Островок, ставший материком

Все новые сведения о строении, особенностях и свойствах полимеров, определивших их выдвижение в разряд важнейших материалов новой техники, были добыты при помощи экспериментальных средств, в сущности, совершенно чуждых химии. Не последнюю роль в прояснении картины физического состояния и взаимодействий сложных молекул сыграл рентгеноструктурный анализ, позволяющий физику тонким зондом рентгеновского луча пронизывать атомные конструкции. Отражаясь от внутренних слоев упорядоченных «решеток», рентгеновские лучи приносят экспериментатору вести о расположении этих слоев. Физик располагает ныне множеством способов исследовать состояние электронных оболочек атомов, сложные взаимодействия которых таят в себе секрет таинственной силы «химического сродства». Не владея этим оружием, над ее разгадкой безуспешно бились самые проницательные умы прошлого века.

Химики старой школы, превыше всего ценившие чисто «химическую» интуицию, взирали на все эти новшества без особого одобрения. Надо было обладать широтой кругозора и прозорливостью Зелинского, чтобы поощрять дерзкую экспансию физиков в заповедную область эмпирических формул и испытанных приемов «сложения» и «разделения» вещества, выработанных классической химией.

Но потребности жизни неумолимы. Под их влиянием старой химии пришлось испытать целую серию взрывов «изнутри». Бунт против установившихся канонов подняли не «пришельцы», а «аборигены».

Несколько упрощая ситуацию, мы познакомили читателя с особенностями высокомолекулярных соединений, не выходя из рамок классической органической химии. Да в этом и не было нужды, коль скоро мы говорили именно о физической стороне проблемы.

В действительности, пока прояснялась эта сторона вопроса, химия отнюдь не стояла на месте. Она не только активно осваивала революционные воззрения, привносимые физикой, но и сама захватывала новые «внутрихимические» плацдармы. Следствие этих «внутренних переворотов» - коренное изменение облика, прежде всего самой органической химии...

Ближайший пример подобных перемен вернет нас в лабораторию Николая Дмитриевича Зелинского, которую мы покинули, чтобы познакомиться с некоторыми особенностями новой химии полимеров.

Как уже говорилось, большая часть органических соединений (во всяком случае, больше половины) создана химией бензола, точнее - химией ароматических соединений. Красители, многие взрывчатые вещества, значительная доля лекарственных средств - все это химия бензола и родственных ему соединений.

Однако в самые последние годы выяснилось, что могут существовать ароматические системы (ароматические соединения условно называют циклическими, то есть бензолоподобными соединениями) с железной и другой металлической начинкой. Построены эти соединения по невероятному и ранее не встречавшемуся принципу: по типу сандвича. Они так и называются сандвичеобразными структурами. Что такое сандвич, известно: два кусочка белого хлеба с начинкой между ними. В «сандвичеобразных» молекулах роль «начинки» играет атом железа, который связан, к примеру, с двумя пятичленными углеродными кольцами. Эту новую ароматическую химию в Советском Союзе начал развивать академик Александр Николаевич Несмеянов.

Когда однажды небольшая группа заинтересованных литераторов попросила ученого рассказать об этих его работах, он с улыбкой спросил:

- Вам как рассказывать - с лирикой? Или так, чтоб поближе к конечным результатам?

- С лирикой! - закричали мы хором, впрочем, тут же попросив академика уточнить, как он толкует это широкое понятие.

- Что означает «с лирикой»? - сказал он в раздумье и сам себе ответил: - Это значит прежде всего «во времени».

Нас порадовала эта глубокая мысль. Да, нас, литераторов и широкого читателя, который стоит за нами, интересуют не только конечные результаты приложения знаний, как бы они ни были важны и значительны сами по себе. Безграничным очарованием исполнен сам процесс научного творчества, процесс исканий, движения мысли, борьбы за истину.

Вот что нам рассказал Несмеянов.

Он начал свой научный путь («официально начал», подчеркнул он) в Московском университете в лаборатории у академика Николая Дмитриевича Зелинского. Но фактически значительно раньше.

В детские годы его увлекали («я не знаю, куда бы это меня толкнуло!») Уэллс и Жюль Верн. Но, помимо этого («на мое счастье», - после маленькой паузы добавил он), Саша Несмеянов нашел в сарае у своего деда старую книжку по химии. И она показалась ему захватывающе интересной. Во всяком случае, чудес там было, на его взгляд, значительно больше, чем в книгах Герберта Уэллса.

