Чтение онлайн

Высокомолекулярные материалы оказались незаменимыми даже в космосе. Надо ли продолжать рассказ об их разнообразнейшем и все более расширяющемся применении? Стоит ли говорить о капроновых рыболовных сетях и канатах, прочных, не гниющих от сырости? О пластмассовых штампах, с помощью которых формуются металлические детали? О часах, в которых все до последнего винтика изготовлено из фторопласта? О прозрачных, мягких консервных «банках» из полиамидных смол? О полимерном лаке, тонкий слой которого делает куриное яйцо небьющимся, а овощи и фрукты сохраняет свежими всю зиму?

И без того ясно: век полимеров наступил уже сегодня. А завтра мы не сможем ступить и шагу без этих новых материалов.

Наверное, настало время ответить на вопросы, которые уже давно напрашиваются сами собой. Что это за странные такие материалы — полимеры? Как получается, что они могут растягиваться, но и быть прочнее стали, что они способны подниматься куполом от легкого напора воздуха, но и, выполняя роль гвоздей, не гнуться при ударе молотка?

Дело прежде всего в том, что полимеров великое множество. У каждого свои качества. Но и один и тот же полимер нередко может обладать различными и даже порой противоположными свойствами. Чтобы разобраться в этом, нам придется совершить небольшую экскурсию. Хотя путь наш совсем недалек, добраться к цели пешком нам не удастся. Нужен особый транспорт: воображение. К счастью, оно имеется у каждого. Итак, оседлаем свое воображение. И представим…

Мы вдруг уменьшились в миллиарды миллиардов раз. Какими мы стали? Величиной с комара? Меньше. С амебу? Меньше! Такими, как вирус, который свободно проникает сквозь поры фарфора? Нет, еще меньше: вирус нам показался бы величиной с гору!

Оглянемся вокруг. Все неузнаваемо изменилось, будто мы попали в другой мир. Впрочем, это так и есть: мы в микромире. Обычный кирпич теперь для нас примерно такой же большой, как раньше Земля. Стекло без труда можно пройти насквозь — все оно пронизано огромными пещерами. Лист бумаги, на котором напечатаны эти строки, превратился в бесконечные заросли невиданных деревьев, поднимающихся выше гор…

У наших ног рассыпаны странные предметы. Вот, оказывается, какие строительные материалы микромира — атомы!

Этот, самый маленький, — атом водорода. Рядом с ним, побольше, — атом кислорода. Если сложить вместе два кислорода и один водород, получится, как известно, мельчайшая капелька воды, ее молекула.

Молекулы многих камней состоят, в основном, из атомов кремния. Но наиболее удивительный строительный материал микромира — атомы углерода. Из них можно сложить самые разные, самые непохожие вещества. Мягкий графит в карандашах и горючий уголь построены из углерода. Самый твердый камень — алмаз — тоже. Разница только в том, что атомы в этих веществах расположены по-разному. А если к углероду добавить немного других атомов, можно сделать почти все, что угодно. Скажем, один атом углерода и четыре атома водорода — это газ метан. Он горит голубым пламенем в горелках газовых плит. Если соединить два атома углерода, а к ним пристроить шесть атомов водорода, получится другой газ — этан (содержится в нефти). Присоединяя друг к другу все больше атомов углерода и навешивая на углеродную цепочку, словно бусинки на нитку, все новые атомы водорода, мы будем получать все новые вещества. Цепочка из трех, четырех, пяти атомов углерода — это еще газы: пропан, бутан, пентан. А вот ожерелье из шести углеродных звеньев и четырнадцати водородных бусинок уже образует молекулу жидкости, содержащейся в нефти и бензине, — гексан. Еще нарастим ожерелье, — выйдет почти твердое вещество — парафин (из него делают свечи). А если свернуть ожерелье двумя кольцами, получится хрупкий, кристаллический нафталин.

Но все это — простейшие изделия микромира. Из углерода и других атомов образуются необычайные молекулы в виде нитей, бус, цепей, сетей, решеток. Они состоят из сотен тысяч атомов и имеют фантастическую величину: некоторые из молекулярных ожерелий, если бы их растянуть, поднялись бы выше облаков микромира, выше здешних гор. Молекул-гигантов множество. Они переплетаются друг с другом, образуют непролазные заросли, настоящие джунгли.

