. Словом, мы входим в совершенно новую область свойств. Это и есть область полимеров.

Сравнительно простыми приемами мы можем определить молекулярный вес частиц, слагающих любое обычное вещество. Судить же о молекулярном весе полимера весьма нелегко: ведь цепочки, из которых состоит полимерное тело, могут быть разной длины. Поэтому исследователь предпочитает говорить только о средней длине и соответственно среднем молекулярном весе. Впрочем, как мы увидим дальше, относительное содержание в полимере длинных и коротких цепей совсем не безразлично для качества материала. От преобладания либо тех, либо других зависят его механические свойства.

В какой момент мы перешагиваем границу между низкомолекулярными и высокомолекулярными веществами, определить очень трудно. Эта граница, как образно выражаются физикохимики, «размыта». Это значит, что между низкомолекулярными и высокомолекулярными веществами лежит интервал в несколько тысяч единиц молекулярного веса, грубо говоря - интервал, заключающий в себе вещества, у которых молекула слагается из нескольких тысяч атомов и больше. Но, как ни неопределенна эта граница, перешагнув через нее, мы вступаем в совершенно новую область, и поведение веществ неузнаваемо изменяется.

И это далеко нe частный случай. Такова общая закономерность.

Обратившись к совершенно другой области, к царству живой природы, мы легко найдем подобный же пример в растительном мире: переход от глюкозы к целлюлозе. После того как глюкоза широко вошла в медицинский обиход, всем стало известно это кристаллическое сахароподобное вещество, легкоплавкое, хорошо растворимое в воде. Важная составная часть многих видов нашей пищи, глюкоза входит в состав различных лекарственных препаратов. Но далеко не все знают, что высокопрочный материал, образующий основу «скелета» растений, многие ткани, древесину - целлюлоза, это не что иное, как слитые, лучше сказать соединенные в огромную цепочку многочисленные звенья глюкозы.

Между тем на первый взгляд как будто очень далеко от кристаллического, легкоплавкого, хорошо растворимого, сладкого вещества, хорошо усвояемого организмом, до жесткой и грубой основы древесины. И в данном случае свойства глюкозы и ее ближайшего родственника - тростникового сахара, представляющего, так же как и она, кристаллическое, легкоплавкое вещество, лишенное прочности, определяются тем, что оба они состоят из очень маленьких молекул. В «конструкции» же целлюлозы, представляющей собой высокопрочный материал, остатки глюкозы повторяются от многих сотен до многих тысяч раз. Если учесть, что молекулярный вес глюкозы 180, а целлюлозы - несколько миллионов, нетрудно представить, сколько раз в единице длинной цепочки целлюлозы повторяется молекула глюкозы, иначе говоря, сколь высока степень полимеризации целлюлозы.

Мы подошли, таким образом, к тому, что ученые называют степенью полимеризации, - к повторяемости маленьких звеньев в длинной цепочке молекулы. Но сейчас мы ограничивались лишь описанием самого факта, не вдаваясь в причины резкого скачка, которых коснемся дальше.

Замечательной особенностью Лебедева было то, что он, обладая исключительной широтой химического кругозора, сумел с первых же шагов по достоинству оценить принципиальную особенность реакции полимеризации, в которой до него многие химики-практики усматривали лишь досадную помеху для своих работ, когда внезапно засмаливались аппараты или соединительные трубки...

С проницательностью таланта в Лебедеве сочеталась поразительная скромность, в которой не было, впрочем, и следа самоуничижения.

Когда 7 апреля 1913 года Сергей Васильевич защищал свой капитальный труд по углеводородам в качестве магистерской диссертации, жена, исполненная при всей вере в мужа неосознанного внутреннего беспокойства, несколько раз спрашивала его:

- Хороша ли твоя работа? Доволен ли ты ею?

- Ничего, - отвечал он и отворачивался, чтобы скрыть улыбку удовлетворения.

Его скромность основывалась на высоком уважении к товарищам по научному поприщу. Как хорошо сказал англичанин Бернал в своей книге «Наука в истории общества»!

- Люди, как бы сильно они ни были воодушевлены, не выполняют свою работу в одиночку. Прогресс в науке достиг своих вершин тогда, когда известные группы людей уже работали активно сообща в своей области науки.

Фундаментальный труд, опубликованный в том же 1913 году и через год, удостоенный Большой премии Российской Академии наук и почетной золотой медали, Лебедев открыл историческим очерком, в котором с фанатической тщательностью собрал имена всех ученых, когда-либо приложивших руку к исследованию углеводородов того класса, который он изучил. Изучил, кстати сказать, настолько исчерпывающе, что мимо его работы не может пройти и сейчас ни один деятель науки, который хочет получить наиболее точные данные о преобразованиях 20 различных углеводородов с двойными связями, включая и дивинил, способный превращаться в каучук.

И в дальнейшем Лебедев с той же рыцарской непоколебимостью отмечал каждое индивидуальное достижение своих сподвижников и помощников. Он умел радоваться их успехам, этот «целеустремленный, весь ушедший в работу, сдержанный и замкнутый» человек, каким его рисует многолетняя соратница и друг Анастасия Иосифовна Якубчик, рассказывая о том, как с этим задумчивым и всегда самоуглубленным руководителем легко и радостно было работать.

Он не делил на части ни свое творчество, ни свою единственную большую любовь. Когда на одном из дружеских чествований кто-то из выступавших нашел в одном из его трудов, помимо научной значимости, большую красоту, «удивительное равновесие, краткость и точность формы», он улыбнулся в сторону жены и сказал:

- Если вы находите эти качества в моей работе, то благодаря Анне Петровне - в ее искусстве я этому всему научился.

Тогда она только вспыхнула, а позже признавалась:

- Это была самая большая награда, полученная за всю мою жизнь.

«Идет процесс творчества, - писала художница в своем дневнике, не отделяя уже себя от мужа. - Оно есть движение. Оно также сопровождается удовлетворенностью, радостью, но другого порядка, чем радость созерцания... Надо работать... Надо работать...»

Эти два слова были пламенным и неукротимым девизом обоих.

Для Лебедева в этих двух маленьких словах - «надо работать» - сконцентрировалось огромное содержание. Речь шла отнюдь не об одних только лабораторных работах. Без искусственного каучука не могла обойтись страна, не просто в одиночестве, а во враждебном кольце строившая новое общество.

В 1928 году, когда восьмерка отважных советских искателей с тревогой и надеждой в торжественном молчании открывала сосуд лабораторной установки, где «дозревал» первый блок золотистого, полупрозрачного искусственного каучука, капиталистический мир, управляемый курсами акций, только-только перестала трясти каучуковая лихорадка. Сравнительно недавно улеглась паника, вызванная внезапно обнаружившимся катастрофическим несоответствием между вздымающейся вместе с ростом автомобилестроения потребностью в каучуке и запасами дикорастущих каучуконосов. Заложенные под тропиками молодые плантации каучуковых деревьев успели подрасти, и в то время как в 1900 году было добыто всего 4 тонны плантационного каучука, к 1928 году его производство подскочило до 617 тысяч тонн! В первом приближении рынок каучука был поделен между главными империалистическими хищниками.

Но «каучуковое равновесие» охватывало только капиталистический мир. Что касается Советского Союза, наделенного в достатке всеми мыслимыми природными богатствами, кроме разве диковинок тропической флоры, то, сравнительно легко мирясь с отсутствием на своих бескрайных просторах кофейного дерева, он с глубоким беспокойством отмечал крайне опасную зависимость от заграницы в отношении такого важного стратегического материала, как каучук.