Ну, например, если взять водород и газообразный хлор (там очень наглядно и подробно описывалось, как эти вещества можно добыть), смешать их, а затем осветить, то смесь ни с того ни с сего взрывается. Вы понимаете, что мальчишку это действительно должно было поразить. Там было много и других занимательных вещей. Все излагалось старым аппетитным химическим языком («такой язык вы уже не найдете»). Саша Несмеянов решил последовать заманчивым советам автора старой книги и стал пробовать предложенные им рецепты. Для этого пришлось обосноваться на лестнице.

Сначала таким способом - в «лестничной лаборатории» - он занимался неорганической химией, начиная с первой ее главы, а затем постепенно перешел и на органическую химию. Было трудно: магазинов химических реактивов тогда не существовало, аптеки же располагали, как известно, не очень большим разнообразием химических веществ, да и аптекари не очень-то охотно отпускали их ребятам. Однако, так или иначе, все, что нужно, добывалось.

Таким образом, придя в университет, Александр Несмеянов химию знал достаточно хорошо, во всяком случае, конкретно. Если в курсе назывался медный купорос, то Несмеянов знал, как это вещество выглядит и что с ним происходит, если его подвергаешь тому или другому воздействию. Поэтому учиться Несмеянову было сравнительно просто. Но он испытал муки раздвоения, лучше сказать, даже растроения, потому что его тянули к себе и органическая химия, и неорганическая, и физическая.

В конце концов, он попал к Зелинскому, как мы знаем, прославленному химику-органику. Но попал просто потому, что тот был самым крупным химиком, и думалось, что именно он-то и сумеет открыть юношеской мечте самые большие просторы. И все-таки, работая у него, Александр Несмеянов бегал к своим приятелям в лабораторию неорганической химии - тогда ею руководил Сабанеев. И она всеми своими корнями уходила в прошлое столетие потому, что когда Несмеянов там работал, ее руководителю было без малого восемьдесят лет.

Вот, видимо, в силу этого раздвоения молодой ученый сам выбрал себе область, которая лежала на «стыке» двух крупнейших разделов химической науки, - область металлоорганических соединений.

- Если меня и называют иногда учеником Зелинского, - рассказывал Александр Николаевич, - то я был, по-видимому, неверным его учеником. Задания, которые он мне давал, я выполнял вяло, спустя рукава, и мне это казалось неинтересным. Я искал свое. Мы работали тогда в старом заслуженном лабораторном корпусе на Моховой, и свои работы я прятал поглубже в шкафчик, вниз. Когда в лабораторию приходил Николай Дмитриевич, у меня все делалось, как следовало быть, но стоило ему выйти (а нужно сказать, что выходил он сравнительно мало), и из «нижнего этажа» лабораторного стола появлялась совсем другая работа...

Все дальше уходя в область металлоорганических соединений, Несмеянов бился над ними, но безуспешно. И вдруг ему повезло.

- Правда, тогда я не понял, что мне повезло, - рассказывал он.

Наоборот, Несмеянов был скорее разочарован полученными результатами, потому что они не вполне отвечали его ожиданиям и надеждам.

Чего же он ждал от избранного им самим своеобразного направления?

В то время ученый стремился получить некоторые формы металлоорганических соединений, не существовавшие в природе, а получил формы, встречающиеся в природе, только новым путем. Он был разочарован, но потом оказалось, что именно за эту работу ему была впоследствии присуждена степень доктора наук... В конечном счете, все первые его успехи были связаны именно с этой работой. Тогда же, однако, он почти горевал.

- Говоря откровенно, я в то время не думал о том, зачем понадобятся соединения, которые я исследовал, - рассказывал ученый. - Меня мало интересовало, как они могут быть использованы на практике. Меня занимали новые формы и новые пути этой молодой области химии.

Но вскоре пришли и некоторые применения. Так, по американским данным оказалось, что тетраэтилсвинец - характерное металлоорганическое соединение - может быть использован в качестве превосходного антидетонатора. Он и до сих пор еще не вытеснен в сколько-нибудь заметной степени, несмотря на свою острую ядовитость. Несмеянову пришлось параллельно со своими исканиями участвовать в постановке производства этого вещества в Советском Союзе. До недавнего времени на бензине с этим антидетонатором летали все самолеты, а многие автомобили и до сих пор ездят на бензине, протравленном тетраэтилсвинцом (такой бензин носит название этилированного).

