Петр Образцов - Мир, созданный химиками. От философского камня до графена

Во время Второй мировой войны союзники осуществляли так называемые челночные бомбардировки Германии. Взлетающие в Англии американские летчики после бомбежки Берлина или Франкфурта садились на подмосковные аэродромы и отдыхали в московских ресторанах в компании русских подруг, с которыми расплачивались сигаретами «Честерфильд», нейлоновыми чулками и… пенициллином.

Нейлон для чулок был открыт не случайно, а в результате систематического исследования высокомолекулярных соединений американским химиком Карозерсом. Ученый сделал все свои лучшие открытия, работая в компании «Дюпон» и по ее заданиям, что довольно необычно для химической науки середины XX века. Вот участие в конкурсах, объявленных правительственными организациями с целью создания какого-нибудь продукта, в том числе даже и для коммерческого использования, только приветствовались. Например, победителем такого конкурса по разработке способа получения синтетического каучука стал наш ученый академик Лебедев (об этом подробнее сказано в главе 14). Но чтобы так цинично, с заранее поставленной целью извлечения прибыли из нового вещества, нанять известного ученого, переманив его повышенной зарплатой, — такое случалось не часто. Хотя пресс-секретари фирмы «Дюпон» неоднократно заявляли, что ничего такого хозяева компании не имели в виду, а просто интересовались фундаментальной наукой. И это говорилось о компании, которая была основана в ходе строительства завода по производству пороха! Впрочем, осуждать капиталиста за стремление получить прибыли — все равно что укорять рыбу за дыхание жабрами.

Уоллес Карозерс родился в самом конце XIX века, в 1896 году. Уже в возрасте 25 лет он защитил диссертацию по органической химии. Затем вел курс по органической химии в Иллинойском университете и в самом престижном Гарвардском, что и заинтересовало рекрутеров «Дюпона». Сначала Карозерс отказался перейти в созданную специально для него лабораторию, ссылаясь на проблемы с психикой, которые действительно у него отмечались. Но потом он все-таки начал работу по созданию полимеров с большой молекулярной массой. В результате сначала был получен материал под фирменным названием «неопрен» — каучукоподобный полимер на основе хлор-бутадиена CH 2=CClCH=CH 2. Отметим, что неопрен был синтезирован на несколько лет позже синтетического каучука Лебедева на основе незамещенного бутадиена. Суффикс — прен напоминает нам о стремлении химиков получить полимер, идентичный по свойствам натуральному каучуку, который является полиизопреном.

Вскоре руководство компании перестало притворяться и поставило перед лабораторией конкретную задачу: создать полимер, из которого можно было бы делать коммерческие продукты. Несколько отошедший тогда от дел Карозерс хотел было отказаться от руководства лабораторией, но увлекся процессами поликонденсации. Поликонденсация — это такой вариант полимеризации мономеров, при котором помимо образования полимера происходит отщепление низкомолекулярных веществ типа спирта или даже просто воды. И в 1936 году он достиг выдающегося успеха, получив знаменитый найлон-66, который у нас стали называть попросту нейлоном. Именно из этого полимера получилось вытягивать тонкие нити, из которых стали ткать материал невиданных ранее легкости, прочности, эластичности и износостойкости, — так химики получили идеальную ткань для женских чулок. Нейлон, утверждала реклама, «прочнее стали, тоньше паутины и элегантнее шелка», и действительно, при одинаковой толщине веревка или канат из нейлона прочнее стальных в десятки раз.

Карозерс не зря жаловался на свое психическое нездоровье. В возрасте 41 года, через два дня после дня рождения, он покончил с собой в гостиничном номере одного из филадельфийских отелей. Будучи действительно выдающимся, широко эрудированным химиком, он хорошо знал, что токсическое действие солей синильной кислоты усиливается в кислой среде. Он выпил раствор цианистого калия в кислом лимонном соке. Надо сказать, что ампулу с цианидом он много лет держал при себе. На запатентованном компанией «Дюпон» способе производства нейлона фирма до сих пор зарабатывает миллиарды долларов, в лаборатории Карозерса химики компании впоследствии синтезировали такие знаменитые полимеры, как лайкра и кевлар (материал для бронежилетов), а также полиэтилентерефталат, из которого сейчас изготавливают немнущиеся ткани и бутылки для воды и пива. Впрочем, независимо от американских химиков полимеризацию сложных эфиров осуществили и в СССР. Материал из отечественного полиэтилентерефталата был назван у нас лавсаном, но не нужно переводить это название как «любимый сынок». Лавсан — это аббревиатура от «Лаборатория высокомолекулярных соединений Академии наук».

Если тефлон был открыт случайно, а нейлон — намеренно, то открытие соединений благородных газов можно назвать полуслучайным. Благородные газы, а их всего шесть — гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон, — до середины прошлого столетия считались совершенно инертными: они не реагировали даже с сильнейшим окислителем фтором, почему и были названы благородными. Для них в Таблице Менделеева удачно нашлась подгруппа VIII-a (в VIII-b расположены, например, железо, платина и недавно синтезированный дармштадтий), хотя иногда благородные газы помещают в специально для них организованную нулевую группу между ярко выраженными металлами и неметаллами. Однако в 1962 году произошло невероятно важное событие в истории неорганической химии: было получено первое устойчивое химическое соединение одного из благородных газов, после чего они навсегда потеряли свою аристократичность. (Надо сказать, что до того химикам удавалось получать гидраты инертных газов, но в них связи не химические, а слабые молекулярные.)

Среди всех стран мира по добыче урана лидирует Канада. Неудивительно, что в этой североамериканской стране много занимаются исследованиями химических свойств урана. Отделение радиоактивного изотопа урана-235 от нерадиоактивного урана-238 производится путем центрифугирования газообразного фторида урана UF 6— под действием центробежной силы фторид более тяжелого изотопа урана-238 отбрасывается к стенкам центрифуги, а более легкий фторид концентрируется в ее центре. Вот почему в Канаде много занимаются и исследованием химических свойств фтора, этого сильнейшего окислителя, оказавшегося, однако, не самым сильным окислителем в природе. Приехавший на работу в Канаду английский химик Нил Бартлетт с увлечением изучал фториды, правда, не урана, а платины. Он заново синтезировал красный гексафторид платины PtF 6(этот продукт реакции фтора и платины получали и до него) и собирался более подробно исследовать свойства этого вещества. Далее версии расходятся. По одной из них, Бартлетт просто долго хранил кристаллы гексафторида платины в ампуле, содержащей также обычный воздух. По другой версии, Бартлетт хотел очистить гексафторид от, возможно, присутствовавшего в этом веществе брома, для чего нагревал PtF 6в трубке, ожидая увидеть желтые пары брома.