- Если, скажем, завтра грянет война и прекратится ввоз каучука из-за границы в нашу страну, - говорил Сергей Миронович Киров бакинским коммунистам и рабочим в 1930 году в одной из своих речей, - мы окажемся в очень затруднительном положении... Каучуковая проблема должна быть решена...

В это время она уже решалась...

Ведь тревога, которая так отчетливо обозначилась в речи Кирова, ощущалась давно. Еще в 1918 году, тотчас после своего образования, Высший Совет Народного Хозяйства собрал крупнейших русских химиков и поставил перед ними вопрос: как быть? Нужен каучук.

Сергей Васильевич Лебедев к тому времени был избран профессором Военно-медицинской академии по кафедре общей химии. На этой знаменитой кафедре он был преемником еще двух корифеев отечественной науки, Николая Николаевича Зинина и Александра Порфирьевича Бородина. С приходом Лебедева кафедра испытала новый расцвет.

Особенно радикальные изменения претерпела лаборатория. Ее руководитель, как вспоминают ученики, «не жалел времени на сборку приборов и был очень остроумным конструктором и искусным мастером в этом деле». С большой ловкостью он выполнял работы стеклодува, механика и монтера. Быть такими же «рукастыми» учил и своих учеников.

- Хороший химик, - говаривал он, - должен все уметь, чтобы не быть беспомощным у себя в лаборатории.

Ни сам Лебедев, ни руководители академии нисколько не были смущены тем, что размах, приданный оснащению лаборатории, далеко превосходил скромные цели преподавания химии будущим военным медикам. Ученый должен творить там, где он работает, и в полную меру своих сил! Если бы всегда руководители любого ведомства думали о создании необходимых для этого условий!.. Ведь всякий раз, когда они умеют воспарить над стенами своего дела, новые родники человеческой энергии вливаются в поток научного творчества страны. Это происходит ныне на наших глазах в реорганизованной советской промышленности.

Дальновидная стратегия Лебедева, поддержанная Высшим Советом Народного Хозяйства, где химией руководил выдающийся революционер и талантливый ученый Лев Яковлевич Карпов, оправдалась в полной мере. Тот факт, что лабораторию Лебедева украшала традиционная эмблема врачевания - змея, обвившаяся вокруг лекарственной чаши, не помешал успешному завершению развернувшихся там поисков искусственного каучука. Продолжая исследования превращений углеводородов, Лебедев и его помощники восстановили недостававшее звено: разработали способ получения дивинила из спирта. Спирт не был ни самым дешевым, ни самым удобным сырьем, но потому времени самым реальным. На получение его можно было рассчитывать немедленно.

А обстоятельства складывались так, что всякое промедление было действительно смерти подобно. Лебедев прочитал предупреждение об этом между строк обыденного на первый взгляд объявления, которое в 1926 году появилось в газетах Советского Союза и облетело чужедальние края. Это было сообщение о мировом конкурсе на промышленный способ получения искусственного каучука, объявленном Высшим Советом Народного Хозяйства.

Лебедев понял, что час испытания настал. Дело всей его жизни переплелось с судьбами страны. Сейчас уже нельзя было ни откладывать, ни раздумывать. Он принял вызов, собрал вокруг себя крохотный отряд энтузиастов. И под эгидой все той же Военно-медицинской академии, которая может с полным правом гордиться этой неожиданной страницей в своей большой истории, они приступили к работе.

Изыскания продолжались два года. Многие месяцы неустанного напряжения, разочарований, отчаяния, новых надежд! Отдавая дань предрассудку ученой обособленности, Лебедев не обращался ни за какой помощью «до тех пор, пока не будет ясен успех работы», как свидетельствовал один из его молодых сотрудников того времени. Сам Сергей Васильевич помогал всем. Он был вездесущим и незаметным гением каждого участка работы. Начиная опыты, его сотрудники больше всего боялись услышать печальную и беспощадную оценку - огорчительное словечко «нехорошо!» - единственный приговор, которым он сопровождал неудачу.

Успех обозначился лишь к середине 1927 года. Он должен был быть закреплен не только подробнейшим описанием заводского способа полимеризации дивинила, но и двухкилограммовым образчиком уже полученного в лаборатории этим способом вполне пригодного для технических целей каучука.

1 января 1928 года истекал срок конкурса. А вечером 30 декабря Сергей Васильевич еще только заканчивал описание процесса изготовления каучука.

Он передавал листочек за листочком Анастасии Иосифовне Якубчик, которая спешила их переписывать. Другие участники работы, Волжинский и Слободин, упаковывали толстый кусок синтетического каучука, «формой напоминавшего коврижку, а цветом похожего на липовый мед». Эта образная зарисовка явно принадлежит перу художника. Анна Петровна с волнением следила за тем, как «коврижка» упаковывалась в небольшой ящик, и один из сотрудников Сергея Васильевича в последнюю минуту с риском опоздать на поезд помчал его в Москву.

Лебедевский способ получения искусственного каучука, наиболее простой по сравнению со всеми другими, в том числе и с применявшимся в Германии во время блокады 1915 года, победил не только в соревновании, срок которого истекал 1 января 1928 года. Когда в декабре 1941 года над «Жемчужной гаванью» - Пирл-Харбором взметнулось пламя пожаров, вызванных бомбами японского воздушного флота, Америка оказалась отрезанной от плантаций натурального каучука. Для спасения страны понадобилось организовать в крупном масштабе производство искусственного каучука. Для этого опять-таки был выбран дивинил.

Но вернемся к истории создания отечественного синтетического каучука.

Разворот событий, связанных с работами Лебедева и его школы, произошел так неожиданно, что даже «бог» американского изобретательского гения Томас Альва Эдисон был застигнут врасплох. Великий изобретатель-опытник на склоне лет утратил беспощадную строгость суждения, так часто выручавшую его в прошлом. Предвзятость затмила его старческий взор. «Из собственных моих опытов и опытов других, - заявил он, - ясно, что вряд ли возможно получение синтетического каучука вообще, особенно в России, где исходные материалы обходятся дорого».

Впрочем, не один Эдисон облегчал себе душу неверием. Лебедев после смерти Карпова настолько не был избалован признанием своих успехов со стороны научного и инженерного окружения, что когда перед ним предстал посланец Кирова Григорий Васильевич Пеков, отрекомендовавшийся как будущий руководитель строительства опытного завода для производства синтетического каучука по его методу, Сергей Васильевич учинил ему строжайший допрос: верит ли он в возможность получения синтетического каучука в заводском масштабе?! Бравый балтийский моряк оказался в трудном положении. За свою славную боевую жизнь ему еще ни разу не доводилось встречаться с мудреной химией. Все сведения о синтетическом каучуке, которыми он располагал, были почерпнуты из напутствия Сергея Мироновича.

Однако он вышел из затруднения с честью: выслушал простые понятные разъяснения, ощутил искреннюю доброжелательность собеседника, его непоколебимую убежденность и всей душой солдата и коммуниста поверил в Лебедева. Во многих отношениях это было поважнее, чем знание химических формул...

В критический момент инженеры, собиравшие аппаратуру завода, заколебались. Уж очень опасным представился им незнакомый процесс. И в самом деле, на живую нитку смонтированные баки с горючими составами, жгучий, предельно агрессивный металл натрий - катализатор, который приходилось загружать вручную, - все это действительно напоминало бочку с порохом, над которой полыхал факел. Поэтому инженеры под всякими предлогами оттягивали решающий момент пуска завода. Вот тогда-то Пеков - морская душа - ударил по столу кулаком; презрительно негодуя на слабовольных «спецов», он принял всю ответственность за возможные неприятности на себя. В то время как Лебедев самолично проверял все опасные узлы процесса, Пеков, как комиссар в бою, поднимал оробевших.