Вверху: формула этилена; внизу — формула полиэтилена.

Вот из таких молекул и состоят полимеры. Молекулы можно сделать разные. Разные получаются и полимеры.

Как же рождаются молекулы-гиганты? Ученые придумали множество интереснейших способов их создания. Но мы с тобой не будем углубляться в бесконечные молекулярные джунгли слишком далеко: ведь немудрено и заблудиться. Для начала выберем себе молекулу-ожерелье попроще, вытащим ее из вороха других и рассмотрим, что же нам попало в руки.

Какое, оказывается, длиннющее ожерелье! Сколько, интересно, в нем атомов углерода? Раз, два, три, четыре… двадцать… пятьдесят один… тысяча триста, две тысячи… три… четыре тысячи! А около каждого атома углерода по две водородных бусинки. И никаких других атомов нет… Так что же это? Не полиэтилен ли? Да, он самый. Тот, из которого делают водопроводные трубы, бутылки, расчески, пленку для пищевых мешочков, теплиц и надувных домов.

Как химики сооружают полиэтиленовые молекулы? Ведь действовать так, как мы до сих пор говорили («возьмем еще несколько атомов углерода и нарастим ожерелье…»), можно лишь находясь в микромире. Но химики-то живут в нашем обычном, большом мире, откуда атом углерода не рассмотришь ни в какой самый мощный микроскоп. А уж «взять атом углерода», чтобы нарастить ожерелье, и думать нечего. Как же химики выходят из положения?

Очень остроумно. При переработке нефти выделяется газ этилен (в его молекуле два атома углерода и четыре водорода). Его накачивают в большие прочные аппараты и нагревают до 200 градусов. От такой жары и высокого давления молекулы газа сталкиваются и прочно сцепляются друг с другом. Вместо двух атомов углерода в молекуле получается четыре, потом шесть, восемь, десять, двенадцать — и так далее, пока цепь не вырастет до 4–5 тысяч атомов углерода. Лишь тогда можно считать, что полимер родился. Получается, что из двух тысяч молекул этилена вышла одна большая молекула полиэтилена.

Часть макромолекулы полиэтилена.

Кстати, теперь мы можем немного разобраться и в названиях. Вещества, подобные этилену, называют мономерами. «Моно» по-гречески означает «один», «мерос» — «часть». Значит, «мономер» — это «одночастный», то есть вещество, молекула которого представляет собой одну довольно простую частичку. Теперь ясно, что скрывается за словом полимер. Ведь «поли» — это «много». Конечно, полимер — вещество, молекула которого сложена из множества простых частичек. Если эти частички являются молекулами этилена, полимер называют полиэтиленом («многоэтилен»). Когда молекула полимера или — что одно и то же — высокомолекулярного соединения складывается из стирола, получается полистирол, из хлорвинила — полихлорвинил…

Но появление полимера на свет — это лишь полдела. Зачастую главные трудности только и начинаются после рождения дитятки-гиганта. Чтобы полимер «вышел в люди», его приходится воспитывать. А надо сказать, большинство полимеров упрямы, капризны, своенравны. И с ними сладить нелегко.

Воспитанием полимеров (между прочим, это выражение я употребляю не для занимательности — таков научный термин) занимаются особые специалисты — физико-химики. Новый полимер снова нагревают, охлаждают, растворяют, воздействуют на него кислотами, щелочами и другими химическими веществами, продавливают через тончайшие отверстия в стальных дисках — фильеры. В результате таких «педагогических мер» у воспитуемого вырабатываются важные качества: гибкость, прочность, сопротивление действию воды и воздуха.

Но посмотрим, как это делается в жизни. Для примера проследим путь красивого, нежного, мягкого волокна — нитрона.

Сначала берут газ метан. Нагревают его в пламени электрической дуги до 1400 градусов. Молекулы метана спаиваются, углерод прикрепляется к углероду, получается новый газ — ацетилен. Его надо быстро охладить, иначе он превратится в сажу. Теперь ацетилен соединяют с синильной кислотой и получают молекулу бесцветной жидкости — акрилонитрил. А из этих молекул (их нужны тысячи) уже можно сложить целое ожерелье: молекулу удивительного полимера — полиакрилонитрила.