Но главные увлечения молодого химика относились совсем к другой области. Его по-прежнему больше интересовали соединения, которые не встречаются в природе. Обычно же химиков-органиков влекут природные органические соединения, например белки. И они действительно заслуживают этого.

Не миновал увлечения ими и сам Зелинский.

Последние годы жизни этого исполина химической науки, сохранившего юношескую живость воображения, были отмечены отважнейшей попыткой штурма одной из самых неприступных твердынь химической жизни: исследователь обратился к проблеме белка.

И здесь этому величайшему удачнику, который, пользуясь своими огромными знаниями и в еще большей степени своей безупречной интуицией, умел находить выходы из самых запутанных лабиринтов той области химии, что еще вчера условно называлась органической химией, суждено было испытать катастрофическую неудачу.

Эта великолепная неудача ни в малейшей степени не бросает тени на его репутацию тончайшего и проникновенного экспериментатора. Повторяю, Николай Дмитриевич Зелинский буквально до последних лет своей долгой жизни сохранил исключительную зоркость взгляда, ясность и глубину мышления. В смелых экспедициях в неведомое ему сопутствовали опытные и изощренные помощники. Он и его сотрудники обладали необходимым пониманием всех сложных особенностей биологических объектов, с которыми имели дело. И все же... они не могли не потерпеть аварий на той дороге, на которую вступили, ибо их научный метод, их экспериментальное снаряжение не соответствовало своеобразию поставленной задачи.

С полной убедительностью это показали дальнейшие события, когда усилиями огромных коллективов физико-химиков при широком международном разделении труда удалось в буквальном смысле слова «распутать клубок» белковой молекулы. Как оказалось, многие разновидности белков действительно представляют собой тугой клубок, в который свернута длинная цепочка молекул, закрученная еще вдобавок в спираль.

Все эти и многие другие важные сведения о характере строения белковой молекулы были добыты соединенными усилиями многих наук. Не менее десятка изощреннейших методов анализа химических и биологических структур в период героической атаки, предпринятой Зелинским и его группой, еще только формировались и оттачивались. Это совсем не значит, что «классической» макрохимии нечего делать с белками. И до сих пор чисто химическими приемами в сочетании с биологическими пробами удается выяснить многие стороны белкового обмена в организмах, что весьма существенно для медицинской практики. Зелинский и его сотрудники шли этим верным путем, отщепляя одно звено белковой молекулы за другим, определяли химическую природу получаемых обломков, выясняли систему связи в молекуле и делали отсюда весьма остроумные и в какой-то мере справедливые, в какой-то мере не подтвердившиеся предположения о последовательности их чередования и способах пространственного распределения.

Но они не учитывали главного: белковая молекула в целом - это отнюдь не простая арифметическая сумма отдельных аминокислотных остатков, а совершенно новая конструкция, которая именно в силу особенностей своей структуры и обладает всеми поразительными свойствами, подсказавшими Энгельсу его знаменитое определение, что «жизнь есть форма существования белковых тел».

Александр Николаевич Несмеянов не принял от учителя «белковую эстафету». Он пробовал заняться белками, но ему это не понравилось.

- Есть химики, - объяснял он свою неудачу, - которых влекут к себе нуклеиновые кислоты, или сахара, или жиры, наконец, какие-либо другие жизненно важные вещества. Но мне вещества, уже созданные природой, представлялись почему-то менее интересными, чем те, которые могут быть созданы человеком и в природе не существуют. И как раз металлоорганические соединения в природе неизвестны. Это чистое порождение человеческой фантазии и эксперимента.

Так он продолжал и продолжает оставаться в значительной степени исследователем этой новой области - области металле - и элементоорганики, которая первоначально виделась маленьким уединенным островком, а скоро, по мере углубления в нее, оказалась грандиозным материком.

На этих новых путях химической науки, продвижение по которым было связано с углублением наших знаний о составе и, главным образом, о строении совершенно своеобразных «гибридов» органической химии, неизбежно накапливался новый материал. По мере накопления он давал неожиданные «выходы» в различные области практики.