Когда накопилось достаточно дивинила, аппарат, где этот углеводород должен был превратиться в каучук, загрузили натрием...

Процесс пошел, однако, далеко не сразу...

«Первые наши неудачи очень волновали Сергея Мироновича Кирова, - вспоминал впоследствии Пеков это трудное время. - Днем и ночью по нескольку раз в сутки звонил он мне, когда наступили напряженные, волнующие дни: быть или не быть советскому каучуку (Сергей Васильевич Лебедев нас успокаивал и говорил, что каучук будет)».

...Вот уже получен первый удачный блок синтетического каучука - 250 килограммов! Киров шлет горячие поздравления. Завод открыт! Однако синтетическому каучуку нужно еще преодолеть консерватизм резинщиков. Ведь для них новый продукт - это не больше, чем суррогат. И сотрудники завода собирают на свалке оборудование, выброшенное с завода «Красный треугольник» за полной устарелостью, ремонтируют его и сами выпускают из нового каучука покрышки для автомобилей, шьют макинтоши из ими же прорезиненной ткани, клеют галоши. Это была необходимейшая пропаганда делом, и Лебедев не тяготился подобными, казалось, совсем не обязательными для ученого хлопотами. Вместе с тем, по свидетельству Пскова, он «не терпел никакого шума вокруг достигнутых им и его сотрудниками успехов».

И когда правительство с размахом, свойственным стране социализма, приняло решение о создании новой отрасли промышленности, а Лебедев был награжден орденом Ленина, он скромно говорил, что высшая награда для него - это участие в увлекательном процессе развертывания производства синтетического каучука. «Величайшее счастье, - писал он, - видеть свою мысль, превращенную в живое дело такой грандиозности».

Что касается масштабов этой работы, которая была предпринята по решению Советского правительства, то никакие самые красноречивые цифры не смогут дать о них полного впечатления, если мы не сумеем представить себе современный завод синтетического каучука. Вот почему необходимо совершить хотя бы коротенькое путешествие туда, где научная идея получила техническое воплощение. Идея, которая сама по себе, особенно в популярном изложении, опять-таки может показаться совсем простенькой и немудрящей.

Какая такая особенная сложность, может подумать любой далекий от практической химии читатель, в наращивании молекул, в соединении пли, наоборот, расщеплении их звеньев?

Иллюзии простоты этой химической задачи разлетаются при первом соприкосновении с действительным ходом ее решения. Как ни элементарны сами по себе составные части молекулы, с которыми имеет дело химик, но так же, как одни и те же буквы алфавита, складываясь по-разному, могут образовывать различные слова, так и атомные «кирпичики» способны соединиться в самых разнообразных сочетаниях.

Синтезируя даже относительно простые вещества, химик должен заставить исходные атомы или готовые «блоки» атомов сочетаться только так, как ему нужно. И никак не иначе. Значит, он должен подобрать такие условия реакции, чтобы она обязательно пошла в задуманном направлении. Между тем в процессе соединения исходных веществ отщепляются отдельные электроны, «поврежденные» атомы становятся ионами (что по-гречески означает «блуждающий»). Так же как и остатки молекул, они могут способствовать течению реакции либо, наоборот, непоправимо искажать желаемый ее ход. Получившиеся в результате соединения продукты опять-таки могут быть устойчивы, а могут оказаться и нестойкими не только по отношению к внешним воздействиям, но также распадаться сами по себе, подобно некоторым взрывчатым веществам. Все это надо предусмотреть и учесть.

Часто только косвенные признаки сообщают химику о происходящем в пробирке. Отсюда значение новой науки - химической кинетики, пытающейся различить в мгновенной химической реакции отдельные звенья и каждое рассмотреть порознь, облегчая, таким образом, поиски способов управления химическими процессами... Научиться управлять ими - в этом главная трудность, встающая перед химиком тотчас после того, как поставлено условие задачи и теоретически, на бумаге, выписан желаемый ответ.

Как будто бы в сложности химической задачи можно найти оправдание тому, что старик Эдисон почел неслыханным и недостоверным чудом создание в России такой утонченной технологии, как технология искусственного каучука...

Но нет, не на пустом месте она возникла! На ярославском и воронежском пустырях выросли только коробки первых заводов «СК», а то, что их наполнило, создавалось, как мы уже видели, на отличной научной основе...

Еще одно обстоятельство (в недоучете которого повинен был отнюдь не один только Эдисон!) сыграло тут свою решающую роль.

Единое хозяйственное командование Советской страны располагало свободой оперативной концентрации тогда еще очень небольших материальных ресурсов. В соответствии с дальновидно понятыми государственными интересами нашлись необходимые ресурсы для оснащения заводов «СК», хотя они и не могли быть предусмотрены первоначальным планом пятилетки. Ведь успех лебедевской группы определился почти внезапно. К чести социалистического планового хозяйства, которое тогда еще только становилось на ноги, надо отметить, что для реализации этого научного успеха не было потеряно ни часа.

Но уже вовсе оставалось за пределами понимания даже самых прогрессивных по тем временам деятелей буржуазной науки главное - революционное воодушевление народа. Обусловленный им творческий подъем и совершил то чудо, в которое не поверил, было при всей своей прославленной проницательности один из творцов современной электротехники.

Грандиозность процесса зарождения новой производственной культуры восхищала и вдохновляла Лебедева. Научные работники, которыми он, собирая их поодиночке, комплектовал развертываемые тогда первые заводские научные лаборатории, не медля по совместительству, обучали начальной химической грамоте 250 студентов созданного при заводе техникума. А эти первые, только сойдя со студенческой скамьи, должны были стать практическими учителями следующих поколений рабочих. Так развивалась эта «цепная реакция». Так происходил мгновенный, если его прикинуть к неторопливым часам истории, взлет производственной культуры целого поколения. Невероятное уплотнение времени, фантастическое напряжение воли и ума - вот какое знаменательное и глубокое содержание продолжает для нас жить в сжатом лозунге, родившемся в памятные навсегда, бессонные сутки первых пятилеток: «Кадры решают все!»

Кадры молодых создателей промышленности искусственного каучука - а ведь это была сплошь зеленая молодежь! - постояли за себя. Один только Ярославский завод за 25 лет своего существования в несколько раз перекрыл проектную мощность, неизмеримо снизив начальный расход основного сырья по сравнению с нормами пускового периода.

Расширение поля отбора талантов сказалось в расцвете науки. Небывалая, впервые в мире созданная в Советском Союзе промышленность синтетического каучука имеет не только свои многочисленные заводы, удовлетворяющие многосторонние нужды автомобилестроения, авиации и других отраслей народного хозяйства. Она имеет и свою науку, причем настолько разветвленную, что охватить ее в одном очерке с тем углублением в подробности, с каким мы стремились рассказать о ее зарождении, уже не представляется возможным. Советский «СК» - это звучит не только гордо, но и многозначительно...

История советского синтетического каучука далеко не завершена, и подводить ее итоги еще рано. Можно сказать больше: сейчас только и начинается настоящий разворот событий. Каждый день приносит что-нибудь новое с многочисленных фронтов, на которых идет битва за синтетический каучук.

- Позвольте! - возразит читатель. - Синтетический каучук производится отечественной промышленностью в количествах, полностью удовлетворяющих нужды автотранспорта, авиации и других отраслей техники, которые в нем нуждаются. О какой еще битве может идти речь?

