РЛССМЗЫ
О БОЛЬШИХ
МСИЕКУИЛХ
ШКОЛЬНАЯ БИБЛИОТЕКА
5. И. Степанов
Рассказы
О БОАЫ11 ИХ
молекулах
Государственное Издательство
Детской Литературы
Министерства Просвещения РСФСР
Москва 1961
С79
Рисунки
Ю. В. Соболевского и Т. Б. Коведяевой
Шелк «создает» гусеница, шерсть —овца, резину —кау-
чуковое дерево. А разве человек не может сделать все
это сам? Должен. И началось соревнование лаборатории
с природой. Сначала пришлось робко подражать приро-
де. Затем научились делать все то, что создает природа.
А теперь умеют получать вещества, которых природа не
знает. «Повелители молекул» — так можно назвать со-
временных химиков, создающих искусственные материа-
лы. Страницам из истории соревнования лаборатории с
природой и посвящена эта книга.
Условные обозначения:
Атом углерода.
Атом водорода.
Атом кислорода.
Атом азота.
Атом серы.
Атом натрия.
Атом хлора.
Атом магния.
A
На выучку к паукам и гусеницам
ет двести с лишним назад знаменитому фран-
цузскому ученому Рене Реомюру, прославившемуся изо-
бретением термометра, прислали кусок материи, соткан-
ной из паутины. Реомюр пришел в восхищение от этой
ткани — необыкновенно легкой и тонкой, упругой и проч-
ной. Паучья нить была бы прекрас-
ным материалом для текстильных
изделий. Но ученый подсчитал,
что все пауки Франции не смогли
бы произвести достаточно сырья
даже для одного завода.
Паучьи фермы, следовательно,
устраивать не имело смысла. Вот то-
гда-то Реомюр и вспомнил о шел-
ковичном черве. Этой гусенице по-
везло гораздо больше, чем паукам.
Ее никогда не выметают с мусором,
как пауков. Наоборот, с незапамят-
ных времен человек заботился о ее благополучии, обере-
гал от врагов, выводил специально сорта деревьев, ли-
стьями которых она питается. И все это ради кокона —
плотной защитной оболочки, которой гусеница окружает
себя перед тем, как превратиться в куколку. Подобно
пауку, ткущему свою паутину, шелковичный червь выпу-
скает густую жидкость, затвердевающую на воздухе в
3
тончайшую шелковую нить, из которой и образуется ко-
кон. Крохотный кокон, весящий вместе с .куколкой менее
трех граммов, дает при размотке шелковую нить почти в
полтора километра длиной.
«Пример, который природа как будто дает нам для
использования, — это шелковичный червь, изготовляю-
щий шелковую нить из густой массы, — писал Реомюр. —
Если научиться у пауков и гусениц готовить такую мас-
су, — думал он, ’— мы сможем производить шелковое
волокно сами, без их помощи».
Словом, на выучку к паукам и гусеницам!
Так с легкой руки Реомюра было положено начало
двухсотлетнему соревнованию человека с шелковичным
червем.
Первая удача
Почти полтора века прошло, пока человек добился
первого успеха. Оказалось, не так-то просто приготовить
густую, как сироп, жидкость, способную затем превра-
титься в твердую нить. Студент Илер де Шардонне, уче-
ник великого французского химика и микробиолога Луи
Пастера, не один год ломал над этим голову. Еще в ше-
стидесятых годах прошлого века, изучая вместе с учите-
лем болезнь шелковичных червей, приносившую огром-
ные убытки французской шелковой промышленности, он
4
с интересом наблюдал жизнь этих прожорливых гусе-
ниц. С жадностью пожирали они листья тутового дерева,
а затем, собираясь окукливаться, неутомимо выпускали
струйку густой массы, застывающую на воздухе в нить.
Сырье — листья дерева, продукция — шелк. Не из листь-
ев ли в организме гусеницы образуется густой раствор?
Химик Шардонне знал, что главная составная часть
клеток растений — целлюлоза, клетчатка. Но как приго-
товить из нее густую жидкость? Целлюлоза нераствори-
ма в воде. Иначе как бы мы стали стирать ситцевые
платья, сатиновые рубашки и другие изделия из хлопча-
тобумажных тканей? Ведь хлопковое волокно — почти
чистая целлюлоза.
Шли годы. Студент Шардонне окончил курс наук,
стал известным ученым и по заданию французского пра-
вительства изучал вопросы, связанные с производством
бездымного пороха. В то время бездымный порох часто
называли хлопчатобумажным порохом, потому что сырь-
ем для него служит хлопковое волокно. Чтобы придать
целлюлозе взрывчатые свойства, ее обрабатывают азот-
ной кислотой, смешанной с серной. Меняя температуру,
продолжительность обработки и количество азотной
кислоты (по-латыни — ацидум нитрикум), получают раз-
личные сорта нитроцеллюлозы. Некоторые из них слу-
жат главной составной частью бездымного пороха.
Вот эти-то продукты обработки целлюлозы азотной
5
кислотой и изучал Илер де
Шардонне. И вскоре он заме-
тил нечто, напомнившее ему
юношеские наблюдения над
шелковичным червем. В отли-
чие от целлюлозы, ее детище —
нитроцеллюлоза — растворима
в смеси спирта с эфиром, тем
самым эфиром, который приме-
няется в медицине для наркоза.
И самое замечательное здесь
то, что раствор получается не
такой, как раствор соли и са-
хара, а густой и вязкий, как
клей. От греческого слова «кол-
ла» — клей, этот раствор на-
зван коллодием, а тот сорт нит-
роцеллюлозы, из которого он
— коллоидным хлопком, коллоидной ватой,
готовится,
коллоксилином.
Коллодий-то и напомнил Шардонне вязкую массу,
выпускаемую шелковичным червем. За палочкой, опу-
щенной в коллодий и затем извлеченной из него, тянет-
ся тоненькая струйка, застывающая в ниточку, — совсем
как у червя. Но вытягивать нити палочкой или иголкой,
как пытались вначале, — неудобно. Гораздо лучше, по
примеру все того же шелковичного червя, пропускать
вязкий спиртово-эфирный раствор коллоксилина сквозь
тончайшие отверстия. Шардонне так и сделал: нагнетал
раствор по трубке в фильеру —
металлический колпачок с от-
верстиями, а навстречу выхо-
дящим из отверстий струйкам
раствора вдувал теплый воз-
дух. Растворители — спирт и
^фир — быстро испарялись, и
тончайшие струйки превраща-
лись в тончайшие твердые ни-
точки.
Коллоксилиновое волокно
очень красиво, совсем как
шелк. Но даже самая отчаян-
ная модница отказалась бы от платья из такого волокна:
оно воспламеняется почти как порох. Чтобы лишить нит-
рошелк этого совсем не обязательного для одежды свой-
ства, его подвергали специальной химической обработке
для обратного превращения нитроцеллюлозы в целлюло-
зу. Внешний вид нитрошелка изменялся от этого мало,
зато безопасность возрастала во много раз.
Лиха беда начало
И вот в 1889 году на всемирной выставке в Париже
Шардонне показал первые образцы своего искусственно-
го шелка. Посетители выставки увидели изделия из тон-
ких блестящих нитей, по виду не отличавшихся от на-
стоящего шелка. Сначала Шардонне держал в секрете
способ производства искусственного волокна. Но вскоре
узнали, .что он изготовил его из хлопка —того самого
хлопка, который идет
для выделки обык-
новенных хлопчатобу-
мажных тканей.
Эта новость взвол-
новала многих ученых
и изобретателей. Так
всегда бывает: важно
подать первую мысль.
И вслед за Шардонне
взялись за работу и
другие химики.
Обязательно ли пре-
вращать целлюлозу в
нитроцеллюлозу, чтобы
сделать ее раствори-
мой? Не проще ли по-
дыскать растворитель для самой целлюлозы? И, когда
такой вопрос был поставлен, оказалось, что этот раст-
воритель известен уже добрых три десятка лет: его
еще в 1857 году открыл немецкий химик Швейцер, по
имени которого его часто называют реактивом Швей-
цера.
Если к раствору соли меди, например медного купо-
роса, прилить раствор аммиака (известный многим под
7
названием «нашатырный спирт»), то в первый момент
выпадает красивый голубой творожистый осадок. По ме-
ре прибавления аммиака осадок этот начинает раство-
ряться, и вскоре образуется прозрачная, чуть зеленоватая
жидкость — медно-аммиачный раствор. Это и есть реак-
тив Швейцера. Опыт Швейцера и в лаборатории, и у себя
дома легко может проделать всякий: приготовить медно-
аммиачный раствор, а затем опустить в него кусочек
?аты>
Вата —пи™Н “истая хлопковая целлюлоза. И, конеч-
но, она нерастворима в простой воде. Но в медно-амми-
ачном растворе она очень быстро набухает, увеличивает-
ся в объеме, становится бесформенной клейкой массой,
а затем теряет собственные
очертания и полностью «рас-
пускается» — переходит в ра-
створ. Этот раствор прозрачен
и, если целлюлозы взять мало,
достаточно подвижен. Но стоит
только прилить к нему кисло-
ту— и объемистые белые хло-
пья целлюлозы мгновенно вы-
падут и осядут на дне сосуда.
Ну, а если процесс высажи-
вания целлюлозы из медно-
аммиачного раствора произве-
8
сти в момент, когда этот раствор выходит из отверстий
фильеры? Ясно, что получится тонкая нить! Так в 1890 го-
ду началось производство искусственного медно-аммиач-
ного шелка.
Шелк ли искусственный шелк?
Грубой ошибкой было бы думать, что химики на этом
успокоились. Плох тот ученый, который считает, что по-
толок в какой-нибудь области науки уже достигнут.
Грош цена науке, не видящей возможности дальнейшего
развития. И успех с медно-аммиачным волокном лишь
подхлестнул усилия химиков.
Как нитратный шелк Шардонне, так и медно-аммиач-
ный шелк получают из хлопковой целлюлозы. Из того
самого хлопка, который исстари служит для выработки
ситца и других хлопчатобумажных тканей. Конечно, ис-
кусственный шелк' из хлопка — вещь стоящая, но при та-
ком сырье ткани из искусственного шелка будут всегда
намного дороже хлопчатобумажных тканей. А кроме то-
го, чем больше хлопка пойдет на производство искусст-
венных волокон, тем меньше его останется для выработки
простых хлопковых волокон. А ведь без них тоже нельзя.