Так, изучая способы включения металлов и даже неметаллов (во всяком случае, атомов, которые до недавнего времени заведомо исключались наукой из числа «органогенов», то есть исходных материалов, из которых, по мнению естествоиспытателей прошлого столетия, природа «творила» органический мир), химики обнаруживали существование весьма ценных соединений. Впоследствии их назвали «хелатными» (от слова «хелос» - «клешня»). И действительно, живое воображение может увидеть в структурной схеме этих соединений (в отечественной научной литературе они получили название «внутрикомплексных соединений») отдаленное сходство с двумя клешнями краба, между которыми зажата добыча - «посторонний» атом, скажем, металла.

Исследование внутрикомплексных соединений приобрело огромный самостоятельный интерес после того, как выяснилось, что с помощью этих «клешней» можно вытягивать из организма смертоносные атомы радиоактивных металлов, которые обладают способностью прочно оседать в тканях человеческого организма. Выяснилось также, что подобные клешневидные соединения, включающие атомы металлов, входят в состав молекул весьма активных в химическом отношении белков, выполняющих в организме роль ферментов.

В этой связи прояснилась загадка, которая волновала умы исследователей на протяжении почти двух десятилетий. Изощренные методы аналитической химии, отточенные в связи с необходимостью находить исчезающе малые порции веществ при поисках новых химических элементов, позволили обнаружить поразительный факт присутствия в организме человека всех без изъятия устойчивых разновидностей атомов. После того как в свете дарвиновских идей стал понятен механизм естественного отбора, естествоиспытатели привыкли к мысли, что природе несвойственны произвольные фантазии. Она не склонна допускать бессмысленных затрат, и уж если в организме присутствуют атомы железа, марганца, кобальта, магния, цезия, церия и других редчайших химических элементов, то они, по-видимому, для чего-то нужны. Но для чего? Это оставалось загадкой до тех пор, пока не были обнаружены внутрикомплексные соединения, и не прояснился механизм их своеобразной активности.

Среди разнообразных химических соединений, способных захватывать в свои «клешни» металлы, особое место занимает замечательное в своем роде вещество, длинное название которого - этилендиаминтетрауксусная кислота - по общему соглашению химиков заменяется сокращенным ЭДТУ. Комплексное соединение ЭДТУ (обычно используются ее натриевые соли) хорошо растворяется в воде, причем эти соли легко распадаются на ионы натрия и комплекс, который весьма устойчив. Интересно, что металл, обладающий более близким сродством с соединением, использованным для образования комплекса, способен вытеснять из комплексного соединения металл, обладающий меньшим с ним сродством. Так, если к раствору, содержащему в комплексе кальций - ЭДТУ, добавить свинец, то кальций будет вытеснен ионами свинца.

Для биологов оказалось особенно существенным то обстоятельство, что комплексные соединения таких веществ, как ЭДТУ, с металлами весьма устойчивы и не подвергаются в организме заметному расщеплению в процессах обмена. Это-то и позволяет использовать их для связывания положительно заряженных ионов, находящихся в крови и межтканевой жидкости, и для растворения отложившихся в тканях труднорастворимых солей металлов. А «захваченный» в комплексном соединении металл как бы теряет свою химическую индивидуальность, а тем самым утрачивает и свою биологическую активность, скажем, отравляющее действие или способность откладываться в тканях.

Особое место в этой новой химии элементоорганических соединений занимает химия фторуглеродов. Самой возможности существования многих веществ, с которыми сейчас имеет дело эта область органической химии, никак не представляли себе даже еще два десятилетия тому назад, хотя начало развитию этой области положил в свое время Александр Порфирьевич Бородин. Он первым из химиков синтезировал органические соединения фтора и дал методы их получения. Но это, разумеется, было только началом.

Создание органических соединений, в которых в определенных сочетаниях водородные звенья заменены атомами фтора, могло бы составить одну из самых обширных и интересных глав в книге о химическом творчестве, которая практически создана, но, вероятно, никогда не будет написана академиком Иваном Людвиговичем Кнунянцем. Это была бы изумительная книга, исполненная романтики исканий, потому что Кнунянц особенно чуток к восприятию именно этой стороны радости научного творчества. Я очень хотел бы ошибиться, но отваживаюсь на свое предсказание, так как знаю, что Кнунянц всегда больше любит делать, чем рассказывать об этом.