Но в том-то и дело, что в нашем обществе потребности никогда не застывают на одном уровне. Они не только непрерывно растут, но и усложняются, наталкивая ученых на новые и новые искания.

Каучук, получаемый по способу Лебедева, - это так называемый каучук универсального назначения. Основная его масса расходуется на производство автомобильных шин. А насколько значительна эта масса, поясним примером: на изготовление одного комплекта шин для легкового автомобиля «Москвич» расходуется 24 килограмма каучука. Грузовой автомобиль «ЗИЛ-150» требует для той же цели уже 160, а новый сорокатонный самосвал «МАЗ» - 1879 килограммов! Поэтому затраты каучука только на изготовление автомобильных шин измеряются сотнями тысяч тонн. Исходным сырьем для этого грандиозного производства служит, как мы видели, спирт, получавшийся до недавнего времени главным образом из пищевого сырья. Поэтому для такой крупномасштабной отрасли химической технологии, как производство «СК», особенно настоятельно звучало требование майского Пленума ЦК КПСС 1958 года о расширении сырьевой базы химии, прежде всего за счет высвобождения пищевого сырья. В этом направлении были проведены большие работы.

Наиболее перспективным сырьем для производства «СК» являются природные горючие газы, а также газы, выделяющиеся при переработке нефти.

Огромное количество этих газов - этилена, пропилена, бутилена - скапливается на нефтеперерабатывающих заводах. Еще несколько лет назад эти газы сжигались. Из окна электрички, проходящей, скажем, мимо бакинских нефтеперерабатывающих заводов, можно было видеть, как днем и ночью пылают громадные газовые факелы. Теперь они погасли. Зато озарился электрическими огнями. Сумгаитский завод синтетического каучука - первый в Советском Союзе завод, где получают «СК» из нефтяного сырья.

Но у этого производства есть существенные особенности. Полученный здесь дивинил (или бутадиен) поступает на полимеризацию одновременно со стиролом - бесцветной жидкостью с резким запахом. Под действием катализатора стирол полимеризуется вместе с бутадиеном - сополимеризуется, как говорят химики. Образующиеся сополимеры обладают более высокими качествами, чем чисто бутадиеновые каучуки.

Еще Лебедев усиленно работал над получением дивинила из нефтяных углеводородов и достиг больших успехов.

Почему же он сразу не стал на этот многообещающий путь?

Потому что это гораздо более сложный процесс, и развертывание промышленного производства на его основе могло задержаться. А медлить было нельзя. Кроме того, по тем временам нефть была более дефицитным сырьем, чем спирт. Только сейчас нефтяные реки, вызванные к жизни славными пятилетками, родившими и «Второе Баку» и множество других месторождений, могут «напоить» и производство «СК».

Глубокие исследования строения и свойств сложных молекул, из которых состоит каучук, и механизма их формирования привели к расширению горизонта самой науки о «больших молекулах» и одновременно ознаменовались полным переворотом в производстве «СК». Великолепная лебедевская традиция - сочетание высокой научности в поисках новых путей и практической устремленности добытых таким образом результатов - по-новому проявилась в работах молодых советских ученых, перевернувших все наши представления о том, что такое новый, небывалый материал «второй природы», как с ним обращаться и чего от него можно ждать и требовать.

Без всяких претензий на шутку, я думаю, что гениальному американскому изобретателю Томасу Альва Эдисону очень не хватало знакомства не только с Григорием Васильевичем Пековым и Сергеем Васильевичем Лебедевым, но и с их последователями, показавшими, на что способен социалистический союз науки и труда.

Союз этот креп и мужал, закаляясь в цехах новостроек.

Наука, как мы видели, прочно поселилась на самом производстве «СК». Постоянная, органичная связь производства с наукой помогает оттачивать заводскую рецептуру, быстро внедрять технологические новинки. Но сегодня этого мало.

Наука прокладывает для производства принципиально новые пути.

В этом сегодня ее главное значение.

Только-только налаженное производство синтетического каучука не избежало «детских болезней», какие довелось переживать многим другим гениальным изобретениям на пути к промышленному осуществлению. Скажем, первые автомобили создавались как шарабаны с мотором вместо лошади. Первые партии пенициллина медленно выращивались в громоздких чанах с питательной смесью. Первые блоки промышленного «СК» также «вызревали» в автоклавах один за другим, с тягостными, иногда двухнедельными, интервалами, которыми отделялось каждое повторение цикла. И, подобно тому, как автомобиль новой формы, отвечающей его скоростному бегу, стал на конвейер, а производство пенициллина из неуклюжих чанов было перенесено в мельчайшие непрерывно разбрызгиваемые капли бульона, в которых грибок прорастал на лету, создавая необходимую концентрацию пенициллина внутри каждой капли за то время, пока она, медленно оседая, достигала дна высокой башни-цистерны, так и производство «СК» неизбежно должно было индустриализоваться, перейти на поток.

На поток - в буквальном смысле слова. Революционизировавшая производство «СК» идея получила путевку в жизнь в Центральной лаборатории Ярославского завода - первенца промышленности «СК», именно как идея формирования больших молекул каучука в непрерывно текущей жидкости, в эмульсии, обрабатываемой по мере ее продвижения в аппаратах соответствующими возбудителями. Впервые она была обоснована в работах талантливого исследователя профессора Алексея Александровича Догадкина.

На Ярославском заводе были найдены условия, позволившие настолько ускорить процесс, что повышение выхода готового продукта на том же самом оборудовании было равнозначно постройке нескольких новых заводов. Это окупало затраты на оборудование самой заводской лаборатории, вероятно, в тысячи раз...

Лебедева к этому времени уже не было в живых: захворав во время служебной командировки в апреле 1934 года, он сгорел в течение нескольких дней. Неожиданная смерть ученого последовала 2 мая 1934 года, прервав его плодотворную работу в тот момент, когда были созданы наиболее благоприятные условия для претворения в жизнь его замысла.

У зачинателей и продолжателей линия была одна: лабораторию завода они рассматривали не как «пробирную палатку», не только как базу технического контроля, а как научный штаб дальнейшего технического наступления.

Наступление это было развернуто по всем правилам научной стратегии. Будь жив Лебедев, он бы порадовался и смелости замыслов и точности их выполнения. Смысл революционных предложений, вытекающих из серии научных исследований, предпринятых заводской лабораторией, сводился к тому, чтобы заменить медленное формирование монолитных блоков каучука непрерывным процессом образования удлиненных молекул этого полимера в жидкой эмульсии, которая позволяла гораздо более свободное с собой обращение. Производство переходило на поток на десять лет раньше, чем за границей.

Впоследствии Всесоюзному научно-исследовательскому институту синтетического каучука имени Лебедева удалось на еще более широкой научной основе настолько активизировать процесс формирования каучука, что тот пошел совсем без повышения температуры.

Проведение процесса полимеризации при низкой температуре способствует повышению качества получаемого каучука, в частности повышению его механической прочности. Однако понижение температуры приводит к значительному замедлению процесса полимеризации. Поэтому для практического осуществления низкотемпературной полимеризации необходимо было подобрать такую систему инициаторов, которая увеличивала бы скорость полимеризации при низких температурах. Такой системой явилась так называемая окислительно-восстановительная, состоящая из комбинации веществ, одно из которых является окислителем (например, перекись), а другое - восстановителем (например, двухвалентное железо). Применение окислительно-восстановительных систем резко ускоряет процесс эмульсионной полимеризации при низкой температуре.