Получается, тришкин кафтан...
Правда, вскоре вместо длинного хлопкового волокна,
идущего на производство тканей, для выработки искусст-
венного шелка стали применять короткий хлопковый пух,
остающийся на коробочках хлопчатника после снятия
длинного волокна. Но и в этом случае искусственный
шелк получается намного дороже тканей из хлопка.
Вот здесь-то и проявилась изобретательность химиков.
Ведь целлюлоза входит в состав не только хлопка. Из
нее построены стенки клеток всех растений, и вместе с
другими веществами оиа образует твердый остов трав
и деревьев. И если можно получить шелк из хлопка, то
нельзя ли изготовить его и из дерева, из обыкновенного
дешевого дерева? Упорной работой химики доказали, что
это возможно. Из древесной целлюлозы они получили
самый дешевый сорт искусственного волокна — знаме-
нитый вискозный шелк. Производство его началось
в 1892 году и быстро достигло очень больших раз-
меров.
9
мов. Мокрый природный шелк
шелковичный червь по-
бежден: шелк мы мо-
жем производить и без
него.
Но не тут-то было!
Искусственный шелк
был куда менее прочен,
чем природный. Нить
природного шелка с по-
перечником в один
квадратный миллиметр
выдерживает груз ве-
сом около сорока пяти
килограммов, а нить
вискозного шелка та-
кой же толщины рва-
лась от нагрузки всего
в двадцать килограм-
почти так же крепок, как
и сухой: он теряет только около одной четверти перво-
начальной крепости. А мокрый вискозный шелк становил-
ся совсем непрочным — слабее сухого более чем вдвое.
Поэтому так рвались вискозные изделия при стирке. Кро-
ме того, вискозный шелк сильно вытягивался при носке.
И, наконец, большим недостатком искусственного
шелка было то, что он очень плохо сохранял тепло. Если
бы кто-нибудь вздумал надеть на одну ногу чулок из при-
родного шелка, а на другую — из искусственного, то он
сразу бы заметил, что чулки греют по-разному. На вто-
рую ногу пришлось бы натянуть один на другой несколь-
ко чулок, чтобы ей было так же тепло, как и первой.
Случайно ли все это? Конечно, нет! Ведь искусствен-
ный шелк только по виду напоминает природный, а в дей-
ствительности он построен совсем из другого материала.
Шелковичный червь производит свой шелк из веществ,
которые химики называют белковыми (потому что по
своим химическим свойствам они . родственны яичному
белку). А шелк Шардонне, вискозный и медно-аммиач-
ный искусственные шелка состоят из целлюлозы—-.той
самой целлюлозы, из которой состоят простые хлопчато-
бумажные ткани: ситец, сатин и другие. Значит, по своей
W
химической природе искусственные волокна были бли-
жайшими родственниками хлопчатобумажных волокон, а
не шелка. А отсюда и все качества...
Как видно, шелковичный червь побежден еще не был.
Разведка действует
Однако химики не унывали. Искусственное волокно
из целлюлозы оказалось хуже природного шелка. Но все
же оно с самого начала было очень ценно, и поэтому
производство его быстро развивалось. А самое главное —
ведь это был всего только первый опыт.
Работа химиков напоминает военные действия. Они
начинают с разведки, а затем, выяснив силы противника,
переходят в наступление. Получение искусственного цел-
люлозного волокна было для химиков всего лишь боевой
операцией разведывательного отряда. Разведка опреде-
лила силы противника: химики узнали, из каких веществ
получаются волокна.
В самом деле, почему из целлюлозы образуются во-
локна, а из сотен других веществ нет?
Чтобы получить ответ на этот вопрос, химикам при-
шлось выяснить, как построена самая маленькая частица
Рис. 1. Молекула
воды.
Рис. 3. Молекула
углекислого газа.
Рис. 4. Молекула
серной кислоту.
Рис. 2. Молекула
аммиака.
Рис. 6. Молекула хлорофилла.
целлюлозы — ее молекула. И здесь открылось много лю-
бопытного.
Все знают, что молекулы очень малы. К примеру,
один кусочек пиленого сахара весом в десять граммов
состоит из стольких молекул, что, вздумай мы съедать
в одну секунду даже по миллиону молекул сахара, нам
пришлось бы есть этот кусочек ни много ни мало пять-
сот пятьдесят восемь миллионов лет...
Но из того, что молекулы столь чудовищно малы, во-
все не следует, что все они одинаковы. Наоборот, среди
них есть свои карлики и свои великаны. Ведь молекулы
различных веществ построены из неодинакового числа
12
разных атомов. Молекула воды — из атомов водорода и
кислорода, молекула аммиака — из атомов азота и водо-
рода, углекислого газа — углерода и кислорода, серной
кислоты — серы, водорода и кислорода, сахара — углеро-
да, водорода и кислорода.
А так как молекула воды состоит всего из трех ато-
мов, то она выглядит крошечным шалашом по сравнению
с молекулой сахара — настоящим зданием из сорока пя-
ти атомов. Но и это здание кажется ничтожным рядом с
такими причудливыми сооружениями в мире молекул,
как молекула хлорофилла — зеленого красящего вещест-
ва растений. Она построена из ста тридцати семи атомов.
С чем же тогда сравнить молекулу целлюлозы, на по-
стройку которой природа не поскупилась затратить до
трехсот тысяч атомов?
Искусственно ли искусственное волокно?
Не менее замечательной оказалась и форма целлю-
лозных молекул. В скромной, по сравнению с целлюлоз-
ной, молекуле хлорофилла сто тридцать семь атомов рас-
положены в виде причудливого узора из множества свя-
занных между собой колец. Легко себе представить, ка-
кие сложные переплетения могут получиться из трехсот
тысяч атомов! И, однако, оказалось, что колоссальная
молекула целлюлозы построена очень просто — гораздо
проще молекул хлорофилла и многих других маленьких
молекул.
Измерьте площадь страницы «Пионерской правды» и
площадь, занимаемую в тексте этой страницы заглавной
буквой «П», и сравните их: площадь страницы «Пионер-
ской правды» будет больше площади буквы приблизи-
тельно в сорок восемь тысяч раз.
Если букву «П» увеличить до размеров страницы, то
сама страница при этом займет около семи тысяч квад-
ратных метров. Гладкая, ровная на вид бумага покажет-
ся нам при таком увеличении сильно пересеченной мест-
ностью со множеством холмов и оврагов,— это выступят
все мелкие шероховатости, не различимые простым гла-
зом.
Но увеличим «Пионерскую правду» еще во столько
же раз. Тогда уже буква «П» раскинется на семь тысяч
щадь в триста тридцать четыре квадратных километра.
Внимательно присмотревшись к бумаге, увеличенной во
столько раз, мы заметили бы, что она состоит из вели-
кого множества тончайших, толщиной около одной деся-
той доли миллиметра, перепутанных между собой нито-
чек. Самые длинные ниточки протянулись бы приблизи-
тельно на десять сантиметров. . Это и есть молекулы
целлюлозы-, входившей в состав растений, — сырья для
изготовления бумаги.
Молекула-нить!
Чтобы рассмотреть эти своеобразные по форме моле-
кулы получше, увеличим и без того неправдоподобно
разросшуюся страницу «Пионерской правды» опять в со-
рок восемь тысяч раз. При этом площадь ее превысила
бы шестнадцать миллионов квадратных километров —
такой страничкой можно было бы покрыть полторы Ев-
ропы или почти всю Южную Америку. При таком увели-
чении молекулы целлюлозы предстали бы перед нами в
виде переплетающихся цепей, построенных из множества
одинаковых звеньев толщиной около двух с половиной
сантиметров и длиной до двадцати метров. От греческих
слов «поли» — много и «мерос» — часть, вещества, моле-
кулы которых построены из множества одинаковых ча-
стей-звеньев, называют полимерными.
Вот как выглядели бы молекулы целлюлозы при уве-
личении площади газетного листа в 48 000 X 48 000 X
X 48 000 раз. Но и при таком почти невообразимом уве-
личении далеко не все.молекулы достигают размеров, из-
меряемых сантиметрами и метрами. Молекулы воды, на-
пример, и тогда выглядели бы крошечными шариками
диаметром менее четырех миллиметров (около 3,8 мил-
лиметра).
Нетрудно подсчитать, что вдоль одной молекулы цел-
люлозы может выстроиться гуськом, вплотную, целое
полчище молекул воды — более пяти тысяч. И если по
сравнению с предметами обычного для нас размера, даже
самыми маленькими, например швейными иглами, моле-
кулы целлюлозы исчезающе малы, то по отношению к
молекулам воды они настоящие гиганты. Именно поэто-
му молекулы такого размера, как у целлюлозы, часто на-
зывают макромолекулами (по-гречески «макрос» — боль-
14
шой, длинный), а вещества, построенные из макромоле-
кул, — высокомолекулярными.
И, когда узнали это, все сразу стало понятно. Волок-
на могут образоваться только из высокомолекулярных
веществ, и притом таких, макромолекулы которых имеют
1нитевидную форму. Именно поэтому волокна получаются
из целлюлозы и не получаются из многих тысяч других
веществ.
Но если так, то вискозные, медно-аммиачные и дру-
гие волокна из целлюлозы, по сути дела, совсем не искус-
ственные! Потому что действительно искусственным
можно назвать только то волокно, длинные нитевидные
молекулы которого приготовлены нами искусственно.
Целлюлоза же с ее макромолекулами образовалась в ор-
ганизме растений без нашего участия.
Выходит, что и с этой точки зрения до победы над
гусеницей было еще далеко.
Цена беспорядка
Но почему же нити искусственного шелка по прочно-
сти так уступают хлопчатобумажным, льняным и дру-
гим нитям, построенным из той же самой целлюлозы?