А между тем рассказы Кнунянца привели бы нас в изумительную, необычайную область совершенно нового типа химических соединений, также не встречающихся в природе и являющихся всецело достоянием «второй природы», создаваемой человеком, - соединений, в которых «ключевые» позиции занимает фтор. Это своеобразный элемент, который Ферсман называл «всесъедающим». В природе мы находим его в редком и прекрасном минерале топазе, в разноцветных кристаллах плавикового шпата. В курсе химии вы можете прочитать, что фтор соединяется со взрывом или яркой вспышкой почти со всеми элементами, даже с золотом. В природе он известен главным образом в виде солей фтористого кальция, минерала красивой окраски - флюорита, называемого «плавиковым шпатом» за свою способность сообщать легкоплавкость рудам металлов. Фтор широко распространен в природе. В апатите, например, его содержится до трех процентов.

Своей химической историей фтор связан с летучими возгонами из расплавов гранитных магм. Иногда он встречается и в морских осадках, содержащих накопления фтористых соединений, выделившихся в процессе распада органических веществ. Из плавикового шпата делают оптические стекла, пропускающие в противоположность простому стеклу и ультрафиолетовые лучи. Красиво окрашенные разновидности плавикового шпата употребляются как декоративные камни.

Однако главное применение фтора до недавнего времени основывалось на его способности облегчать плавление металлов. Он использовался также для получения фтористой, или, как говорят, плавиковой кислоты, которая обладает сильной растворяющей способностью и разъедает стекло и даже горный хрусталь. Этим пользуются на стекольных заводах, заставляя ядовитые пары фтористой кислоты вытравлять на стекле рисунки. В виде двойной соли натрия и алюминия фтористая кислота образует минерал криолит, применяемый для электролиза металлического алюминия.

Анализируя свойства соединений фтора, ученые открывали его новые замечательные применения, а именно: научились получать особое вещество - четырехфтористый углерод, который не ядовит, не взрывается в смеси с воздухом, очень устойчив, обладает способностью переходить из твердого состояния в газообразное с большим поглощением тепла. Это свойство и дало возможность применить четырехфтористый углерод в холодильниках. Громадные холодильные установки для сохранения различных продуктов удалось создать только благодаря применению в них четырехфтористого углерода.

Новая эпоха в химии фтора началась с того момента, как органические молекулы с содержанием фтора удалось полимеризовать. Пластические массы, полученные на их основе, оказались материалами совершенно необычайными, с почти фантастическими свойствами. Техника приобрела в них не только удобообрабатываемые и сравнительно дешевые заменители платины, фторопласты (так называют пластики на основании фтора) в отдельных случаях даже превосходят платину по своей стойкости к воздействиям самых «агрессивных» химических веществ. Подменив платину, испокон веков относимую за свою химическую «неколебимость» к числу «благородных» металлов, фторопласты с легкостью отражают натиск даже крепчайшей смеси азотной и соляной кислот, так называемой «царской водки». Из сказанного отнюдь, не следует, что фторопласты можно рассматривать как «заменители» платины. Такая постановка вопроса была бы бессмысленной хотя бы потому, что из платины - из этого редкого драгоценного металла - изготовляются лишь самые ответственные, химически стойкие и тугоплавкие детали аппаратуры (например, колпачки для продавливания вискозных растворов при изготовлении искусственных и синтетических волокон). Несравненно более дешевые и доступные, фторопласты открывают совершенно новые возможности усовершенствования массовой химической аппаратуры. Но их применение отнюдь не ограничивается этой важной областью.

Они теплостойки. Этим определяется их огромное значение во всех областях новой техники, развитие которых связано с переходом на так называемые высокие параметры, приближающиеся к пределам сжатия, выходящим в область высоких температур.

Имя Кнунянца связано с созданием далеко не всех разновидностей этих замечательных материалов, но он сделал гораздо больше: в числе немногих волонтеров науки он намечал первые трассы изыскательских тропок, по которым в дальнейшем технологи уверенно прокладывали большую дорогу техническому прогрессу.