Ныне известны многие разновидности синтетического каучука. На вопрос, - какой из них лучший? - трудно ответить по той простой причине, что каждая из разновидностей создавалась для удовлетворения совершенно определенных потребностей техники. Наиболее нефтестойкие бутадиен-нитрильные и хлоропреновые каучуки идут на изготовление изделий и деталей, предназначенных для работы в условиях неизбежного соприкосновения с маслами и растворителями. Там, где от каучука требуются качества хорошего электроизоляционного материала, лучше натурального оказывается сополимер изобутилена и изопрена (бутилкаучук) и полимер изобутилена. Каучуки, содержащие в своих молекулах серу - тиоколы или полисульфидные каучуки, - особо стойки к действию света, кислорода, озона, масел и растворителей, но механическая их прочность оставляет желать лучшего. В последние годы синтезированы новые каучукоподобные полимеры, которые получили название полиуретановых, или полиизоцианатных, каучуков. Они - продукт взаимодействия сложных полиэфиров-гликолей и дикарбоновых кислот с диизоцианатами. Шины из полиуретанового каучука, обладающего исключительно высоким сопротивлением истиранию, могут служить столько же времени, сколько и сам автомобиль.

Короче говоря, сейчас уже синтезировано множество полимеров, которые могут быть отнесены к разряду каучуков. Их объединяет одно общее свойство - высокая эластичность, порождаемая тем, что молекулы всех каучукоподобных полимеров изогнуты и свернуты в «клубки». Под действием растягивающей силы молекулы выпрямляются, а как только она перестает действовать, снова свертываются в клубки. Расшифровка «механизма» эластичности как бы развязала руки химикам, освободив их от необходимости ограничивать свои поиски теми путями, которыми «шла» природа.

Впрочем, этих путей все же полностью избежать не удалось.

- Кроме каучуков специального назначения, - так начал свой рассказ об этом интересном парадоксе современной техники один из научных руководителей Института высокомолекулярных соединений Академии наук СССР, Алексей Андреевич Короткое, - нам нужен каучук общего назначения, просто каучук!

И действительно, этот самый «просто каучук» необходим для изготовления и автопокрышек, и обуви, и грелок, и губок, и игрушек, и деталей машин. А самая лучшая обыкновенная резина изготовлялась до недавних пор из натурального каучука.

- Как видите, - продолжал ученый так интересно начатую беседу, - создалось странное положение: химики превзошли природу там, где перед ними ставились особо сложные задачи, но были не в силах состязаться с ней при решении, казалось бы, более простой - получения каучука общего назначения. Ученые здесь оказались похожими на незадачливых кондитеров, способных отлично приготовить пирожные, но не умеющих испечь самого обыкновенного хлеба.

Но, может быть, неверным путем шел в свое время Лебедев, избрав в качестве первоосновы «СК» - дивинил, а не изопрен, сравнительно простой углеводород, из элементарных звеньев которого «сшита» громадная молекулярная нить натурального каучука? Нет, Лебедев не ошибся в выборе. Недаром дивиниловые каучуки изготовляются сейчас во всем мире.

И дело не только в том, что изопрен гораздо труднее получить в промышленных масштабах. Если даже, не считаясь с затратами, приготовить синтетический каучук из изопрена, пользуясь для этого обычными методами, он не только не будет похож на природный, но окажется гораздо хуже дивинилового.

Но почему же? Ответ на это дала бутлеровская теория химического строения в современном ее виде. Изощренные методы изучения структуры молекул, которыми владеют в наше время химики, позволили установить тончайшие различия в строении отдельных звенышек изопрена - различия настолько незначительные, что они сказываются лишь на одном свойстве молекулы: на расположении в ней «свободных связей». Оказалось, что молекулы изопрена способны сочетаться между собой восемью различными способами. В природном же каучуке звенья изопрена всегда соединяются только одним способом.

Насколько это существенно, показывает следующий пример. Есть еще один природный полимер, молекулы которого состоят из изопреновых звеньев, - гуттаперча. Из нее вырабатывают клей и некоторые специальные изделия. Химический состав каучука и гуттаперчи одинаков. Физические же свойства различны. Каучук при комнатной температуре обладает упругостью, а гуттаперча твердая; из каучука можно приготовить высокопластичную резину, из гуттаперчи же удается делать лишь материал, подобный эбониту. Тщательное изучение строения молекул гуттаперчи показало, что в них изопреновые «звенья» соединены по иному, чем в каучуке, варианту. И этого уже оказалось достаточно, чтобы столь резко обозначились различия свойств каучука и гуттаперчи.

К слову сказать, и в дивиниловом синтетическом каучуке молекулы дивинила, способные соединяться друг с другом четырьмя различными способами, чередуются в цепях гигантских молекул совершенно случайно.

Следовательно, дивиниловый синтетический каучук отличается от природного не только составом, но и микроструктурой своих больших молекул. И это второе - мое важное. Именно оно объясняло тот факт, что ни одно «изделие» химиков не могло служить полноценным заменителем природного каучука. Столь же случайно связывались друг с другом молекулы изопрена, если процесс шел не в природе, а в химическом реакторе.

По остроумному замечанию Короткова, в любом синтетическом каучуке гигантские молекулы напоминают нити из раскрашенных бус, которые нанизал слепой человек.

Можно ли было надеяться на то, что «слепой человек» - химическая технология - прозреет и сумеет как бы брать молекулу в руки, поворачивать ее нужной стороной, как поворачивает человек раскрашенные бусинки, нанизывая их на нитку, и только после этого соединять с соседней, так же ориентированной в пространстве молекулой.

- Одно время казалось, что эта задача принципиально неразрешима, - продолжал ученый. - И в самом деле, очень трудно себе представить, каким способом можно заставить поворачиваться молекулы, какие условия реакции должны быть созданы для того, чтобы заставить их выстраиваться в определенном порядке, как на параде. Даже для дивинила не удавалось найти таких условий. Тем труднее выглядела задача ориентировки в пространстве более сложных изопреновых молекул. Вот почему, когда мы начали исследования по получению «регулярных» молекул синтетического каучука, многим казалось, что мы беремся за задачу, если не совсем абсурдную, то, во всяком случае, сомнительную.

Первые опыты группы Короткова не принесли ощутимых практических результатов, способных разубедить скептиков.

- И все же тогда, - вспоминает руководитель этой большой и кропотливой работы, - блеснул луч надежды. Нам удалось доказать, что изопреновыми молекулами можно «командовать», можно заставить их как бы поворачиваться в ту или иную сторону. И сделать это гораздо легче, чем управлять более простыми молекулами дивинила.

Причина такого странного на первый взгляд обстоятельства коренится в несимметричности молекул изопрена, которая приводит к тому, что не все их связи одинаково активны. А значит, дело в том, чтобы найти подходящий катализатор - «химический инструмент», способствующий «сшиванию» первичных звеньев в полимерную молекулу, в данном случае только одним из восьми возможных способов.

И такой катализатор был найден! Полученные группой Короткова образцы «регулярного» искусственного изопренового каучука общего назначения еще не в полной мере удовлетворили самих искателей, но по своим техническим свойствам превзошли все известные до сих пор синтетические каучуки.

- Наш трудный поиск еще не закончен, - говорит ученый. - Предстоит очень большая работа по улучшению методов изготовления нового каучука и упрощению его производства. Но сейчас уже ясно, - заключает он свою шутку, - что «кондитеры» научились «печь хлеб». Мы можем изготовлять не только каучуки специального назначения, но и «просто каучук», не уступающий природному. В ближайшие годы десятки и сотни тысяч тонн «регулярных» синтетических каучуков начнут поступать с заводов, чтобы превратиться в резиновые изделия и постепенно вытеснить столь тяжело достающуюся людям продукцию каучуковых плантаций...