Заглянем еще раз в толщу бумажного листа. Длин-
ные нитевидные молекулы целлюлозы в бумаге располо-
жены совершенно хаотически. Они изгибаются как попа-
ло, переплетаются между собой, пересекают друг друга
под любыми углами. При таком беспорядке «упаковка»
молекул получается очень рыхлой, напоминая перепутав-
шиеся обрывки ниток, которые занимают гораздо больше
места, чем когда они аккуратно намотаны в клубок или
на катушку. Только в местах пересечений да в тех немно-
гих местах, где некоторые участки соседних молекул слу-
чайно расположились параллельно друг другу, расстоя-
ния между отдельными молекулами невелики. Таких
мест мало. Поэтому силы притяжения, которые действу-
ют между соседними молекулами любых веществ, также
малы.
В этом — одна из причин малой прочности бумаги и
картона. Другая причина заключается в том, что такие
длинные молекулы целлюлозы, о которых говорилось,—
почти двадцати метровые при нашем увеличении — в бу-
15
пять-шесть раз короче. Ясно, что между такими коро-
тышками силы притяжения значительно меньше.
При таком рыхлом строении бумага очень легко под-
вергается внешним воздействиям. Достаточно опустить
бумагу или картон в воду, чтобы крошечные молекулы
воды, устремились в многочисленные промежутки между
нитевидными целлюлозными молекулами. Молекулы во-
ды малы, но их много, они подвижны и энергично растал-
кивают своих гигантских собратьев. И вот уже бумага
начинает раздаваться в длину, ширину и толщину. При
этом она набухает, расстояния между молекулами цел-
люлозы увеличиваются еще больше, а значит, резко па-
дают удерживающие, связывающие их силы. Но об этом
можно не говорить: всякий знает, как легко рвется намок-
шая бумага.
Выходит, что и в мире молекул — как говорят, в
«микромире» (по-гречески «микрос» — малый) — соблю-
дается известное правило: где нет порядка, дисциплины,
организованности, там нет и силы, прочности, устойчи-
вости.
В единении — сила
Однако далеко не вез-
де молекулы целлюлозы
так малы и расположены
так хаотически, как в бу-
маге. В льняном волокне
они гораздо чаще дости-
гают предельной длины и,
что особенно важно, рас-
положены в гораздо боль-
шем порядке. Это неуди-
вительно: льняное волок-
но — важнейшая часть
ствола растения, его глав-
ный опорный, конструк-
тивный материал. Моле-
кулы целлюлозы здесь
расположены вдоль оси
волокна параллельно или-
16
почти параллельно друг
другу. Это дает им воз-
можность теснее сбли-
зиться между собой, и
силы взаимного притяже-
ния между соседними мо-
лекулами оказываются
довольно большими. Не-
даром техническое льня-
ное волокно с поперечни-
ком в один квадратный
миллиметр выдерживает
груз до ста тридцати пяти
килограммов. В едине-
нии — сила!
Рыхлых, беспорядоч-
ных участков в льняном
волокне мало, и молеку-
лам воды проникнуть в глубь волокна не так-то просто.
Потому так медленно и так слабо набухает это волокно,
почти не теряя прочности во влажном состоянии.
Хлопковое волокно по прочности значительно уступает
льняному. В организме хлопка волоконца играют гораздо
I менее ответственную роль, чем у льна. Они не служат
опорой для всего растения. Волокна хлопка — это воло-
• ски на семенах, выполняющие роль паруса, подхватывае-
' мого ветром, когда он разносит семена хлопка на боль-
шие расстояния. Особая прочность здесь не требуется, и
молекулы целлюлозы в хлопковом волокне не так вели-
ки, как у льна, и расположены не в таком строгом поряд-
ке. Поэтому и крепость волокна хлопка значительно
меньше, чем у льна: редко хлопковое волокно поперечни-
ком в один квадратный миллиметр не порвется от пяти-
десятикилограммовой гири. И набухает оно гораздо боль-
ше льна, становясь при этом еще менее прочным.
Молекулы в строю
Ну, а теперь не трудно понять процесс, изготовления
искусственного целлюлозного волокна. В самом деле, для
этого надо молекулы целлюлозы заставить лечь по воз-
можности параллельно и узким пучком.
2 Рассказы о больших молекулах 17
лишнего. Для этого измельченную в щепу древесину ва-
рят с раствором кислой кальциевой соли сернистой кис-
лоты при ста пятидесяти градусах. Посторонние приме-
си разрушаются и растворяются, и остается сероватая
или 'коричневатая масса—техническая целлюлоза. Она
напоминает кашицу, которая образуется при замачива-
нии разрезанной на мелкие куски промокашки.
Техническую целлюлозу промывают и отбеливают.
К сожалению, при таких операциях разрушаются не толь-
ко посторонние вещества: сильно действующие химиче-
ские средства нет-нет, да и порвут длинные молекулы
целлюлозы на более короткие части. А ведь от длины
молекул зависит прочность будущего волокна!
Очищенная целлюлоза поступает на фабрики искусст-
венного волокна. Здесь ее замачивают в растворе едкой
щелочи. Частицы едкой щелочи размерами мало отли-
чаются от молекул воды, то действуют они гораздо энер-
гичнее. Целлюлоза быстро и сильно набухает, расстоя-
ния между ее молекулами увеличиваются настолько, что
теперь уже все участки молекул-нитей доступны дейст-
вию химических веществ. Тогда к набухшей целлюлозной
массе приливают ядовитую, легко летучую и горючую
жидкость с неприятным запахом — сероуглерод. Его мо-
лекулы быстро обступают длинные молекулы целлюлозы,
атакуют их и во множестве присоединяются к ним. Ино-
гда после этого добавляют слабый раствор едкой щело-
чи, изменившиеся частицы целлюлозы окончательно те-
ряют связь друг с другом и начинают самостоятельную
жизнь, более или менее свободно передвигаясь среди ма-
леньких молекул воды и щелочи. А это'значит, что цел-
люлоза (вернее, вещество, которое получилось из нее)
растворилась.
Что молекулы целлюлозы в растворе передвигаются
«более или менее» свободно, сказано не случайно. Совсем
свободно таким молекулам двигаться трудно — они ме-
шают друг другу. Эти длинные, неуклюжие молекулы
неповоротливы, задевают друг друга. Именно поэтому
растворы высокомолекулярных веществ с нитевидными
молекулами получаются густыми, вязкими, как клей. От
латинского слова «вискозус» — клейкий — раствор веще-
18
ства, который образуется при обработке целлюлозы ед-
кой щелочью и сероуглеродом, получил название «виско-
за». Но все же это раствор. А химикам только этого и
нужно. Молекулами в растворе легче командовать, чем
когда они сбились в плотную кучу и прочно цепляются
друг за друга, как в твердом состоянии.
Теперь их предстоит построить в нужном порядке —
параллельно друг другу. Команда подается своеобразно:
раствор перекачивают по трубам. А во время движения
по прямой как угодно не расположишься! Бревно в
быстрой реке никогда не плывет поперек течения: невы-
годно, сопротивление большое. И нитевидные молекулы
поневоле вытягиваются вдоль трубы. Конечно, это не
жесткие бревна и полного порядка здесь добиться труд-
но. Все же известное упорядочение достигается. Тогда
на пути вискозного раствора ставят препятствие: на ко-
нец трубы надевают фильеру. Попадая в ее отверстия,
вязкая жидкость разбивается на тончайшие струйки.
А когда они выходят из отверстий в фильере, их на-
стигает новая команда: стать в положение «смирно!»
Струйки вискозы попадают в осадительную ванну — в
раствор веществ, отрывающих от молекул целлюлозы
присоединившиеся к ним остатки сероуглерода. Теперь
уже ничто не мешает освободившимся нитевидным цел-
люлозным молекулам вновь сблизиться друг с другом и
сцепиться силами притяжения. Но при этом они теряют
свободу передвижения и мгновенно застывают. Тончай-
шая струйка вискозного раствора превратилась в тончай-
шую нить вискозного волокна.
Еще одна команда
Но и это еще не все. Молекулы целлюлозы в образо-
вавшейся нити расположены более или менее — опять
«более или менее»! — параллельно. Но все же «упаков-
ка» далеко не такая плотная, как в хлопке, не говоря уже
о льне. А это значит, что прочность нити будет мала и
набухать она будет больше, чем нужно. Тем более что в
процессе растворения и осаждения целлюлозы ее моле-
кулы опять подвергались воздействию веществ, способ-
ных порвать их на части. И действительно, размер мо-
лекул целлюлозы в вискозном шелке раз в пять—десять
2*	19
вискозных нитей при таком способе производства раза в
два с лишним меньше, чем хлопковых?
Чтобы повысить крепость волокна, необходимо умень-
шить в нем расстояния между целлюлозными молекула-
ми и заставить их лечь в более строгом порядке. Нужна
еще одна команда: «подравняться!» И вот нити в тот
самый момент, когда они только-только образуются из
вискозного раствора при выходе из фильеры и еще не
вполне затвердели, начинают сильно вытягивать. Проис-
ходит то же, что со спутанным клубком при растягива-
нии: длинные молекулы, еще не успевшие прочно сце-
питься друг с другом силами притяжения, сближаются и
располагаются в более строгом порядке — почти парал-
лельно. Вот теперь между ними возникнут гораздо боль-
шие силы притяжения, чем до вытяжки. За счет вытяжки
в момент образования удается весьма значительно повы-
сить прочность искусственного волокна.
Звено цепочки
Итак, разведка показала химикам, что все их так
называемые искусственные волокна: нитратный шелк
Шардонне, медно-аммиачный шелк, вискозный шелк —
в действительности такие же целлюлозные волокна, как
природные хлопковое и льняное. Но тогда и ожидать
большой разницы в свойствах этих искусственных воло-
кон и обычных целлюлозных не приходится. При всем
различии во внешнем виде сходство по химическому
составу будет играть главную роль. И, хотя по виду вис-
коза больше похожа на шелк, чем на хлопок, тепло, на-
пример, она сохраняет хуже хлопка.
Но если так, то надо изменить химический состав во-
локна! На то и химия, чтобы превращать одни вещества
в другие. Ведь именно в этом отличие химии от других
наук, изучающих природу.
Еще раньше чем химики установили форму молекул
целлюлозы, они уже знали, что эти молекулы построены
из атомов углерода, водорода и кислорода. Если бы мы
могли прогуляться вдоль нитевидной, цепеобразной мак-
ромолекулы целлюлозы, мы увидели бы, что каждое зве-
но цепочки состоит из шести атомов углерода, десяти
20
Рис. 1Л Молекула целлюлозы.