Со своим неизменным влечением к «проклятым проблемам», немало не заботившим практиков, Кнунянц нашел в лице фтороорганических соединений великолепные модели, на которых чрезвычайно удобно было изучать природу химической связи, а это проблема проблем современной химии. В историческую даль ушли времена, когда природа химической связи или валентности казалась столь же простой, как та черточка в химической формуле, которая успешно и, казалось, исчерпывающе символизировала ее в период становления бутлеровской теории химического строения. Это упрощенное, однолинейное представление о природе химической связи могло рассматриваться как исходная гипотеза, как допущение, не препятствовавшее начальному грубому обследованию новой области. Оно удерживалось еще на первых порах развития стереохимии - этой своеобразнейшей науки о пространственном расположении атомов в молекулах, которая без натяжек называла себя «архитектурой» молекул, коль скоро она рассматривала эти сложные химические конструкции как статичные, хотя и легко изменяемые атомные постройки.

Обнаружившаяся во множестве практических важных случаев ограниченность этих примитивных представлений, когда они оказывались неприменимы для истолкования сложных химических реакций, окончательно определилась с распространением в химии физических методов исследования. Рентгено - структурный анализ позволил весьма кропотливым путем, путем восстановления истинного хода отраженных отдельными атомами рентгеновских лучей, получить достаточно точную картину их взаимного расположения. Многочисленными косвенными способами удалось обнаружить динамичность многих молекулярных конструкций, проследить за сложными взаимодействиями, за своеобразным распределением «электронных облаков», посредством которых осуществляются реальные химические связи.

Чтобы управлять, надо, прежде всего, понимать. Конкретно, для управления химическими связями - а в этом, собственно, и состоит «искусство» химика-технолога - надо твердо знать особенности и свойства «механизма», которым предстоит овладеть. (Мы употребляем этот термин, в очень слабой степени выражающий сложную сущность химического процесса, за неимением лучшего.) Одним из наиболее важных является механизм так называемой двойной связи. Он имеет особое значение почти для всех процессов полимеризации. Читатель имел возможность убедиться в этом на примере работ Лебедева, потратившего со своим коллективом огромные усилия для того, чтобы построить технологический процесс получения искусственного каучука, основанный на предварительном разрыве двойных связей в молекулах дивинила и использования образовавшейся свободной связи для соединения отдельных мономерных молекул в длинную цепочку полимера.

В дальнейшем оказалось, что природа двойной связи широко варьирует. Она может явиться своеобразным «донором» - поставщиком электронов. (Примеры именно таких случаев в изобилии поставляли фтороорганические соединения!) Встречаются и совершенно противоположные случаи, когда при определенных условиях молекула начинает страдать своеобразным «электронным истощением» и из донора электронов превращается в их активный поглотитель (акцептор - на строгом языке физико-химиков).

На тех же фтороорганических соединениях Кнунянцу удалось подробно изучить не менее интересный случай так называемых сопряжений связей в ненасыщенных системах. На этих примерах удалось особенно ярко продемонстрировать всю ущербность представлений о статично покоящихся молекулах. Выяснилось - и в этом немалая заслуга работ Кнунянца и его сотрудников, - что молекула в определенных условиях способна «жить» весьма сложной «электрической жизнью». В трудно представимых по малости своей индивидуальных пределах ее протяженности могут происходить сложные перемещения плотности электрического поля, могут перемещаться заряды, изменяться ее магнитная ориентация. Словом, экспериментатор в разных случаях сталкивается с совершенно неожиданными состояниями, содействующими или препятствующими вступлению или выходу интересующей его молекулы из определенной химической реакции.

Постепенно получила объяснение и загадочная поначалу природа поразительной химической инертности фтороорганических соединений. Эти исследования уже целиком уходили в физико-химию. Они диалектически смыкались с исследованиями прямо противоположного явления - повышенной способности различных веществ к слипанию, к склеиванию. И здесь творчество советских ученых во многом способствовало прояснению нелегкой, запутанной и важной проблемы.

Другой выдающийся химик-органик нового направления - Кузьма Андрианович Андрианов, один из признанных зачинателей химии силоксанов - замечательных органических соединений, в которых «скелетом» служит жесткая цепочка из кремния и кислорода, а углеродные соединения образуют ее боковые ответвления. Этот ученый и сейчас плодотворно работает в той же области, которая при его участии делала первые шаги. Сложен, богат и разнообразен мир кремнийорганических соединений. И как же трудно прокладывать в нем новые пути!