Успеху этих работ, которые осуществлялись, несомненно, в «лебедевском» ключе, в значительной степени способствовали и новые воззрения на природу свойственной каучуку эластичности. Они были принесены в химию физиками, и для полноты картины нам придется на них хотя бы кратко остановиться.

Мы уже упоминали выше о том, что с увеличением «степени полимеризации», как выражаются ученые, то есть с повышением числа однородных молекул-мономеров, составляющих сложную цепочку полимера, неузнаваемо меняются свойства материала, который складывается из этих длинных цепей. В содружестве с физикой новая химия позволила гораздо глубже разобраться в самом интересном и, пожалуй, самом важном вопросе - откуда у вещества неизменного состава появляются совершенно новые свойства: высокая прочность, эластичность, способность существовать в вид каучукоподобной массы или твердого тела?

Сейчас ученые отвечают на это следующим образом. В маленькой молекуле, слагающейся из небольшого числа атомов, соединенных между собой обычными химическими связями (как говорят химики, силами главных химических валентностей), очень малое значение имеет так называемая «конформация» цепи, возможность этой цепочки принять какую-то форму в пространстве благодаря тем или иным поворотам отдельных слагающих ее атомов. Поскольку число атомов мало, то даже если им предоставлена возможность свободно вращаться, число вероятных изменений формы цепочки будет очень невелико.

Наглядной иллюстрацией может служить короткий кусочек бечевки. Пытаясь растягивать его или сжимать, вы быстро убедитесь, что число достижимых изгибов очень невелико. А если мы перенесем на большее расстояние силы, приводящие такую веревочку в колебание, то есть, попросту говоря, удлиним бечевку, мы тотчас же обнаружим, что число вероятных форм, которые способна принять веревочка, колоссально возрастет. И чем длиннее она будет, тем большую гибкость она проявит и тем более сложными окажутся формы, которые могут принять ее извивы.

При переходе от этой простейшей модели к реальным молекулам роль руки, приводившей веревочку в колебательное движение, будет выполнять тепловая энергия, заставляющая хаотически вращаться звенья длинной молекулярной цепи.

Отдельные звенышки, составляющие изолированные цепочки полимерных молекул, в грубом приближении можно рассматривать как молекулы газа (ими они действительно были до того, как оказались подключенными к молекуле полимера), связанные тонкими гибкими нитями. Вообще говоря, молекулы газов и жидкостей обладают наибольшей «свободой движения». И в полимере под действием теплового движения отдельные звенышки-мономеры будут стремиться, как и подобает газу, равномерно распределиться в пространстве, заняв при этом максимальный объем. Но поскольку они здесь связаны друг с другом, цепочка из них будет стремиться под действием теплового движения скручиваться и, в конце концов, образует шаровидный клубок. Ширина этого клубка зависит от размеров молекулярных связей.

Продолжая развивать ранее приведенную аналогию, физик скажет, что в данном случае межмолекулярные связи играют роль «стенок», ограничивающих расширение обычного газа. Если такой клубок растянуть, то через некоторое время тепловое движение вновь вступит в свои права, и вскоре молекула примет прежнюю форму. Для этого понадобится некоторое время: меньшее, если тепловое движение будет достаточно интенсивным, большее - с понижением температуры (служащей, как известно, мерой теплового движения молекул).

Такова более «строгая» с точки зрения физика, но тоже достаточно элементарная и весьма условная модель того, что в действительности происходит с полимерной молекулой. На самом деле вытянутые полимерные молекулы напоминают скорее зигзагообразные шарнирные цепи.

Итак, в зависимости от условий длинная гибкая молекула полимера может свернуться в компактный шарик - глобулу, либо вытянуться и принять форму спирали или тонкого стержня. Форму глобул имеют, например, молекулы яичного белка в сыром яйце. При повышении температуры белковые глобулы разворачиваются, образуя сплошную структуру из полимерных цепей. Именно этим объясняются изменения, происходящие, скажем, с белком при варке яиц: из подвижной жидкой массы образуется упругое, резиноподобное вещество.

Форму вытянутых стержней или спиралей принимают полимерные молекулы, например, при образовании волокон или пленок.

В этом и заключается главная особенность длинных молекул - в способности к многократным и многочисленным сложным изгибам и извивам.

Обладая способностью приобретать любую форму, большая молекула легко приходит в устойчивое с точки зрения физики, то есть в наиболее энергетически выгодное, «свернутое» состояние. Естественно, что если молекулу вывести из этого состояния (закрутить или растянуть), то благодаря способности свободно изгибаться, как только мы снимем нагрузку, она снова будет стремиться прийти к прежнему, наиболее энергетически «выгодному» состоянию. Коль скоро речь зашла о способности тела восстанавливать свою форму и размеры после растяжения, то есть о таком свойстве тел, которое мы называем эластичностью, в качестве ближайшего примера память, естественно, подсказывает резину. И это не случайно! Каучук, из которого сделана резина, пожалуй, наиболее типичный полимер. Он состоит из множества взаимно перепутанных молекулярных клубков. При растяжении куска резины скрученные цепочки распрямляются, затем под действием теплового движения они вновь собираются в клубок, и резина сокращается до прежних размеров. Именно потому, что молекулярные цепочки перепутаны, кусок резины обладает способностью свободно растягиваться не разрываясь (конечно, до известных, строго определенных размеров).

Эта упрощенная модель привела нас, однако, к пониманию «механизма», обусловливающего уже упоминавшуюся важнейшую способность многих полимеров при определенных условиях вести себя подобно каучуку. Здесь придется напомнить то, что в другой связи уже говорилось по поводу разнообразия синтетических каучуков. «Каучукоподобными» свойствами могут быть наделены не только вещества, которые в химическом отношении подобны натуральному каучуку. Свойствами каучуков могут обладать различные полимеры, лишь бы их молекулы под действием теплового движения были способны скручиваться в клубки.

Картина поведения полимеров осложняется тем, что в межмолекулярных взаимодействиях может принимать участие не вся молекула в целом, а единичные мономерные ее звенья. Именно поэтому подобные реакции часто вызывают новые изменения конфигурации молекул, что, в свою очередь, приводит в соприкосновение новые их группы, способные к взаимодействию. Такая замечательная особенность полимерных молекул наиболее отчетливо проявляется в поведении самых сложных полимеров - белков и нуклеиновых кислот.

Как видим, даже на самом начальном - на «молекулярном уровне» - полимеры обладают совершенно необычными свойствами, заставляющими нас значительно расширить представления, которые сложились из наблюдений за поведением обычных молекул. Не мудрено, что, войдя в технический обиход, полимеры как бы «изнутри» взорвали столетиями складывавшиеся представления о так называемом агрегатном состоянии тел. В действительности, разумеется, все эти представления полностью сохраняют свою силу, но картина их проявлений оказывается значительно сложнее, чем можно было предполагать тогда, когда ученые еще не проникли в удивительный мир полимеров. Стоит только приступить к изучению химии и физики, мы уже приучаемся строго различать твердое, жидкое и газообразное состояния веществ. Вступая через посредство каучука в «страну полимеров», мы должны, если и не пересмотреть весь арсенал наших исходных знаний, то, во всяком случае, научиться этим оружием тоньше владеть.

Начать с того, что полимеры вообще не могут существовать в газообразном состоянии. Внутренние силы сцепления, действующие между перепутанными молекулами, столь велики, что под влиянием внешних сил, стремящихся разделить молекулы (например, при сильном нагреве), они распадутся на исходные звенья (как говорят химики, деполимеризуются) раньше, чем начнется испарение полимера. В газообразное состояние могут обратиться только составные части полимерных цепей - мономеры.