СПИРТОВАЯ
ГРУППА
СПИРТОВАЯ
Рис, 8. Молекула этилового спирта.
Рис. 9. Молекула метиловоги спирта.
пять атомов углерода и один атом кислорода соединены
друг с другом в кольцо, вернее, в правильный шести-
угольник.
Шестой атом углерода сбоку присоединен к одному
из углеродных атомов шестиугольника, и с ним связан
атом кислорода, соединенный с атомом водорода. Такие
пары из кислородного и водородного атомов имеются во
всех спиртах: и в винном (этиловом), и в древесном (ме-
тиловом), и в других, поэтому химики называют их
спиртовыми ‘ группами. Две точно такие же спиртовые
группы присоединены к двум углеродным атомам, входя-
щим в шестиугольник.'
Таким образом, из шести атомов углерода пять нахо-
дятся в кольце (шестиугольнике),- а шестой отходит в
сторону. Из четырех атомов кислорода один — в том же
кольце, а три остальных — в составе спиртовых групп.
Из десяти атомов водорода три — в составе спиртовых
групп, остальные семь связаны с углеродными атомами:
по одному с кольцевыми и два с присоединенным
сбоку.
Два противоположных углеродных атома в шести-
угольнике с помощью атомов кислорода соединены с точ-
но такими же звеньями — шестиугольниками. Эти атомы
кислорода словно приковывают звенья друг к другу, об-
разуя цепь.
Полуискусственное
Идя вдоль молекулы целлюлозы, построенной из та-
ких звеньев, мы прежде всего обратили бы внимание на
спиртовые группы — ведь они направлены в стороны от
оси молекулы, по три от каждого звена. Эти спиртовые
группы — самые активные, самые уязвимые места цел-
люлозной молекулы, потому что атом водорода довольно
легко отрывается от кислородного атома при химических
реакциях. При действии азотной кислоты он отрывается
и на его место становится остаток азотной кислоты — по-
лучается нитроцеллюлоза; на этом основано производ-
ство шелка Шардонне. При действии реактива Швей-
цера— медно-аммиачного раствора — на его место ста-
новится атом меди; на этом основано производство
22
Рис. 10. Часть молекулы нитроцеллюлозы.
Рис. 12. Молекула целлюлозы
после обработки сероуглеродом
и щелочью.
Рис. II. Молекула целлюлозы
после обработки едкой щелочью.
—...... 44v. ...4Z.	l-MV-lUU. &Л|УГ1
ствии едкой щелочи и сероуглерода
на его место становится группа
атомов, возглавляемых серой; на
этом основано производство вискоз-
ного шелка.
Но во всех этих случаях в конце
концов атомы и группы атомов, за-
менившие водород в спиртовых
группах целлюлозы, снова отщепля-
ются и на их место опять возвра-
щается водород. Задумав переде-
лать химический состав волокна,
химики решили водород спиртовой
группы заменить окончательно. Обрабатывая целлюлозу
уксусной кислотой, они вводят в каждое звено молекулы
целлюлозы вместо атомов водорода двух спиртовых
групп остатки уксусной кислоты.
Получается ацетилцеллюлоза (от латинского назва-
ния уксусной кислоты «ацидум ацетикум»). Она нераст-
ворима в воде, но легко растворяется в ацетоне. Ацетон—
легко летучая жидкость. Он кипит всего при пятидесяти
Рис. 13, Часть молекулы ацетилцеллюлозы.
шести градусах. И если навстречу струйкам ацетонового
раствора ацетилцеллюлозы, выходящим из отверстия
фильеры, подавать горячий воздух (как в производстве
шелка Шардонне), ацетон быстро испаряется и струй-
ки превращаются в нити. Так производят ацетатный
шелк.
Ацетатное волокно очень красиво, нити его блестят и
выглядят гораздо приятнее вискозного и медно-аммиач-
ного шелка. Но разница не только во внешнем виде.
Изменение химического состава в корне изменило свой-
ства волокна. Ацетатный шелк плохо смачивается водой,
почти не набухает и не теряет прочности во влажном
состоянии. Вот что могут сделать всего два остатка
уксусной кислоты, присоединенных к каждому звену мак-
ромолекулы целлюлозы!
Ацетатный шелк — это уже действительно искусствен-
ное волокно: ничего подобного нет в природе. Ни одно
растение, ни одно животное не вырабатывает в своем
организме ацетилцеллюлозу — целлюлозу, обработанную
уксусной кислотой. Правда, основой макромолекулы аце-
татного волокна все же служит природная целлюлоза,
так что некоторые все же могут еще говорить, что это во-
локно только наполовину искусственное. И, пожалуй, они
будут правы... Но так или иначе, а создание ацетатного
волокна — большой шаг на пути к подлинно искусствен-
ному волокну.
Шерсть из простокваши
Ну, а как же состязание с шелковичным червем? Был
ли он побежден получением ацетатного шелка? Строго
говоря—нет. По внешнему виду ацетатный шелк не усту-
пает, а может быть, даже превосходит натуральный. Но
по свойствам отличается от него очень сильно. Ибо аце-
тилцеллюлоза и белковое вещество фиброин, из которого
состоит природный шелк, имеют совершенно иную хими-
ческую природу.
Но если так, то надо получить искусственное волокно
из белкового сырья. Химики так и сделали. Они повели
настоящее наступление на шелковичного червя.
Началось наступление не вполне удачно. Впрочем,
многие считают эту неудачу большой удачей. Химики
25
хотели получить искусственный шелк, а по ошибке получи-
ли искусственную шерсть. Стоит ли осуждать их за это?
Подбирая подходящее белковое сырье, химики вспом-
нили простоквашу и творог. Конечно, та простокваша,
которую мы едим, и тот творог, который образуется, ко-
гда эта простокваша постоит в теплом месте и от нее от-
делится сыворотка, были бы слишком дорогим сырьем
для искусственного волокна. Для этой цели используют
простоквашу из снятого молока — после отделения жира
на маслобойке. Из такой простокваши и творог получает-
ся обезжиренный. А это очень ценно: жир только мешает
производству волокна, загрязняет аппаратуру, ухудшает
качество волокна.
Обезжиренный творог это содержащееся в молоке бел-
ковое вещество — казеин. Вот из этого-то белка химики
и хотели получить искусственный шелк. Они поступили
с казеином совершенно так же, как и с целлюлозой. При-
готовили густой казеиновый раствор и продавили его
сквозь узкие отверстия. Казеин в воде (нерастворим, но
превосходно растворяется в растворе едкой щелочи или
аммиака — нашатырном спирте. Такой раствор и пусти-
ли через фильеру. Получились тончайшие струйки, кото-
рые направили в слабый раствор кислоты. При действии
кислоты казеин выпадает из раствора — струйки затвер-
девают и образуются нити — мягкие, упругие, с приятным
матовым блеском, очень напоминающие прекрасную
ангорскую шерсть.
Шелк опять не получился. Но зато искусственная
шерсть оказалась настолько хорошей, что во многих стра-
нах начали строить заводы для производства такой
шерсти.
Почему же все-таки вместо шелка получилась шерсть?
Химики это выяснили.
Молекула фиброина
И шерсть и шелк — белковые вещества. Это тоже вы-
сокомолекулярные вещества, но макромолекулы их слож-
нее, чем у целлюлозы. Кроме углерода, водорода и кис-
лорода, в постройке макромолекул всех белковых
веществ обязательно участвует еще и азот. Если бы мы
АММОНИЕВАЯ ГРУППА,
НЕСУЩАЯ ПОЛОЖИТЕЛЬНЫЙ
ЗАРЯД
КИСЛОТНАЯ ГРУППА,
\ НЕСУЩАЯ ОТРИЦАТЕЛЬНЫЙ
ЗАРЯД
СПИРТОВАЯ
АМИДНАЯ СвЯЗЬ-*
остаток фенола
Рис. 14. Молекула фиброина-
МОЛЕКУЛА ФЕНОЛА
(карболовой кислоты)
mui ли пригулмтю идиль иелкивии молекулы, мы сразу
же обратили бы внимание на то, что в основе ее лежит це-
почка, в каждом звене которой роль остова играют три
атома: один — азота и два — углерода. Азот-углерод-уг^
лерод; азот-углерод-углерод; азот-углерод-углерод... Атом
азота обычно связан еще с атомом водорода, а один из
соседних с ним атомов углерода всегда связан с атомом
кислорода. Что же касается второго соседа азота, то
здесь дело обстоит сложнее. Этот атом углерода либо
связан с двумя атомами водорода, либо вместо одного из
них стоит более или менее сложная комбинация различ-
ных атомов. Эта группа отходит в сторону от оси моле-
кулы ^-«главной цепи», и потому ее называют «боковой
цепью». Различия в величине и характере боковых цепей
и обусловливают великое разнообразие белковых ве-
ществ.
Фиброин — белковое вещество природного шелка —
относится к числу самых простых белков. Во-первых,
больше трети звеньев его макромолекулы вообще не
имеет боковых цепей. А во-вторых, из имеющихся боко-
вых цепей значительная часть — самые короткие из всех
возможных: они состоят всего из одного углеродного и
трех водородных атомов. Такие коротышки присутству-
ют почти у четвертой части всех звеньев молекулы фиб-
роина.
Спиртовые группы, которых так много в молекулах
целлюлозы — по три в каждом звене!—в фиброине встре-
чаются редко: лишь в боковой цепи одного из каждых
семи звеньев. Зато — и это очень серьезное отличие бел-
ковых веществ от целлюлозы — в каждом сотом звене
молекулы фиброина на конце боковой цепи стоит групп-
ка из одного углеродного и двух кислородных
атомов, несущая отрицательный электрический заряд.
Точно такие же группки есть в молекулах муравьиной,
уксусной, щавелевой и любой другой органической кисло-
ты, — химики их так и называют — кислотными. Более
слабые кислотные группы, называемые фенольными (по-
тому что они есть в очень слабой карболовой кислоте —
феноле), присутствуют в каждом десятом-одиннадцатом
звене. Немного реже, но все же в достаточном количест-
ве— через каждые полсотни звеньев — встречаются в
молекулах шелка группки из одного атома азота и трех
2Я
атомов водорода, несущие положительный электрический
заряд. Подобные группки содержатся в солях аммония
(например, в аммиачной селитре, сульфате аммония и
других азотных удобрениях), за что и получили название
аммониевых.
