Техника - молодёжи 1945-03, страница 9

МОЛЕКУЛЫ РЕШЕТКИ

Изучение пластмасс опять привело химиков к большим молекулам. Правда, американцы братья Хиатт, получившие в 1870 году из смеси спирта, камфоры и продукта обработки целлюлозы азотной кислотой первую промышленную пластмассу— целлулоид, вряд ли связывали главные свойства нового продукта с величиной молекул целлюлозы. Можно также сомневаться, йнолне ли ясно сознавал американец Бакелэнд» в честь которого полученная им в 1907 году важнейшая пластмасса названа «бакелитом», что при образовании бакелита происходит «сшивание» маленьких молекул сырья —фенола (карболки) и формальдегида (формалина) — в огромные молекулы. Это было выяснено несколько позднее. Но когда это установили, путь для победного шествия пластмасс был открыт.

Для искусственного волокна важнее всего нитевидная форма больших молекул. В каучуке отдельные нитевидные молекулы приходится вулканизацией связывать между собою мостиками. Самыми ценными пластмассами оказались такие, у которых огромные молекулы сразу образуются в виде решеток, подобных молекуле-решетке вулканизированного каучука. Только такие пластмассы способны выдержать и высокие температуры и жестокие морозы.

Нитевидные молекулы химики получают из веществ, маленькие молекулы которых могут «сшиваться» друг с другом только своими концами. При получении пластмасс химики, кроме таких веществ, берут еще «мостикообразукицее начало». Так называют они вещества, маленькие молекулы которых могут «сшиваться» с другими звездообразно — в трех ■я более местах. Двумя кучами молекулы «мостикообраэуюшего начала» участвуют в образовании одной нити, а остальными, как мостиками, связываются с соседними нитями. Новая большая молекула растет поэтому одновременно ©о всех направлениях в пространстве и в конце концов становится похожей на сложно переплетенные фермы стального железнодорожного моста.

Никакие растворители не смогут разделить на отдельные нити эти гигантские молекулы-решетки!

Разнообразя исходные продукты, изменяя их соотношения, беря больше или меньше «мостикообразующего начала», можно получить решетки более частые и более редкие, громоздкие и миниатюрные. А в зависимости от этого будут получаться пластмассы с самыми разнообразными свойствами. Мы знаем пластмассы светлые и темные, прозрачные и матовые, гибкие и хрупкие, горючие и огнестойкие. Мы знаем дластмассы прочные, как сталь. Мьс знаем пластмассы, не боящиеся самых крепких кислот. Мы знаем пластмассы-изоляторы, которые выдерживают самые сильные токи.

Получение пластических масс —область техники, границы которой пока еще не видны. То, что сделано в этой области вчера и сегодня, изумляет нас своей грандиозностью. Но кто может поручиться, не покажется ли все это детскими игрушками в сравнении с тем, что будет найдено здесь завтра и послезавтра?

РОЖДЕНИЕ НОВОЙ НАУКИ

Таковы первые результаты химической науки —химии высокомолекулярных соединений, специально занимающейся изучением больших молекул.

Новые науки не возникают по прихоти отдельных ученых. Они рождаются, когда того требуют интересы практической жизни. До начала прошлого века химическое производство не имело дела со сложно построенными химическими соединениями. Сода и поташ, селитра и черный порох, едкие щелочи и кислоты —вот почти и все, что вырабатывалось на химических заводах. Молекулы этих веществ редко насчитывают более 10 атомов.

Молекула пластмассы с помощью молекулы €мостикообразующих» веществ (художник обозначил их треугольниками) растет одновременно во всех направлениях в пространстве.

В XIX веке начинается производство искусственных анилиновых красок, новых взрывчатых веществ, сложных лекарств. Молекулы их построены уже из десятков атомов. И хотя число атомов в молекуле редко превышает 150—200, все же свойства таких веществ настолько своеобразны, что для изучения их выделилась из единой прежде химии новая наука — органическая химия.