Еще сложнее обстоит дело с жидким состоянием.

Один из пионеров советской физики полимеров, Павел Павлович Кобеко, с задором первооткрывателя предлагал читателям своей книги «Аморфное состояние», опубликованной им двадцать лет назад, попробовать ответить на вопрос: что такое обычная резина - жидкость или твердое тело? До твердого тела ей, казалось бы, еще очень далеко. И действительно, твердость и хрупкость она приобретает, только будучи опущенной в жидкий воздух, то есть при температуре минус 184 градуса по Цельсию. При таком охлаждении резина рассыпается от удара молотком, как стекло. Значит, это жидкость? Но если так, почему лее она обладает присущей твердому телу способностью сохранять (вернее, восстанавливать) после растяжения свою первоначальную форму? Здесь было над чем поломать голову!

Для выяснения этих любопытных противоречий ученым пришлось углубиться в изучение строения отдельных молекул. Агрегатное состояние обычных тел зависит от интенсивности теплового движения их молекул. Но когда мы имеем дело с длинными цепочечными молекулами полимеров, нам приходится различать, как уже было сказано, тепловое движение цепочки в целом и тепловое движение отдельных звеньев, ее составляющих. И вот оказывается, что размеры полимерной молекулы и здесь играют решающую роль, определяя ее удивительные особенности. Если цепочки настолько перепутаны, что их смещение друг относительно друга очень затруднено, практически полимер ведет себя как твердое тело. Но отдельные звенья полимерной цепочки двигаются весьма интенсивно, и это приводит к важным следствиям.

Снова представим себе полимерную молекулу как «ожерелье» из обычных молекул, связанных гибкими тонкими нитями. Если тело, сложенное из таких молекул, подогреть выше температуры плавления, оно приобретает некоторые свойства жидкости, в частности, облегчается его деформация под действием внешних сил. Однако межмолекулярные связи будут продолжать действовать. Поэтому такое тело, уже ставшее, по существу, «жидким», не удастся ни разбрызгать, ни испарить. В то же время оно будет легко менять свою форму, впрочем, лишь в тех пределах, в которых это ему позволяют межмолекулярные связи. Иначе говоря, в таком «не вполне жидком» состоянии полимер, в котором подвижность цепей в целом ограничивается, но практически не ограничена подвижность их звеньев, проявляет эластичность.

При понижении температуры поведение полимера будет тоже не столь простым, как поведение обычного тела, сложенного из малых молекул. Между молекулами, играющими роль звеньев в полимерной цепи, могут возникнуть дополнительные связи. Это приводит к значительному повышению прочности, и полимер становится обычным аморфным твердым телом.

Почему аморфным? Да потому, что цепочки перепутаны между собой и составляющие их звенья не могут уложиться в правильную кристаллическую решетку. Иначе говоря, наша связанная жидкость («не вполне жидкость») замерзнет без образования кристаллов. (Ученые говорят в таких случаях, что она вступила в зону стеклования.)

Повышение температуры не единственный способ увеличения подвижности звеньев в «шарнирной» полимерной цепи.

Погружение куска полимера в подходящий растворитель приводит на первых порах к «частичному» его растворению. Результаты этого процесса во многих подробностях напоминают нам то самое «частичное плавление», о котором речь шла ранее, когда мы пытались представить себе полимер как цепочку из отдельных звенышков-мономеров, соединенных гибкими нитями. При «частичном растворении» отдельные звенья большой молекулы переходят в раствор, однако связующие их «нити» сохраняются; каждая молекула при этом обретает подвижность, но не может уйти от своих соседей на расстояние, превышающее длину «связи». Пространство между этими молекулами заполняет растворитель.

Как же сказывается такое «неполное растворение» на поведении реального полимера? Молекулярные цепочки, из которых он состоит, все еще продолжают быть перепутанными. Таким образом, свойства, которые от этого зависят, до поры до времени не меняются. Но то, что отдельные звенья как бы переходят в раствор и приобретают подвижность, неизбежно сказывается на состоянии полимерных тел. Полимер «набухает». Это выражение довольно точно передает сущность того, что в нем в действительности происходит. Даже впитывая большие количества растворителя, полимер долгое время сохраняет форму куска. Однако объем его все увеличивается и увеличивается.

С явлением «частичного растворения» мы сталкиваемся на практике всякий раз, когда расстилаем на столе белую «кружевную» салфетку или скатерть, или накидываем на плечи в непогоду дождевой плащ из тонкой полупрозрачной пленки. Поливинилхлорид или поливинилацетат, из которых изготовлены эти изделия, сами по себе образуют пленки жесткие и ломкие. Для того чтобы они стали мягкими и эластичными, в них вводится растворитель (в промышленном обиходе он называется «пластификатором»). Набухая в растворителе, пленка полимера приобретает эластичность. Легко догадаться, что для использования в качестве пластификаторов подбираются растворители, точки кипения которых лежат достаточно высоко: иначе он слишком быстро испарится из полимера, и тот «загрубеет». Рано или поздно это все же происходит. Поливинилхлоридовые или поливинилацетатные плащи и салфетки начинают «деревенеть» и коробиться. Попробуйте потереть их глицерином: «частичное растворение» в какой-то мере вернет им первоначальное достоинство - мягкость. Но вам не удастся до конца исправить разрушения, которые причиняют нежным полимерным молекулам световые лучи и иные внешние воздействия. Такие разрушения носят название «старения» полимера.

Мы говорили о «частичном растворении». А если процесс растворения продолжить, погрузив полимер в растворитель на достаточно долгий срок, что тогда с ним произойдет?

Рано или поздно (сроки зависят от особенностей растворителя и полимера) наступит такой момент, когда цепочки приобретут достаточную подвижность, чтобы разделиться и полностью перейти в раствор. Однако и здесь полимер поначалу будет проявлять некоторые прежние свойства. Жидкость получится вязкая, густая, тягучая. Только при очень большом разбавлении (при котором концентрация полимера падает до одного или даже долей процента!) взаимодействие между длинными цепочечными молекулами настолько ослабеет, что они изолируются друг от друга.

Если от рассмотрения важных особенностей отдельных полимерных молекул перейти к строению слагающихся из этих молекул полимерных веществ, мы тоже столкнемся с картиной весьма сложной и с точки зрения классических представлений о внутреннем строении применяемых в технике материалов во многом необычной.

Прежде всего, с помощью различных физических методов исследования и даже прямым наблюдением под электронным микроскопом было обнаружено, что молекулярные цепочки в полимере склонны собираться в пачки - фибриллы. Каждая такая пачка содержит от нескольких десятков до нескольких тысяч параллельно ориентированных длинных молекул.

Порядок укладки молекул внутри каждой пачки может быть различным. Если схематически изобразить поперечный разрез пачки, то сечение отдельной цепи можно приближенно представить в виде эллипса. Предельным случаем упорядоченности внутри пачки будет такой, когда центры эллипсов (оси цепей) образуют правильную решетку, а все эллипсы правильно ориентированы по отношению друг к другу. Этот случай и соответствует состоянию полимерной пачки.

Полимерные материалы, которые строятся из таких высокоупорядоченных пачек, и называются кристаллическими. Такую структуру имеет, например, полиэтилен.