Присутствие в молекулах шелка составных частей, не-
сущих положительные и отрицательные заряды, имеет
огромное значение для свойств волокна. Противоположно
заряженные группки соседних белковых молекул притя-
гиваются друг к другу во много раз сильнее, чем группы
атомов, не имеющих электрического заряда. А раз силы
сцепления между макромолекулами велики, расцепить
их, увеличить расстояние между ними, проникнуть в их
толщу не так-то просто. Именно поэтому натуральное
шелковое волокно так прочно и так мало набухает в воде.
Кератин сложнее
Кератин — белковое вещество шерсти—гораздо слож-
нее фиброина. В макромолекулах кератина почти все
звенья имеют боковые цепи, и притом главным образом
длинные и сложные. Боковые цепи отсутствуют лишь в
каждом стосемидесятом звене, а короткие боковые це-
почки— из одного углеродного и трех водородных ато-
мов— встречаются лишь через двадцать семь звеньев.
Во всех остальных звеньях — длинные боковые цепи из
трех и более атомов углерода или сложные, с кольцеоб-
разными группировками атомов.
Гораздо больше, чем у шелка, в молекулах кератина
шерсти заряженных кислотных и аммониевых групп. От-
рицательно заряженные кислотные группы в боковых це-.
пях встречаются через каждые пять-шесть звеньев, более
слабые кислотные группы — фенольные—через каждые
двадцать, а положительно заряженные аммониевые —
всего через три-четыре звена.
Очень важно, что, кроме атомов углерода, водорода,
кислорода и азота, которые служат обязательными строй-
материалами молекул любых белков, в молекулах кера-
тина присутствуют еще и атомы серы. Почти в каждом
девятом звене есть боковая цепь с атомом серы на конце.
Сера очень влияет на свойства белковых веществ. Атомы
29
Рис. 15. Молекула кератина.
серы двух соседних макромолекул белка очень легко
связываются друг с другом прочной химической связью.
Это еще больше затрудняет разъединение отдельных мо-
лекул кератина.
Теория шестимесячной завивки
Большое различие в деталях архитектуры макромо-
лекул двух белковых веществ — фиброина и кератина —
вызывает большое различие в их свойствах. Прежде все-
го это отражается на форме макромолекул. Макромоле-
кулы фиброина почти прямые, они лишь плавко изгиба-
ются. У кератина же макромолекулы извиваются, как
лати1нская буква S. Дело в том, что в молекуле кератина
так много кислотных и аммониевых групп, обладающих
электрическими зарядами, что, стоит только молекуле по
какой-либо причине изогнуться, и она уже надолго так
и останется: ее положительные группы притянутся к от-
рицательным группам соседней и она не сможет распря-
миться. В молекуле же фиброина боковых цепей мало, и
они не могут помешать молекуле вновь распрямиться,
если она изогнулась от действия внешних сил.
Способность макромолекул шерсти с помощью боко-
вых цепей закреплять свою форму позволяет осуществ-
лять важные производственные процессы. Шерсть
подвергают обработке, чтобы нарушить связи между
боковыми цепями соседних макромолекул. В этот момент
нитевидная молекула легко меняет форму: сильнее
извивается, если волокно не закреплено, или, наоборот,
распрямляется, если волокно вытягивают. В любом слу-
чае упругость волокна резко падает и ему легко придать
любую форму. А затем прекращают обработку, нарушаю-
щую связи между боковыми цепями соседних молекул.
Тогда возникают новые связи, но уже между молекула-
ми, изогнутыми по-новому. Волокно снова приобретает
упругость и прочно сохраняет приданную ему новую
форму.
Связи между боковыми цепями соседних молекул ке-
рати1на нарушают обработкой паром, теплым раствором
мыла или некоторых других веществ. Если такой обра-
ботке подвергают шерстяное волокно, то за счет усиле-
ния изогнутости молекул кератина происходит сильная
31
и ооразуется единая, плотная масса — войлок, если взять
грубую шерсть. Если взять шерсть тонкую, получается
фетр. Таким же способом делают и валяную обувь — ва-
ленки.
Рис. 16. Молекула кератина после усадки.
Если же подобной обработке подвергнуть шерстяную
ткань, то за счет усадки ткань уплотнится настолько, что
отдельные ниточки и рисунок переплетения нитей не бу-
дут видны — получится сукно.
На изменении степени изогнутости. молекул шерсти
основан еще один «важный» производственный процесс—
шестимесячная завивка волос. Ведь человеческий волос-
ато та же шерсть! И хоть это и не очень лестно созна-
вать, но по своему химическому составу она мало отли-
чается от овечьей. И по свойствам также. Поэтому воло-
сы можно подвергать точно таким же обработкам.
Парикмахеры прочно закрепляют волосы на специальных
приспособлениях, придающих им нужную форму, а затем
обрабатывают теплом и специальными составами, нару-
шающими связи между боковыми цепями соседних моле-
82
кул кератина. Волосы теряют упругость и принимают
нужную форму. Тогда прекращают обработку. Между
макромолекулами кератина возникают новые связи,
упругость волос восстанавливается; но они уже прочно,
надолго сохраняют приданную им форму — укладку.
Конечно, при завивке волос их подвергают обработке
в закрепленном состоянии. Иначе произойдет сильная
усадка и вместо красивой прически получится комок
войлока, и притом очень скверного качества. Ведь чело-
веческий волос, как правило, гораздо толще, грубее ове-
чьей шерсти.
Ничего подобного нельзя проделать с волокном нату-
рального шелка. Слишком мало в его молекулах боковых
цепей. Поэтому часто применяемое сравнение «волосы
точно шелк» с точки зрения химии белковых веществ
несостоятельно. И это очень хорошо для любительниц
модных причесок: будь у них волосы действительно шел-
ковыми, пришлось бы им весь свой век ходить с гладки-
ми, прямыми косами.
Ну, а теперь легко догадаться о причине неудачи, по-
стигшей химиков с волокном из казеина. По своему со-
ставу, строению и форме макромолекулы казеина гораз-
до ближе к кератину шерсти, чем к фиброину шелка. Вот
почему химики, пытаясь получить из простокваши шелк,
неожиданно получили шерсть.
а» Производство длинных молекул
Двести лет гусеница побеждала своим мастерством
человека. И все же ее первенству пришел конец, потому
что химики, научившись сначала изготовлять волокна из
природных больших нитевидных молекул, открыли нако-
нец способ делать такие молекулы искусственно.
Ученые «связали» друг с другом множество малень-
ких молекул и получили длинную цепочку-молекулу, в
которой каждая исходная маленькая молекула стала от-
дельным звеном.
Конечно, это не простое дело приготовить длинную
молекулу из маленьких. Надо было найти скрепки, спо-
собные прочно сцепить между собой отдельные молеку-
лы, превратить их в одно целое. И притом не простые
скрепки: соединять ведь предстояло сверхкрошечные
3 Рассказы о больших молекулах 33
прежде чем химики нашли такие скрепки.
Оказалось, что далеко не всякие молекулы можно свя-
зать друг с другом. К этому пригодны только те из них,
у которых есть слабые места — где атомы непрочно со-
единены между собой.
Химики поступают с такими молекулами, как с корот-
кими цепочками, когда из них составляют длинную цепь:
разъединяют крайние звенья отдельных кусков, а затем
сцепляют их.
Непрочно связанные атомы маленьких молекул — это
и есть крайние звенья цепочек. Их разъединяют с помо-
щью высокой температуры, высокого давления, сильно
действующих химических средств и т. д. Под их воздей-
ствием слабые связи между атомами разрываются; на
мгновение на концах маленьких молекул появляются сво-
бодные, незанятые связи. Они-то и служат теми скрепка-
ми, с помощью которых отдельные маленькие молекулы
соединяются друг с другом в одну длинную молекулу-
цепочку.
По мере того как молекулярная цепь удлиняется, ме-
няются и свойства вещества, состоящего из этих молекул.
Один американский химик сделал интересное наблю-
дение. Он приготовил ряд веществ, отличающихся между
собой тем, что их молекулы построены из разного числа
совершенно одинаковых маленьких молекул. Оказалось,
что если на приготовление длинной молекулы пошло два-
дцать девять маленьких, то волокна из полученного
продукта не образуются. Вещество, молекулы которого
получены из тридцати трех тех же маленьких молекул,
образует волокна, но очень короткие. При связывании
в нитевидную молекулу сорока трех маленьких молекул
получается продукт, способный образовывать длинные
волокна, но крайне непрочные. Вещество, нитевидные
молекулы которого получены соединением пятидесяти
пяти маленьких молекул, дает волокна хотя еще и очень
непрочные, но уже способные вытягиваться после охлаж-
дения и затвердевания. При связывании ста маленьких
молекул получается вещество, волокна из которого при
поперечнике в один квадратный миллиметр выдерживают
груз в двенадцать с половиной килограммов — все еще
вдвое меньше самого плохого вискозного шелка! И толь-
34
ко при получении нитевидных молекул не менее чем из
трехсот маленьких молекул образуются вещества, при-
годные для выработки практически ценных искусствен-
ных волокон.
Так сильно зависят свойства волокон от длины макро-
молекул, из которых они построены!
Поправки химиков
Волокно, состоящее из таких молекул, — это уже в
полном смысле слова искусственное, или «синтетическое»
(по-гречески «синтезис» — составление). Синтетическим
химики называют это волокно в отличие от волокон ви-
скозного или казеинового, то есть приготовленных из при-
родных высокомолекулярных веществ.
Но если можно изготовлять, синтезировать большие
нитевидные молекулы, то зачем в точности подражать
шелковичному червю? Нельзя ли создать волокно получ-
ше, чем природное шелковое?
В молекуле-цепочке природного шелка не все звенья
одинаково хороши. Некоторые из них ухудшают свойства
волокна, и было бы неплохо заменить их другими. Гусе-
ница, очевидно, не способна это сделать (ей это, навер-
ное, и не нужно), а химики могут.