Ныне уже, вероятно, нет человека, который бы не был в той или иной мере знаком с исключительными достоинствами кремнийорганических полимеров. Скелет из негорючего кремния повышает их теплостойкость. Ведь это ближайшие химические родственники тех самых силикатов, из которых производят самый обыкновенный огнеупорный кирпич, выдерживающий в металлургических печах нагрев до 1800 градусов.

Сейчас из кремнийорганических полимеров изготовляют теплостойкие каучуки, трансформаторные масла, негорючую изоляцию, применение которой ознаменовало полный переворот во многих областях электромашиностроения. Открылась возможность создания миниатюрных электромоторов, ибо разогрев их в процессе работы под большой нагрузкой перестал быть ограничивающим фактором. Моторы с кремнийорганической изоляцией выдерживают самые трудные испытания на подземных агрегатах, где двигателям приходится подчас работать в условиях жесткой перегрузки. Подсчитано, что 70 процентов - больше чем две трети! - всех аварий электромоторов, без которых не сдвинется с места электровоз, не сможет работать ни станок, ни пылесос, приходится на те или иные повреждения электрической изоляции. Даже примерно не счесть всех выгод, которые приобретает народное хозяйство от все более широкого распространения кремнийорганической изоляции, защищающей работающие под нагрузкой электрические провода.

Широко известна также замечательная способность многих кремнийорганических составов отталкивать воду. Это позволяет применять их для обработки наружных стен, которые становятся тем самым невосприимчивыми к неблагоприятным переменам погоды. Обработанные этими материалами ткани становятся водонепроницаемыми.

Казалось бы, чего лучше, надо лишь быстрее развивать производство кремнийорганических полимеров. Так и происходит. Производство это ширится день ото дня, но мало кто представляет себе, с какими колоссальными трудностями это связано. Перечислять их все, так же как и называть способы их преодоления учеными, мы здесь не будем. Это нас завело бы слишком в глубокие дебри химии. Отметим лишь, что тот самый кремнекислородный скелет, который служит хорошую службу, если его удается «оседлать», проявляет большое своенравие при попытках построить на его основе длинные полимерные цепи. Слишком, быстро затухает химическая активность в сравнительно коротких цепочках полученного полимера, слишком трудно бывает химически «возбудить» их концевые звенья для того, чтобы продолжить процесс полимеризации и довести его до нужного предела. Трудности эти объяснимы лишь с позиции химической физики, которая находит глубокое их истолкование на новых путях изучения так называемого «коллективного взаимодействия» молекул в процессе полимеризации. Именно об этих процессах шла речь в докладе академика Александра Николаевича Несмеянова на Международном симпозиуме по макромолекулярной химии в июне 1960 года и в новаторских работах школы академика Валентина Алексеевича Каргина, которых нам еще предстоит коснуться.

Кузьма Андрианович Андрианов и его обширный талантливый коллектив успешно преодолевают преграду за преградой на тернистом пути создания новых кремнийорганических материалов. Сейчас, когда проясняется тончайший «механизм» своеобразных химических реакций, определяющихся не только строением отдельных атомов, включенных в молекулы, но и «коллективной» жизнью свободных электронов в молекуле (о чем речь пойдет дальше), успехи будут еще более значительны.

Все эти и многие другие находки, колоссально расширяющие область органической химии, заставляют ученых задуматься даже над самим названием своей науки. Не устарело ли оно?

Самый термин «органическая химия» ведет начало с того времени, отдаленного от нас полутора веками, когда ученые-химики убедились, что не существует грани между веществами, встречающимися в животных и растительных организмах. В одном и том же виде эти вещества, например жиры, находились и здесь и там. Позже ученые выяснили, что все органические вещества имеют единственный общий признак - атом углерода, элемента, как оказалось, гораздо более «плодовитого», чем другие элементы периодической системы. Таким образом, органическая химия превратилась, по существу, в химию углеродистых соединений (к слову сказать, именно так ее трактовал в свое время друг Маркса, выдающийся немецкий химик-демократ Шорлеммер).

В своем примечательном докладе на VIII Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (этом, по существу, международном форуме, время от времени подводящем итоги развития древней и всегда молодой науки химии за определенный промежуток времени) Александр Николаевич Несмеянов на огромном научном материале, лишь частичку которого нам удалось затронуть, наглядно показал, как снова сливаются разделившиеся было органическая и неорганическая ветви химической науки.

