Техника - молодёжи 1960-01, страница 12

Величина молекул может быть измерена фотометром Брайса — Феникса.

туру. Меняя углы наблюдения, как бы заглядывая в зто помутнение то немного более справа, то чуточку более слева, можно составить представление о весе молекул как растворенного полимера, так и растворителя.

Но ученым недостаточно знать вес, а следовательно, размер молекулы полимера. Они хотят представить себе ее форму! Компактна ли она, или ветвиста? Если ветвиста, то в какой степени?

Однако как можно судить о разветвленности чего-либо, если зто «что-либо» нельзя ни увидеть, ни ощупать?

Для зтого тоже существуют косвенные методы. Здесь исследователь тоже идет в обход. Наливают раствор полимера в пробирку. Сила тяжести тянет вниз полимерные молекулы. Они начинают осаждаться. Самые тяжелые идут на дно скорее, а те, что полегче, опускаются медленнее. Скорость оседания молекул зависит от их веса.

Но не только от веса. Чем молекула более ветвиста, тем больше тормозится ее движение вниз. Она как бы цепляется за молекулы жидкости своими веточками.

Если мы знаем, с какой скоростью должны оседать компактные молекулы денного веса, и видим (вернее —- прибор и вычисление говорят нам), что они оседают медленнее, мы можем заключить, что молекулы разветвлены, и даже определить степень их разветвленности. Конечно, для таких подсчетов применяются очень сложные методы, а для самого эксперимента такие приборы, как уже упоминавшиеся ультраценгрифуги, которые создают в пробирках с полимером искусственную силу тяжести, намного более мощную, чем естественная, и тем ускоряют осаждение молекул.

В исследованиях невидимого счет идет не только на молекулы, но и на атомы и даже на электроны. Тогда вместо обычного света пускают в ход рентгеновские лучи. Пучок рентгеновских лучей примерно одной длины волны направляют на исследуемый полимер. Встреча лучей с атомами и электронами полимера дает различные рисунки на фотопластинке. По ним можно судить, как расположены атомы в молекуле полимера.

Гамма-частицы, ионы, магнитные поля, громадные давления входят в инструментарий физической химии полимеров. Все последние достижения физики, химии, механики направлены на изучение полимеров, в том числе и пластических месс.

^ ГАММЫ ПОЛИМЕРОВ

к чему же привели исследования? К созданию обширной и сложной науки о высокомолекулярных соединениях, которой предстоит сделать гораздо больше того, что уже сделано. Чтобы изложить общедоступно основное из этой науки, пришлось бы написать целую книгу — и надо надеяться, кто-нибудь из ученых возьмет на себя этот нелегкий труд. Я только напомню в самых общих чертах о некоторых представлениях в этой области знания.

Во Дворце науки иа Брюссельской выставке 19S9 года я видел несколько экспонатов, состоявших из множества разноцветных шариков, плотно собранных в причудливые гроздья. Каждый шарик обозначал атом, а их «колонии» соответствовали большим молекулам полимеров. Они ветвились, спирально поднимались вверх в виде запутанных цепей, иногда скреплялись друг с другом и образовывали сооружения, похожие на кораллы. Тут были макеты молекул каучука, гемоглобина крови, хлорофилла, хитина жуков, клетчатки древесины и тех нитей, из которых делаются тончайшие дамские чулки...

Трудно было представить себе, что каждое из этих огромных сооружений — только молекулы, не более. Если сравнить такие колоссы с молекулами знакомой всем поваренной соли или серной кислоты, составленными из двух или из семи атомов, то эти крошки выглядят как спички перед столетним дубом.

Казалось бы, не было никакого порядка в ветвистых, пузырящихся тысячами разноцветных бугорков нагромождениях атомов... Однако зто было не так.

При внимательном рассмотрении можно было обнаружить два обстоятельства, обязательных для всех гигантских молекул.

В о-п е р в ы х, они вовсе не были «кучами» атомов, как бывают кучи песка или орехов. Во всем их объеме непрестанно повторялись определенные сочетания атомов, как бы маленькие молекулы.

В о-в т о р ы х, группы атомов следовали друг за другом подобно звеньям цепи. И то и другое удобнее представить себе в процессе создания.

Вначале был мономер. Было вещество, состоящее из небольших молекул. Например, этилен. Это газ, получаемый во время крекинга нефти. Молекула этилена состоит из двух атомов углерода, очень прочно соединенных друг с другом (химики говорят: двойная связь), а к каждому атому углерода присоединены по два атома водорода. Все это можно представить себе в виде скамеечки на четырех наклонных ножках. Доска скамеечки — это два плотно связанных друг с другом атома углерода, четыре ножки — четыре атома водорода.

В массе мономера такие молекулы химически не соединены друг с другом, они существуют отдельно.

Когда под влиянием определенных условий (повышение температуры, давления или в присутствии катализатора и т. п.) молекулы мономера начинают соединяться друг с другом, так сказать, прилипать одна к другой, говорят, что происходит полимеризация. По-гречески «монос» — единичный, а «поли»» — много. Единичные молекулы мономера сочетаются во множественные молекулы полимера.

Так из маленьких молекул мономера этилена, имеющих в своем составе только по шесть атомов, возникают большие, очень большие, гигантские и даже сверхогромные молекулы других веществ — полиэтиленов, вовсе не похожих на мономер, из которого они произошли.

Допустим, что мы объединили в большую молекулу двадцать малых молекул нашего мономера — газа этилена — и на этом прервали полимеризацию. Мы получаем жидкость, обладающую довольно хорошими смазочными свойствами.

Если мы продолжим полимеризацию, так сказать, повысим ее степень и позволим молекулам мономера составить цепочку в полторы-две тысячи малых молекул, у нас возникнет твердый и вместе с тем гибкий материал, из которого хорошо делать гибкие трубы, бутыли и т. д.

Если мы не остановимся и на этом, а будем вести процесс полимеризации дальше, то где-то около пяти или шести тысяч малых молекул, слипшихся вместе, родится очень прочныч, негнущийся, жесткий материал, особенно годный для производства литых изделий.

Так получается гамма полиэтиленов, состоящих из одной и той же группировки атомов, но повторяемой в разных количествах. Таков вообще принцип создания высокомолекулярных веществ в самом простом, примитивном его выражении. Науке известны синтетические вещества, молекулы которых состоят из десятков тысяч атомных групп. Одна та-

8