В конце XIX, а особенно в XX веке на очередь выдвигается задача производства искусственного волокна, СК, пластических масс. Их молекулы состоят из тысяч, десятков тысяч и даже сотен тысяч атомов. Прежняя органическая химия не имела опыта работы с такими веществами. А они по свойствам во многом отличны от веществ низкомолекулярных (построенных из малых молекул). Поэтому вполне понятна потребность в особой науке, специально изучающей высокомолекулярные вещества.

С возникновением этой потребности и родилась химия высокомолекулярных соединений.

ХИМИЯ БОЛЬШИХ МОЛЕКУЛ

Между небоскребом и землянкой разница не только в количестве людей, которое они могут вместить. В десять тысяч землянок народу войдет, может быть, и больше, чем в небоскреб. Но даже и сто тысяч землянок не заменят одного театра на тысячу зрителей. В небоскребе же таких театров поместится десяток. Это одно из новых свойств небоскреба, как большого здания.

Высокомолекулярные соединения отличаются от низкомолекулярных не только тем, что у них проявляются с большим разнообразием те же свойства, что и у соединений с маленькими молекулами. Огромная величина их молекул сообщает им и совершенно новые свойства, не известные > низкомолекулярных соединений.

Всего только 0,00002 грамма (две стотысячных грамма!) витамина «Д» в сутки требуется для предохранения ребенкч от заболевания рахитом. Одним граммом витамина «Д» можно целый год спасать от рахита 137 детей! Обычная химия малых молекул не могла объяснить эту загадку. Нов ян химия высокомолекулярных соединений дает ключ к ее ре шению.

Крюк, соединяющий вагоны поезда, очень мал по cpai нению с поездом. Но от его прочности зависит безопасность движения всего состава. Два углеродных атома в середина молекулы, нити каучука, — ничтожная "доля всей молекулы, построенной из 26 000 атомов. Но стоит разорвать связь между этими средними атомами — и свойства каучука резко изменятся. Растворы его станут вдвое менее густыми, сильно ухудшится эластичность, значительно понизится прочность и т. д. Для разрыва же связи между средними углеродными атомами молекулы каучука требуется всего только одна молекула кислорода.

Молекула на молекулу!

Но одна из них «весит в 4 260 раз больше другой. Поэтому одного грамма кислорода достаточно для коренного изменения всех свойств 4 250 граммов каучука, или, иначе, на один грамм каучука идет всего лишь 0,000235 грамма кислорода!

По той же самой причине почти незаметные количества такш; низкомолекулярных веществ, как витамины и яды (в молекуле витамина «Д», например, всего 73 атома), один благотворно, а другие способны роковым образом повлиять на поведение клеток живого организма, построенных из огромных белковых молекул.

Постепенно знакомясь с особыми свойствами больших молекул, мы начинаем понимать, почему наиболее сложные из них —белковые вещества — стали носителями самого величественного явления природы — явления жизни.

Гигантская молекула живого белка, построенная иэ многих сотен тысяч, а может быть и миллионов атомов, отличается от молекул каучука, целлюлозы или простейших белков, например шелка, так же, как величайшее и красивейшее здание в мире — Дворец Советов — будет отличаться от серых по своей архитектуре американских небоскребов.

Своими различными частями она может производить самые разнообразные химические действия, а кроме того, благодаря своей величине и сложности проявлять множество особых, до сих пор еще до конца не изученных или даже не открытых свойств. Поэтому она в одно и то же время чувствительна к малейшим внешним воздействиям и стойка, легко разрушается от различных причин и столь же легко приспосабливается к ним. Как сказал один химик, она «живая» в химическом смысле этого слова.

Изучить законы поведения больших молекул, раскрыть до конца их строение, узнать тайны их возникновения и причины разрушения, открыть новые способы технического применения и приблизиться к познанию- сущности явления жизни — задача новой отрасли химической науки.

Химия больших молекул находится в младенческом периоде своего развития. Но она уже добилась таких результатов, которые позволяют верить, что дальнейший путь ее будет отмечен многими и многими великими открытиями.

7