До сих пор в уме химика представление о периодической системе элементов сочеталось, прежде всего, со всем обширным материалом неорганической химии. В противовес этому устаревшему представлению Несмеянов озаглавил свой доклад «Периодическая система Д. И. Менделеева и органическая химия». Последние два слова обычно вызывали представление лишь о разнообразных сочетаниях в химических соединениях маленькой группы элементов, углерода и небольшого числа его соседей в правой стороне периодической таблицы. Там и группируются элементы-органогены. Они-то и образуют основную массу известных органических соединений.

Главный интерес доклада Несмеянова заключался именно в том, что он показал, с какой стремительностью - неожиданно для многих, кто не очень пристально следил за развитием этой области науки, - возрастает количество органических веществ, включающих в себя, кроме элементов-органогенов, и различные другие элементы.

Среди них есть и вещества, найденные в живой природе, такие, как витамин B₁₂, содержащий кобальт, металлические производные порфиринов, а также искусственно полученные вещества, которых в природе вообще не существует, вещества, всецело относящиеся к области «второй природы». К их числу относятся, например, металлические производные флотоцианинов и огромное разнообразие других комплексов соединений металлов. Сюда также относятся фторуглеводороды и их включающие в себя металлы сандвичевые производные. Центральное место во всем этом разнообразии структур занимают углеводородные производные элементов, имеющие химическую связь атома углерода с атомом какого-либо другого элемента, кроме водорода, и называемые элементоорганическими соединениями, а для металлов - металлоорганическими.

Правда, до сих пор органическая химия сохранила свое старое название, но это просто дань истории. Освободившееся «вакантное» место органической химии в старом смысле слова, по мнению Несмеянова, заняла биологическая химия, как химия биогенных веществ и их превращений.

На практике те новые идеи, которые мы, допуская некоторую условность, порознь рассматривали в последних двух главах, выступают в тесном единении. Тем значительнее следствия вносимых ими в химию перемен.

Еще в рамках «классической» органической химии, как мы видели, было разработано много способов объединения в одной сложной молекулярной конструкции разнохарактерных мономеров.

Складывают свои полезные свойства и гибриды из разных полимерных цепей. Так, сополимеры стирола с полихлорвинилом дают материал, близкий к полистиролу по своим ценным свойствам электроизолятора и одновременно обладающий значительно большей огнестойкостью и бензомаслостойкостью, чем этот важный для техники полимер.

В другом случае кремнийорганическому каучуку, который теплостоек, но неустойчив в среде бензина и масел, удалось «привить» боковые ветви весьма бензомаслостойкого полиакрилнитрила. Как видим, область уже расширилась.

Таким же путем можно, как это показал в Московском текстильном институте в своих последних работах профессор Захар Александрович Роговин, облагораживать натуральные целлюлозные волокна. Подобное облагораживание связано в первую очередь с прививкой на поверхности целлюлозных волокон разнообразных синтетических полимеров, в том числе уже упоминавшегося акрилнитрила. «Прививки» изменяют упругие свойства волокон, уменьшают их смачиваемость, поверхностное трение, а следовательно, и износ, улучшают окрашиваемость, предотвращают сминаемость. Изделия из так обработанных волокон устойчивы, сохраняют свою форму, их не нужно гладить после стирки.

Возможности комбинирования свойств «привитых» полимеров, принимая во внимание колоссальное расширение диапазона новых элементоорганических соединений, которые могут явиться поставщиками различных мономеров, поистине безграничны.

Но, восхищаясь этими радужными перспективами, не следует обольщаться видимой легкостью их достижения.

Для этого необходимо не только в нужных местах ловко разорвать большие молекулы сочетаемых полимеров (это делается с помощью ультразвука или радиационного облучения), но и суметь в нужном направлении повернуть реакцию соединения полученных осколков.

Словом, все упирается в тот же «механизм» химической реакции. Как происходит эта реакция? Над этим вопросом не задумывался химик старой школы. Новая химия потребовала внятного ответа на этот вопрос. Он приобрел жгучую актуальность.

А когда практика говорит: «Надо», наука отвечает: «Есть».

И ответ пришел...