В молекуле фиброина шелка главная цепь атомов по-
строена чередованием двух атомов углерода и одного
атома азота: азот-углерод-углерод; азот-углерод-углерод;
азот-углерод-углерод... При этом один из углеродов — со-
седей азота — всегда связан с атомом кислорода. Кисло-
род ослабляет связь между углеродом и азотом — это ме-
сто слабое в макромолекуле шелка. Именно в этом месте
"молекула в первую очередь разрывается при химических
воздействиях, например при стирке — кипячении с мылом
и содой. А ведь такие слабые места — их называют амид-
. ными связями — в главной цепи макромолекулы фиброи-
на и любого другого белка повторяются через каждые
три атома!
Нельзя ли получить макромолекулу без амидных свя-
зей? Можно, но тогда это вещество не будет иметь ничего
общего с белковыми веществами: амидные связи — наи-
более характерная особенность молекул всех белковых
веществ.
3
35
таких слабых мест в молекуле? Вот это оказалось воз-
можным. Химики получили вещества, в макромолекулах
которых амидные связи встречаются не чаще чем через
шесть-семь атомов главной цепи.	*
Это — первая поправка химиков к плану молекулы
природного шелка.
Вторая поправка касается боковых цепей. Главное
отличие шерсти от шелка в том, что в молекулах керати-
на шерсти много длинных и сложных боковых цепей, а в
молекулах фиброина шелка мало, да и те, что имеют-
Рис. 17. Молекула капрона.
ся, короткие. Значит, отсутствие боковых цепей благо-
приятствует проявлению «шелковых» свойств белкового
вещества. Но если так, то не лучше ли обойтись вообще
без боковых цепей? Химики так и сделали — и не просчи-
тались.	•
Они приготовили, например, волокно «капрон». В его
макромолекуле есть только главная цепь атомов — боко-
вых цепей нет. В этой главной цепи шесть атомов углеро-
да чередуются с одним атомом азота: азот-углерод-угле-
род-углерод-углерод-углерод-углерод; азот-углерод-угле-
род-углерод-углерод-углерод-углерод; азот-... Каждый
азот связан с одним атомом водорода, каждый из пяти
углеродов —с двумя водородами, а шестой, стоящий, по
соседству с атомом азота, связан с кислородом. Вот и
все! Только на концах длинных молекул капрона стоят
с одной стороны кислотная группа, а с другой — аммо-
ниевая.
36
Шелковичный червь побежден
углерода, свя-
амидная связь
Получают капрон из капролактама. Так называют ве-
щество, молекула которого построена в виде семизвенно-
го кольца. Пять звеньев кольца — атомы
занные каждый с двумя атомами водо-
рода. Шестое звено — углерод, связанный
с кислородом. А седьмое — азот, связан-
ный с одним водородом. Таким образом,
между шестым углеродом и азотом —
амидная связь.
Капролактам, нагревают с небольшим
количеством воды до температуры около
двухсот пятидесяти градусов. В этих ус-
ловиях кольцо разрывается. Как всегда,
разрыв происходит в самом слабом месте:Рис- 18- МолекУла
где тонко, там и рвется... Слабое место в капР°лактама-
молекуле-кольце капролактама — амид-
ная связь. После ее разрыва кольцо на мгновение
превращается в маленькую цепочку. На одном конце ее
атом азота, соединенный с водородом, на другом — атом
углерода, соединенный с кислородом. У азота и углеро-
да — по свободной связи: результат размыкания кольца.
Молекулы со свободными связями долго существовать
не могут, они крайне неустойчивы. И, чтобы ликвидиро-
вать эту неустойчивость, остатки колец — обрывки цепо-
Рис. 19. Молекула капролактама после разрыва кольца.
чек— соединяются друг с другом: азот с углеродом, угле-
род с азотом. Возникает длинная молекула-цепь, молеку-
ла-нить со множеством амидных связей. По-гречески
«поли» — много, и для краткости подобного рода вещест-
ва называют полиамидами. В данном случае полиамид
образовался из остатков капролактама, поэтому его имя
собственное — «поликапролактам». А отсюда для просто-
ты—обычное название «капрон».
87
Капрон — полимер, так как его молекула составлена
из множества простых составных частей. А капролак-
там— эта простая составная часть—мономер, от грече-
ского слова «монос»— один. Соединение маленьких мо-
лекул мономера в макромолекулу полимера называют
полимеризацией.
После полимеризации капрон получается в виде рас-
плавленной смолообразной массы. Охлаждаясь, смола
застывает в твердое вещество цвета слоновой кости —
слегка желтоватое. Для получения волокна затвердев-
шую смолу снова расплавляют и пропускают через
фильеру. Тончайшие струйки расплава, выходящие из от-
верстий фильеры, застывают, и образуются твердые ни-
ти. В момент застывания их сильно вытягивают, как и
при производстве вискозного шелка, для повышения проч-
ности волокна.
Капрон и другие синтетические полиамидные волокна
(которые отличаются от капрона тем, что амидные связи
в их макромолекулах повторяются чаще или реже: наши
анид и энант, американский найлон, чехословацкий си-
лон, польский стилон, голландский энкалон, швейцарский
грилон и другие) обладают исключительно редким и
удачным сочетанием красивого, изящного внешнего вида
с высокой прочностью. Эти синтетические волокна по сво-
ему качеству оставляют далеко позади не только искусст-
венные целлюлозные волокна, но и сам природный шелк.
Нитка из обычного полиамидного волокна легко вы-
держивает такой же груз, как и шелковая нитка такой же
толщины, — около пятидесяти килограммов при попереч-
нике в один квадратный миллиметр. А лучшие сорта —-
и гораздо больший груз. Мокрый природный шелк теряет
одну четверть своей первоначальной крепости, а полиа-
мидное волокно при смачивании теряет только одну де-
сятую или даже одну двадцатую. Поэтому рыболовы так
любят капроновые лески. Кстати, мокрый шелк вытяги-
вается почти вдвое больше, чем сухой. Полиамидное же
волокно в мокром состоянии вытягивается практически
не больше, чем в сухом. Это также очень хорошо знают и
ценят рыболовы.
Шелк весьма гигроскопичен — он жадно впитывает в
себя влагу. Гигроскопичность полиамидного волокна
чрезвычайно мала.
за
Шелк очень чувствителен к стирке, его внешний вид и
прочность много теряют после каждой обработки мылом.
Полиамидное волокно совершенно не набухает в воде и
не изменяется не только от действия мыла, но и от раство-
ра едкой щелочи. Для разрушения полиамидного волок-
на необходимо кипятить его со щелочью.
Словом, почти все различия между синтетическим по-
лиамидным волокном и шелком — не в пользу шелка.
Только в двух отношениях полиамидное волокно усту-
пает природному шелку. Оно чувствительно к действию
кислот и боится горячего утюга. Кислоты довольно быст-
ро разрушают полиамиды, а при нагревании до темпера-
туры 1немного выше двухсот градусов полиамиды рас-
плавляются. Но оба недостатка не так уж страшны.
В повседневной жизни с кислотами «иметь дело почти не
приходится; что же касается горячего утюга, то гладить
изделия из полиамидных волокон нет необходимости:
упругость этих волокон так велика, что они практически
почти не мнутся.
А если учесть, что для получения полиамидного во-
локна не нужно разводить прожорливых гусениц, зани-
мать тысячи гектаров земли тутовым деревом, долгие
месяцы ухаживать за гусеницами и бабочками, то глав-
ное преимущество полиамидного волокна перед природ-
ным шелком станет ясным вполне. Это — независимость
от природных условий, возможность как угодно увеличи-
вать масштабы производства, а отсюда и более низкая
стоимость.
Поэтому мы с полным правом можем сказать, что,
приготовив полиамидное волокно, человек вышел наконец
безусловным победителем из двухвекового состязания с
гусеницей.
Б	Буря в стакане воды
науке и технике обычно решение одной задачи
порождает на смену ей новые. Так было и с искусствен-
ными и синтетическими волокнами. По химическому
строению многие синтетические макромолекулы настоль-
ко отличаются от природных волокон, что это вызывает
огромную разницу и в их свойствах. И первые, кто с этим
сталкиваются, — это химики-красильщики.
Бросая в воду щепотку красителя, а затем опуская в
раствор волокно, мы обычно даже не подозреваем, сколь-
ко событий разыгрывается при этом.
Вот кристаллик красителя погрузился в воду — и сей-
час же со всех сторон его атакуют юркие, подвижные мо-
лекулы воды. Красители — не высокомолекулярные ве-
щества, молекулы их в сотни, а иногда и в тысячи раз
меньше молекул целлюлозы. Но они значительно больше
молекул воды. При увеличении, превращающем целлю-
лозные молекулы в цепи длиной до двух десятков метров,
а молекулы воды в .шарики диаметром около четырех
миллиметров, один из самых маленьких красителей —
кислотный оранжевый—выглядел бы пластинкой длиной
четырнадцать и шириной немного менее восьми милли-
метров.
Набрасываясь на кристалл, бесчисленные молекулы
воды отрывают от него одну за другой молекулы краси-
теля. И вот уже кристалла нет: отдельные молекулы, из
которых он состоял, утратили связь друг с другом, при-
ча
обрели самостоятельность и начали носиться по всему
пространству вместе с молекулами воды. Мы говорим:
краситель растворился.
Рис. 20. Молекула красителя — кислотный оранжевый.
А теперь опустим в раствор ацетатное волокно. Перед
молекулами воды и красителя вырастает препятствие.
Маленьким молекулам воды горя мало: они быстро оты-
скивают в теле ацетатного шелка места, где макромоле-
кулы ацетилцеллюлозы лежат не очень плотно. Это ме-
ста, где нитевидные молекулы расположились не парал-
лельно, а под углом друг к другу. Здесь между ними
остаются промежутки — микроскопические поры. При на-
шем увеличении, делающем молекулу воды шариком
диаметром около четырех миллиметров, микропоры в
ацетатном волокне имели бы в поперечнике приблизи-
тельно от пяти до десяти с половиной миллиметров. Для
воды это вполне подходящие туннели.
Иное дело — молекулы красителя. Кислотный оран-
жевый еще, пожалуй, мог бы протиснуться в некоторые
микропоры — ширина его молекулы при нашем увеличе-
нии не больше восьми миллиметров. Но вот беда; в его
молекуле имеется кислотная группа, несущая в растворе
отрицательный заряд, — потому он и называется кислот-
ным красителем. А остатки уксусной кислоты, присоеди-
ненные к спиртовым группам в молекулах ацетатного
шелка, передают им свой кислотный характер. Он не
очень силен, но все же достаточен для того, чтобы актив-
но отталкивать молекулы кислотного красителя. И это
решает все: силы отталкивания встают непреодолимым
41
барьером перед входом в узкие микропоры в теле ацетат-
ного волокна. Кислотному красителю здесь делать нече-
го— приходится убираться восвояси.