Но обычно высокая упорядоченность не сохраняется по всей длине пачки. Кристаллические области чередуются с областями относительно худшего порядка. Именно присутствие в материале менее упорядоченных областей придает ему повышенную упругость. Она сочетается с достаточной твердостью, обусловливаемой кристаллическими областями. Размеры их очень малы и, как правило, колеблются от одной миллионной до одной стотысячной доли сантиметра. В куске полимера кристаллические области могут быть ориентированы в самых различных направлениях. В этом смысле они подобны мелким кристаллическим зернам, из которых состоит кусок металла. Если строение отдельных полимерных цепей таково, что внутри пачки цепей кристаллическая упорядоченность вообще не может возникнуть, то полимерное вещество будет аморфным. Именно такая структура характерна, например, для органических стекол.

Необходимо пояснить, что, собственно, разумеют исследователи полимеров под «кристаллическими образованиями». Полимерное вещество может существовать в виде двух типов кристаллических построек, которые разнятся между собой (в этом тоже проявляется отличие полимеров от веществ, сложенных из маленьких молекул).

Если компактные молекулярные глобулы укладываются в строгом порядке, они способны образовывать правильные крупные кристаллы, достигающие размеров до 0,001 миллиметра, совершенно так же, как это происходит при кристаллизации мономерных веществ.

Но есть между этими состояниями существенная разница.

Каждая полимерная глобула представляет собой свернутую в компактный шарик длинную молекулярную цепь, состоящую из тысяч и десятков тысяч мономерных молекул. Поэтому внутри отдельной глобулы, «сидящей» в узле решетки полимерного кристалла, соблюдаются свои законы расположения маленьких молекул-мономеров. Один остроумный физико-химик уподобил глобулы в полимерном кристалле мешкам с картошкой, расположенным в строгом порядке. В каждом мешке существует свой особый порядок или беспорядок в укладке картофелин. Кристаллы низкомолекулярных веществ построены проще: в узлах их решеток закреплены отдельные маленькие молекулы или просто атомы.

Глобулярные полимерные кристаллы обычно непрочны и легко разрушаются даже при незначительных внешних воздействиях. Их нельзя использовать для изготовления каких-либо изделий. Эти кристаллы характерны для многих биологических систем.

Если же полимерное вещество строится из вытянутых молекулярных цепочек, то при благоприятных условиях (например, при осаждении полимера из очень разбавленных растворов) отдельные развернутые цепи могут совершенно правильно укладываться параллельно друг другу, что приводит к образованию хорошо ограненных полимерных кристаллов. Такие кристаллы обычно очень малы, и только электронный микроскоп позволяет изучать их во всех деталях.

Межмолекулярные взаимодействия, возникающие между пачками молекулярных цепочек, настолько сильны, что сместить молекулы друг относительно друга становится практически невозможным. Если, скажем, нить, сложенная из таких плотно прилегающих друг к другу цепочек, и разрывается, то это происходит не в результате разъединения двух соседствующих молекул, а за счет их полного разрушения (химик предпочел бы сказать: «за счет разрыва валентных связей»). И эту, вероятно, одну из важнейших качественных особенностей полимеров, тайну их исключительной прочности как материалов можно истолковать на языке физико-химии.

В качестве примера можно избрать наиболее обычный, как образно выражаются сами химики, «архитектурный мотив» синтетических высокомолекулярных соединений, а именно цепь углеродных атомов, в частности, метиленовых звеньев СН2, последовательно связанных валентностью углерода. Для того чтобы разорвать каждую такую химически валентную связь углеродных атомов, нужно затратить около 80 килокалорий (все эти расчеты относятся к одной грамм-молекуле). Мегиленовые звенья двух разных молекул, находящихся рядом, притягиваются друг к другу, но их взаимодействие очень слабо. Так, чтобы переместить их друг относительно друга, достаточно самое большее полукилокалории. Что из этого следует практически? Малые молекулы сравнительно легко оторвать друг от друга, поэтому сложенное из них тело обладает малой механической прочностью и легко расплавляется под действием даже небольших температур. Однако химически это вещество достаточно стойко, ибо разорвать молекулу гораздо труднее.

В больших молекулах все обстоит как раз, наоборот: для разрыва молекулы на две части достаточно все тех же 80 килокалорий, но вот для перемещения молекул друг относительно друга нужно уже столько раз по полкилокалории, сколько одно и то же метиленовое звено повторяется в большой молекуле. А таких повторений могут быть сотни и даже тысячи. В этом случае гораздо легче разорвать молекулу, чем оторвать две молекулы друг от друга. Иначе говоря, новая совокупность молекул обеспечивает материалу и новое качество - повышенную прочность.

При вытягивании из полимерных материалов волокон отдельные пачки цепей перестраиваются, распрямляются и располагаются параллельно друг другу. Каждое волоконце состоит из системы параллельно ориентированных пачек молекулярных цепей. Большинство кристаллических областей при этом ориентируется вдоль оси волокна. Такое расположение цепных молекул придает волокну повышенную прочность на разрыв вдоль оси ориентации. Вот почему порой полимерные волокна по прочности не уступают стальной проволоке.

Таким образом, изучая сложную картину изменений свойств полимерных веществ (и прежде всего механических свойств, наиболее важных для практики), физико-химики пришли к заключению, что во всех случаях чудесные особенности полимеров связаны с двойственностью поведения полимерных молекул. Они одновременно подвижны и неподвижны, гибки и скованны. Подвижны их отдельные звенья, в то время как перемещения всей цепочки в целом ограничены благодаря тому, что длинные цепи полимера либо перепутаны, либо, наоборот, строго ориентированы и скреплены теми же связями, какие существуют в кристалле. И в том и в другом случае решающе важное обстоятельство - большая длина цепочки, характерная для высокомолекулярных веществ.

Именно в этой особенности - большой длине молекулярной цепочки - коренятся главные преимущества полимерных веществ как технических материалов. Короткие молекулярные цепочки не способны как следует перепутаться (чтобы таким образом могло быть предотвращено свободное течение каучукоподобной жидкости). Их совокупность не может быть пронизана сеткой кристаллических связей, и если уж они кристаллизуются, то сложенное из них твердое тело не обладает свойствами эластичности.

Важнейшее свойство полимеров - большая длина молекулярных цепочек, из которых они слагаются, поддается управлению.

Химик по желанию остановит процесс дальнейшего наращивания звеньев, то есть дальнейшее удлинение цепочек, если хочет задержаться на той стадии, когда достаточная прочность материала сочетается еще с его высокой эластичностью.

Он может, с другой стороны, легко перейти эту грань, если ему понадобится, конечно. Надо только продолжить процесс наращивания полимерных цепочек. В конце концов, они перепутаются так основательно и столь многократно, что под влиянием все вновь и вновь возникающих молекулярных взаимодействий потеряют подвижность даже отдельные звенья. Полимер приобретет жесткость вполне твердого тела, быть может, даже более твердого, чем иная кристаллическая постройка. Слабым местом «агрегатной конструкции», сложенной из отдельных кристалликов, являются плоскости их соприкосновения: по ним могут проходить трещины, они могут скользить друг относительно друга.

Здесь мне хочется сделать маленькую остановку, чтобы спросить: не кажется ли читателю, что этот физический подход является необходимейшей данью, которую заплатила химия за расширение своих границ в сторону высокомолекулярных соединений?..

Мы постараемся далее показать на многих небезыинтересных примерах, что этот переход химического мышления на физические основы не исключение, а всепроникающий дух времени.

предыдущая главасодержаниеследующая глава




Rambler s Top100 Рейтинг@Mail.ru
© Злыгостев Алексей Сергеевич, 2001-2017
При копировании материалов активная ссылка обязательна:
http://nplit.ru 'NPLit.ru: Библиотека юного исследователя'