Валентин Азерников - 200 лет спустя. Занимательная история каучука

Карл Циглер — директор Института по изучению производных каменного угля в ФРГ — широко образованный химик. В его институте разрабатывали многие проблемы, в том числе и весьма далекие от каменного угля. И когда после одного из опытов неожиданно оказалось, что аппарат забит совершенно не тем веществом, которое должно было в нем получиться, исходя из теоретических предпосылок, Циглер мгновенно оценил значение странного происшествия.

Оно и впрямь казалось очень странным. В аппарате, где не было высокого давления, вдруг произошла реакция, которую с трудом удавалось осуществить лишь при давлении к полторы тысячи атмосфер. Там ни с того ни с сего образовался предшественник полиэтилена — вещества, хорошо всем знакомого по десяткам изделий. Значит, что-то заставило молекулы этилена соединиться против их воли. Это таинственное “что-то” должно было, очевидно, выступать в данном случае, как катализатор — вещество, помогающее совершаться даже самым ленивым реакциям. Однако из тех веществ, которые ученые загрузили в аппарат перед началом опыта, ни одно не могло взять на себя такую ответственную роль. Значит, в аппарат должно было попасть еще какое-то постороннее вещество, которое, примазавшись, придало всей компании свойства катализатора.

Так или примерно так должен был рассуждать Циглер, для того чтобы отдать то распоряжение, которое он отдал. Он попросил тщательно исследовать аппарат — нет ли в нем каких-нибудь, пусть даже мизерных, следов “пришлого” вещества. Перед опытом в аппарате должны были находиться следующие элементы: алюминий, углерод, водород и кислород. Если будет найден еще какой-нибудь элемент, значит, опыт был подготовлен не чисто. И, следовательно, тот, кто его готовил, заслуживает… Впрочем, в то время было еще не совсем ясно, чего именно заслуживает провинившийся. Да и вообще — провинившийся ли он? Может быть, совсем наоборот. До окончания “следствия” этот вопрос оставался открытым, и все время, пока оно шло, каждый из сотрудников Циглера молил судьбу, чтобы все обошлось благополучно. Благополучно в том смысле, чтобы найти “состав преступления” — следы какого-нибудь элемента или вещества, которые так чудодейственно изменили течение реакции.

И вот после одного из анализов раздалось долгожданное “нашел!”. На стенках аппарата обнаружены следы никеля, которые остались, очевидно, после предыдущего опыта. Это никель придал смеси новое замечательное свойство. Опыт повторяют, теперь уже вполне сознательно устранившись от случая; результат тот же: этилен полимеризуется.

Но обязательно ли никель? Конечно, никель сделал большое дело, он оказался неожиданным ориентиром, указав то направление, по которому надо идти. Но на найденном останавливаться нет смысла, надо пройти по этой дороге до самого конца.

И в течение нескольких дней весь институт буквально сотрясала поисковая лихорадка. Словно клондайкские золотоискатели, брели ученые по таблице Менделеева в поисках еще более активных веществ. И, наконец, среди многих претендентов выбрали ту композицию элементов, которая работала наилучшим образом. К алюминию и углеводородам прибавились еще титан и хлор. В их присутствии этилен превращался в полиэтилен при обычном атмосферном давлении.

Но это было еще не самое замечательное. То есть вообще это было просто замечательно, ибо позволяло избавиться от полутора тысяч атмосфер, а следовательно, и от реакторов, сделанных из пушечной стали; очень сильно снижалась стоимость заводов; словом, этого эффекта уже было вполне достаточно, чтобы громко, на весь мир приветствовать рождение нового катализатора — вещества, ускоряющего химические реакции. Однако, как вы понимаете, этого было бы недостаточно, чтобы занять место в нашей книге, ибо какое же все это имеет отношение к каучуку. И, конечно, если бы на этом дело и кончилось, я бы не стал рассказывать вам эту историю, хотя она и весьма занимательна. Поэтому вы, ничем не рискуя, можете побиться об заклад, что сейчас последует продолжение этой истории, которое в конечном счете приведет каким-то образом к каучуку. Точно так же, как каждая глава, независимо от того, где она брала старт, непременно финишировала около каучука.

Так вот, эта история действительно имела продолжение. Началось оно спустя десять недель после открытия Циглера, в тот момент, когда о нем узнал Джулио Натта, — профессор Миланского политехнического института.

Однако, чтобы все дальнейшее было совершенно понятным, давайте, прежде чем перенестись из Германии в Италию, задержимся на несколько строк где-нибудь по дороге, где никакие события не будут привлекать вашего внимания и поэтому вам волей-неволей придется познакомиться с той азбукой, с которой теперь знаком каждый химик.

И тогда повесть о превращении веществ, повесть, которую написала однажды природа и которую вот уже многие века пытаются прочесть ученые, предстанет на экране вашего воображения в стереоскопическом варианте. Ибо представления о сути химических превращений становятся правильными только тогда, когда учитывается расположение молекул в пространстве.

Природа, сотворившая окружающий нас мир, не забывает об этом никогда. Каждая молекула каучука, рождающаяся в клетках гевеи, обладает строго регулярным строением. И поэтому она прочна и эластична.

Когда химики впервые начали подражать природе в создании каучука, когда искусственно, в колбе, они создавали вещество, которое должно было, по их расчетам, обладать такими же замечательными свойствами, как и натуральный каучук, они еще не знали о жестких законах стереохимии, карающих малейшую небрежность в архитектуре молекул. И поэтому каучуки, которые синтезировали вначале, получались хуже натурального.

При построении молекулы каучука необходимо соблюдать три правила, введенных природой для любого полимерного сооружения, собираемого из сборных элементов, если эти элементы имеют верх, низ, голову и хвост, то есть асимметричны. Если собирать бусы из круглых шариков, нанизывая их один за одним, то от того, каким концом вы их нанижете, рисунок бус не изменится. Если же каждая бусинка имеет неправильную форму или имеет какой-то подвесок, то в этом случае сборка бус требует большого внимания. Стоит, зазевавшись, нанизать хотя бы несколько бусинок подвеском вверх, получится брак.

Так вот, чтобы молекула каучука получилась отличного качества, надо соблюсти три условия.

Первое условие. Нельзя допускать разветвления цепи.

Необходимо, чтобы все звенья были вытянуты в одну нить.

Второе условие. Звенья не должны становиться друг за другом как попало. Иначе каучуковая молекула окажется в положении колонны солдат, стоящих кто лицом вперед, а кто вперед затылком, когда им подают команду “шагом марш”.