Друзья и враги
Положение несколько меняется, когда на пути кислот-
ного красителя встает хлопок. Целлюлозные молекулы в
теле хлопкового волокна лежат не так тесно, как молеку-
лы в ацетатном шелке, и микропоры здесь пошире.
А главное — нет кислотных групп. Кислотный оранжевый
свободно входит в толщу волокна хлопка и... так же сво-
бодно выходит из него. Молекула этого красителя так
мала, что силы притяжения, возникающие между ней и
молекулой целлюлозы, слишком ничтожны, чтобы удер-
жать краситель на волокне. Кислотные красители непри-
годны и для хлопка.
Но вот горемычная молекула кислотного оранжевого
приближается к натуральному шелку. Перед ней выра-
стают грозные пики и мечи кислотных групп молекулы
фиброина, пытающихся оттолкнуть ее во что бы то ни
стало. Но между этими враждебными силами в молекуле
фиброина там и сям вкраплены аммониевые группы, за-
ряженные положительно. Они с силой притягивают мо-
лекулы красителя своим положительным зарядом. По-
вернувшись к этим гостеприимным точкам своими кис-
лотными группами, молекулы красителя устремляются к
ним и оседают на шелке. Шелк окрасился.
Будет ли окраска прочной? Не очень. Ведь кислотных
групп в молекулах фиброина шелка больше, чем аммо-
нийных. И, когда при стирке молекулы воды и мыла
пытаются оторвать краситель от волокна, кислотные
группы самого фиброина в какой-то степени этому
способствуют. Внутренний враг всегда самый страш-
ный!
Теперь уже легко себе представить, что произойдет
при встрече кислотного красителя с шерстью. В молеку-
лах кератина шерсти, в отличие от фиброина шелка, ам-
монийные группы имеют большой перевес над кислотны-
ми. Поэтому «гостеприимство» шерстяного волокна по
отношению к кислотным красителям значительно больше
и атака со стороны их маленьких молекул всегда увенчи-
42
вается успехом. Гораздо прочнее и окраски. Кислотные
красители очень широко применяются для крашения
шерсти.
Засады и зацепки
Но кислотные красители — не единственные. Химики
создали целый ряд других типов красителей. Среди них
есть и прямо противоположные кислотным. В их молеку-
лах вместо кислотных групп—положительно заряженные
аммонийные. Поэтому шелк, в молекулах которого отри-
цательные кислотные группы преобладают «ад аммоний-
ными, жадно поглощает такие красители. Шерсть тоже
поглощает, но окраски в этом случае не так прочны: ска-
зывается «недоброжелательство» со стороны многочис-
ленных собственных аммонийных групп.
К этим красителям довольно «благосклонно» относит-
ся и ацетатное волокно: ведь его молекулы обладают
кислотным характером. Правда, настолько слабым, что
много молекул красителей с аммонийными группами при-
соединиться к ацетатному шелку не в состоянии. Окраски
получаются довольно бледные. Это бы еще не беда: блед-
ные окраски на шелке часто особенно красивы. Гораздо
хуже, что по той же причине многие красители удержи-
ваются не очень прочно — линяют при стирке.
Ну, а хлопок? Он так же безразличен к этим красите-
лям, как и к кислотным. Аммонийным группам красите-
ля в молекулах целлюлозы не за что зацепиться — в них
отсутствуют кислотные группы. Другое дело — вискозное
волокно. Вообще-то это та же целлюлоза, что и в хлоп-
ке. Но в процессе производства вискозного волокна цел-
люлоза подвергается таким жестоким воздействиям со
стороны различных химических веществ, что на отдель-
ных участках ее молекулы часть спиртовых групп превра-
щается в кислотные. Их очень мало, «о все же достаточ-
но, чтобы захватить и удержать некоторое количест-
во атакующих молекул красителя. Окраски получаются,
пожалуй, еще бледнее, чем на ацетатном волокне, но
прочнее.
А как же все-таки быть с хлопком? Ведь это самый
распространенный волокнистый материал. Хлопчатобу-
мажных тканей во всем мире вырабатывается гораздо
больше, чем шерстяных, шелковых, а пока что и тканей
43
из химических волокон. Не носить же их неокрашенны-
ми! Белый цвет красив, но если кругом только белый
цвет, то это тоскливо. Глаз просит разнообразия цветов
и оттенков.
Для красителей, которые удерживаются на волокне
за счет своих кислотных и аммонийных групп, в молеку-
лах целлюлозы зацепок нет. Но, может быть, их можно
создать?
И вот химики находят среди кислотных красителей
такие, которые образуют нерастворимые соединения с
солями металлов — алюминия, хрома, железа. Пропиты-
вают, или, как говорят красильщики, протравляют, ра-
створом такой соли хлопчатобумажную ткань, а затем
опускают ее в раствор красителя. Молекулы красителя
устремляются в микропоры хлопкового волокна. Но на
этот раз их там ждет засада: как только они проникают
в глубь волокна, они (наталкиваются на частички соли и
моментально образуют с ними нерастворимый осадок, ко-
торый и остается на волокне. Протравы — соли метал-
лов— сыграли роль зацепки, удерживающей краситель
на хлопковом волокне. Протравное крашение известно
с глубокой древности. Один из самых древних и цен-
ных красителей — знаменитый красный (кумачовый)
краситель ализарин — является протравным. Про-
травой для ализарина служат соли алюминия и каль-
ция.
Чуть сложнее с зацепкой для красителей с аммоний-
ными группами. Здесь нужна протрава с кислотным ха-
рактером. Но кислота должна быть очень слабой —
сильная разрушит хлопок. Подходящей кислотой оказы-
вается танин — кислота дубильных орешков. Но вот бе-
да: танин легко вымывается с хлопка, целлюлоза удер-
живает его очень слабо, ему самому на ней не за что
зацепиться. Приходится после пропитывания растворами
танина обрабатывать хлопок солью металла, способной
перевести танин в нерастворимое состояние. Обычно бе-
рут соли сурьмы или олова. А после того как танин проч-
но закрепился на хлопке, можно красить. Аммоний-
ным группам красителя теперь есть за что держаться.
Крашение по таниновой протраве также известно очень
давно.
Обходный маневр
Применение протрав усложняет крашение. Нельзя ли
избежать участия этих посредников между хлопком и
красителем?
Протрава дает с красителем нерастворимое соедине-
ние. Нельзя ли получить краситель, нерастворимый сам
по себе, без протравы?
Таких красителей сколько угодно. Но как нанести их
на волокно? Без растворения они будут пачкать, а не кра-
сить. И химики предпринимают обходный маневр: вре-
менно переводят нерастворимый краситель в растворимое
состояние. Например, нерастворимый синий краситель
индиго (не менее древний, чем ализарин) при действии
щелочи и некоторых других веществ образует чуть жел-
товатый, почти бесцветный раствор. Этим раствором об-
рабатывают ткань, а затем вывешивают ее на воздух.
Кислород воздуха переводит растворимое производ-
ное красителя в исходное состояние, и на волокне
прочно оседает нерастворимый краситель. Без всяких
протрав.
Обработку индиго в древности вели в больших
чанах — кубах. С тех пор такой способ крашения назы-
вают кубовым, а красители, подобные индиго,— кубо-
выми.
Но кубовое крашение довольно сложно — требуется
специальная обработка для перевода красителя в ра-
створ.
И химики находят более простой способ применения
нерастворимых красителей: они получают их на самом
волокне.
Для этого волокно сначала пропитывают одним ве-
ществом, необходимым для получения красителя, а за-
тем— другим. Химический процесс взаимодействия этих
полупродуктов происходит в толще волокна. Там и за-
стревает образовавшийся нерастворимый краситель. Про-
сто и легко!
Но для этого необходимо, чтобы взамодействующие
вещества были очень активны. И действительно, они
так активны, что процесс приходится вести при охлажде-
нии. льдом. Поэтому и способ такого крашения называют
холодным или ледяным.
45
Но ведь макромолекулы целлюлозы, из которых по-
строено хлопковое волокно, удерживаются рядом друг с
другом без всяких протрав или других зацепок. Почему
же растворимые красители, например кислотный оран-
жевый, так легко вымываются с хлопка? Очень просто:
молекулы целлюлозы так велики, что небольшие силы
притяжения, возникающие между отдельными участками
соседних молекул, в сумме дают весьма солидную вели-
чину. А молекула кислотного оранжевого даже при на-
шем увеличении имеет в длину менее полутора сантимет-
ров— против двух десятков метров молекулы целлюло-
зы. Ясно, что больших сил притяжения здесь ожидать
трудно.
Ну, а если взять красители с более длинными моле-
кулами, чем у кислотного оранжевого? Химики создали
Рис. 21. Молекула красителя — конго красный.
такие красители. У конго красного, например, молекула
почти в два раза длиннее. И этого оказалось достаточно,
чтобы конго красный без всяких протрав удерживался
на хлопке и других целлюлозных волокнах. Правда,
окраска не очень прочна в стирке — ткань постепенно ли-
няет,— то все же вполне приемлема. А создавая краси-
тели с еще более длинными молекулами да вводя в них
такие атомы и группы атомов, которые увеличивают си-
лы притяжения между молекулами, добиваются значи-
тельного упрочения окрасок.
46
Твердые растворы
Выход на арену химических волокон поставил перед
химией красителей новую задачу: как и чем их красить?
Вопрос решается просто, когда искусственное волок-
но построено из молекул целлюлозы, как вискозное или
медно-аммиачное: красители, пригодные для хлопчатобу-
мажных тканей, будут красить и эти волокна. Несложно
найти красители и для искусственных белковых волокон,
например шерсти из казеина: это те же красители, что
применяются для натуральных шерсти и шелка. Но уже
ацетатный шелк покрасить обычными красителями для
хлопка и шерсти почти невозможно, а целый ряд новых
синтетических волокон — и совсем нельзя.
