Лев Власов - Занимательно о химии

И химикам пришлось изобретать способы заставить изопреновые звенья свиваться в цепь в нужном направлении.

Первый в мире промышленный искусственный каучук был получен в Советском Союзе. Академик Сергей Васильевич Лебедев выбрал для этого другое вещество — бутадиен:

Очень похожее по составу и строению на изопрен, но полимеризацией бутадиена легче управлять.

Сейчас известно довольно большое количество искусственных каучуков (в отличие от натурального их теперь часто называют эластомерами).

Сам природный каучук и изделия из него обладают существенными недостатками. Так, он сильно набухает в маслах и жирах, малостоек к действию многих окислителей, в частности озона, следы которого всегда присутствуют в воздухе. При изготовлении изделий из природного каучука его приходится вулканизовать, то есть подвергать действию высокой температуры в присутствии серы. Именно так превращают каучук в резину или эбонит. При работе изделий из природного каучука (к примеру, автомобильных шин) выделяется значительное количество тепла, что приводит к их старению, быстрому изнашиванию.

Вот почему ученым пришлось позаботиться о создании новых, синтетических каучуков, которые обладали бы более совершенными свойствами. Есть, например, семейство каучуков под названием «буна». Оно происходит от начальных букв двух слов: «бутадиен» и «натрий». (Натрий играет роль катализатора при полимеризации.) Некоторые эластомеры из этого семейства оказались превосходными. Они пошли в основном на изготовление автомобильных покрышек.

Особенно большое значение приобрел так называемый бутилкаучук, который получают совместной полимеризацией изобутилена и изопрена. Во-первых, он оказался самым дешевым. А во-вторых, на него, в отличие от природного каучука, почти не действует озон. Кроме этого, вулканизаты бутилкаучука, который сейчас широко применяется при изготовлении камер, обладают в десять раз большей непроницаемостью для воздуха по сравнению с вулканизатами природного продукта.

Очень своеобразны так называемые полиуретановые каучуки. Обладая высокой прочностью на разрыв и растяжение, они почти не подвержены старению. Из полиуретановых эластомеров готовят так называемый пенистый каучук, пригодный для обивки сидений.

В последнее десятилетие разработаны каучуки, о которых раньше ученые и не помышляли. И прежде всего эластомеры, на основе кремнийорганических и фтороуглеродистых соединений. Эти эластомеры отличаются высокой термостойкостью, вдвое превосходящей термостойкость природного каучука. Они устойчивы к озону, а каучук на основе фтороуглеродистых соединений не боится даже дымящих серной и азотной кислот.

Но и это еще не все. Совсем недавно получены так называемые карбоксилсодержащие каучуки — сополимеры бутадиена и органических кислот. Они оказались исключительно прочными на растяжение.

Можно сказать, что и здесь природа уступила свое первенство материалам, созданным человеком.

Есть в органической химии класс соединений, получивший название углеводородов. Это действительно углеводороды — в их молекулах, кроме атомов углерода и водорода, больше ничего нет. Типичные наиболее известные их представители — метан (он составляет примерно 95 процентов природного газа), а из жидких углеводородов — нефть, из которой получают различные сорта бензинов, смазочных масел и много других ценных продуктов.

Возьмем самый простейший из углеводородов, метан СН 4. Что получится, если атомы водорода в метане заместить на атомы кислорода? Углекислый газ CO 2. А если на атомы серы? Легколетучая ядовитая жидкость, сернистый углерод CS 2. Ну, а если мы заместим все атомы водорода на атомы хлора? Тоже получим известное вещество: четыреххлористый углерод. А если вместо хлора взять фтор?

На этот вопрос еще три десятка лет назад мало кто мог ответить что-либо вразумительное. Однако в наше время занимается фтороуглеродистыми соединениями уже самостоятельный раздел химии.

По своим физическим свойствам фтороуглероды — почти полные аналоги углеводородов. Но на этом их общие свойства и заканчиваются. Фтороуглероды в отличие от углеводородов оказались крайне реакционнонеспособными веществами. Кроме этого, они в высшей степени устойчивы к нагреванию. Недаром их иногда называют веществами, обладающими «алмазным сердцем и шкурой носорога».

Химическая суть их устойчивости по сравнению с углеводородами (да и другими классами органических соединений) относительно проста. Атомы фтора имеют значительно больший, чем у водорода, размер, а потому плотно «закрывают» доступ другим реакционноспособным атомам к атомам углерода, которые окружают.

С другой стороны, атомы фтора, превратившиеся в ионы, крайне трудно отдают свой электрон и «не хотят» вступать в реакцию с какими-либо другими атомами. Ведь фтор — самый активный из неметаллов, и практически никакой другой неметалл не может окислить его ион (отобрать у его иона электрон). Да и связь углерод — углерод устойчива сама по себе (вспомните алмаз).

Именно в силу своей инертности фтороуглероды и нашли самое широкое применение. Например, пластмасса из фтороуглеродов, так называемый тефлон, устойчива при нагревании до 300 градусов, она не поддается действию серной, азотной, соляной и других кислот. На нее не действуют кипящие щелочи, она не растворяется во всех известных органических и неорганических растворителях.

Фторопласт недаром называют иногда «органической платиной», потому что он изумительный материал для изготовления посуды для химических лабораторий, разнообразной промышленной химической аппаратуры, труб всевозможного назначения. Поверьте, очень многие вещи в мире делались бы из платины, не будь она так дорога. Фторопласт же сравнительно дешев.

Из всех известных в мире веществ фторопласт самое скользкое. Пленка из фторопласта, брошенная на стол, буквально «стекает» на пол. Подшипники из фторопласта практически не нуждаются в смазке. Фторопласт, наконец, чудесный диэлектрик, притом чрезвычайно теплостойкий. Изоляция из фторопласта выдерживает нагрев до 400 градусов (выше температуры плавления свинца!).

Таков фторопласт — один из самых удивительных искусственных материалов, созданных человеком.