Но что значит нельзя? Вообще или обычными спо-
собами? И если обычными, то нельзя ли придумать не-
обычный? И такой способ был придуман! Нашлись кра-
сители, которые растворяются в волокне, как чернила
в воде. Краситель — растворенное вещество, волокно—•
растворитель. Не беда, что растворитель твердый. Ведь
раствор необязательно должен быть жидким. Это мы по
привычке так думаем, а в действительности твердых
растворов очень много. Например, сплавы металлов —
это твердые растворы одних металлов в других.
Такие красители обычно в воде нерастворимы. Их
очень тонко измельчают — до такой степени, что в воде
мелко раздробленные частички рассеиваются как дым,
как туман в воздухе. От латинского слова «дисперсус» —
рассеянный — такие красители «называют дисперсными.
Когда ацетатное волокно опускают в такую ванну, ча-
стички красителя атакуют его и начинают проталкивать-
ся вглубь, пробираясь между макромолекулами, пока не
распределятся равномерно по всей толще волокна. А за-
тем, по-видимому, между молекулами ацетилцеллюлозы
и дисперсного красителя начинают действовать силы та-
кого же типа, как между молекулами целлюлозы и пря-
мых красителей. Эти силы и удерживают краситель на
волокне. И чем больше эти силы, тем меньше линяют
окрашенные ткани при обработке водой, раствором мыла
и другими моющими средствами.
Дисперсные красители широко применяются для кра-
шения и полиамидных и некоторых других синтетических
47
стоят такие же группы атомов, которые имеются в моле-
кулах белковых веществ, — кислотные и аммониевые.
Поэтому полиамидные волокна можно красить и обычны-
ми красителями для шерсти и шелка, например кислот-
ными. Но дисперсные красители образуют на полиамид-
ных волокнах окраски более высокого качества, поэтому
обычно предпочитают пользоваться ими.
Безотказный способ
Ну, а в тех случаях, когда подходящий краситель для
химического волокна подобрать не удается — когда ни
один краситель не может ни зацепиться за какие-нибудь
группки в макромолекуле волокна, ни раствориться в
нем, — у химиков имеется еще одно средство, и оно дей-
ствует безотказно.
В самом деле, в производстве химического волокна—
вискозного, ацетатного, капронового или любого друго-
го, —независимо от химической природы, строения и раз-
меров его макромолекул, независимо от сложности или
простоты процесса производства волокна в целом, все-
гда наступает момент, когда раствор или расплав высо-
комолекулярного вещества пропускают сквозь фильеру и
превращают в твердые нити тончайшие струйки, выхо-
дящие из отверстий фильеры. И, если к раствору или рас-
плаву высокомолекулярного вещества перед подачей в
фильеру добавить краситель, сразу получится окрашен-
ное волокно.
Этот способ называется крашением волокна в массе.
Он очень удобен. Он освобождает текстильщиков от тру-
доемких, часто сложных и всегда довольно неприятных
операций обычного крашения. А вдобавок этот способ
позволяет использовать и такие красители, которые обыч-
ными способами на волокно никак не нанесешь. Ведь
равномерно перемешать тонко измельченный краситель с
расплавленной или растворенной массой высокомолеку-
лярного вещества всегда можно. Неудивительно, что
крашение искусственных и синтетических волокон в мас-
се очень широко применяется в настоящее время.
Окрашенное в массе волокно также подобно твердому
раствору. Правда, не всегда в нем краситель присут-
48
ствует в виде отдельных молекул, как это бывает в на-
стоящих растворах. Чаще встречаются более или менёе
крупные группы молекул. Но суть дела от этого не ме-
няется. Важно, что окраски получаются очень прочные:
не линяют, не выцветают, стойки и к другим внешним
воздействиям. А это главное.
Крашение в массе — способ особенный, возможный
только для химического волокна. Хлопок и другие нату-
ральные волокна таким способом не окрасишь. Разве
только пользоваться естественной окраской шерсти. Но
здесь химия имеет подавляющее преимущество перед
природой. Черная, гнедая, серая окраска — каких еще
цветов бывает натуральная шерсть? Видел ли кто-нибудь,
например, фиолетовую или розовую овцу? А в массе
можно окрасить искусственное волокно в любой цвет.
В этой области природе никак ле угнаться за химиками!
Ремонт и реконструкция молекул
До сих пор мы всё говорили о том, как химики при-
спосабливают красители к волокнам. Но неравноправие
нетерпимо нигде. И настал момент, когда стали волокна
приспосабливать к красителям.
В самом деле, с каждым годом растет доля синтети-
ческих волокон в общем потоке текстильного сырья. Мы
уже знаем, что макромолекулы для этих волокон созда-
ют из обычных маленьких молекул: каждая.из них ста-
новится отдельным звеном в длинной цепи.
Ясно, что если исходные маленькие молекулы не име-
ют в своем составе атомных групп, способных быть за-
цепками для красителей, то и получившаяся при объеди-
нении их макромолекула не сможет удерживать краси-
тели.
И тогда нашли выход: вводить в макромолекулу зве-
нья, в составе которых имеются необходимые, зацепки,
например аммонийные группы, кислотные группы. При-
чем можно ввести их ровно столько, чтобы краситель
присоединился в нужном количестве для получения
окраски заданной интенсивности. Можно заранее проек-
тировать бледную или темную окраску, словно число
окон или дверей в будущем доме! Ведь молекула — те-
| Рассказы о больших молекулах 49
же постройка, правда сверхкрошечная, ио возведенная
по не менее четкому плану.
А отсюда один шаг к ремонту и реконструкции при-
родных макромолекул. Целлюлоза не имеет аммонийных
групп и потому не способна удерживать кислотные кра-
сители. Но она может соединяться с уксусной и другими
кислотами. Вместо уксуоной кислоты возьмем такую, в
молекуле которой имеется аммонийная группа. Букваль-
но— приколотим к молекуле целлюлозы нужную нам
группу! А теперь можно красить образовавшееся вещест-
во теми же яркими и прочными красителями и так же
просто и легко, как и шерсть.
А еще лучше — таким же или похожим способом при-
соединим к молекуле целлюлозы готовый краситель. Так,
чтобы он стал составной частью самой целлюлозной мо-
лекулы. Тогда он останется на волокне намертво: теперь
уж его не смоешь никакой стиркой.
Так, шаг за шагом познавая все глубже и глубже ве-
щества и их превращения, химики активно вмешиваются
в дела природы, дополняют ее, направляют и улучшают,
заставляют служить людям все полнее и лучше.
И не мудрено, что роль химических волокон бурно
возрастает из года в год. По качеству они теперь не толь-
ко не уступают природным, но сплошь и рядом оставляют
их далеко позади. Что же касается количества, то здесь
возможности химии просто необозримы. Чтобы вырабо-
тать сорок тысяч тонн мытой шерсти, необходимо выра-
стить, выходить и прокормить до шестнадцати миллио-
нов овец! Не одну тысячу гектаров пастбищ нужно для
такого стада, не одну тысячу тонн корма съедят эти ов-
цы. А ведь сорок тысяч тонн — это мощность среднего за-
вода искусственного волокна!
Да, теперь уже не только гусеницы, но и более солид-
ные животные терпят поражение за поражением в много-
вековом соревновании человека с природой.
В борьбе за волокна победа одержана полная. Но од-
новременно химики наступают и на других фронтах.
В	Слезы дерева
сего каких-нибудь сто двадцать лет назад люди
и в дождь и в слякоть ходили без галош. Они вообще не
знали, что такое галоши. Потому что они не знали, что
такое резина.
Правда, южноамериканским индейцам давно было
известно, что млечный сок, словно слезы вытекающий из
надрезов в коре тропического дерева, которое они назы-
вали «геве», задерживает влагу, если дать ему застыть
на воздухе, а затем высушить над жаровней. Но даже
после открытия Америки, когда каучук — застывшие сле-
зы плачущего дерева (по-индейски «као» — дерево,
«о-чу» — течь, плакать) — вместе с другими диковинка-
ми был вывезен оттуда Колумбом, прошло много лет,
прежде чем он нашел себе применение.
Первое применение каучуку еще в XVIII веке оты-
скал знаменитый английский химик Джозеф Пристли,
один из открывателей кислорода. Он нашел, что каучу-
ком можно стирать карандашные записи... Для более
серьезных целей каучук использовать долго не удава-
лось, потому что он очень неудобен в обращений. Он на-
бухает от воды и довольно хорошо растворяется во мно-
гих жидкостях. От жары он делается мягким и липким,
от холода — хрупким и ломким. Изобретатель и первый
фабрикант непромокаемых плащей англичанин Чарлз Ма-
4*
51
кинтиш iCiicpo
ные плащи часто называют ма-
кинтошами) заранее предупре-
ждал своих покупателей, что не
следует подходить в плащах
близко к огню...
Все дело в том, что каучу-
коносное дерево вырабатывает
каучук. А мы ценим резину.
Превращать же каучук в рези-
ну научились только в 1839 го-
ду, когда американец Чарлз
Гудьир открыл, что каучук при-
обретает ряд новых свойств
после нагревания с серой. Из
растворимого, липкого, непроч-
ного он становится водонепро-
ницаемым и водостойким,
эластичным и малочувствитель-
ным к изменению температуры.
Способ Гудьира был назван
вулканизацией, а вулканизиро-
ванный каучук—резиной.
Всего сто двадцать лет
назад каучуком пользовались
только школьники для подчи-
стки тетрадей. А теперь мы да-
же не представляем себе жизнь
без резиновых изделий.
Мы носим резиновые гало-
ши, сапоги, боты, прорезинен-
ные плащи. Мы ездим в авто-
мобилях, автобусах, троллей-
бусах на резиновом ходу. Мы
даем детям резиновые мячи,
игрушки. Мы пользуемся рези-
новыми шлангами и проклад-
ками, прорезиненными водо-
лазными костюмами и резино-
выми лодками, резиновыми
изоляторами и противогазными
масками, прорезиненными
32
аэростатами и резиновыми
пробками и великим множе-
ством других резиновых и про-
резиненных изделий.
Каучук стал необходимей-
шим сырьем промышленности.
Он нужен всем странам, имею-
щим свою промышленность.
И вот здесь-то и начинается
«но» и «а». Каучук нужен всем
странам, но каучуковое дерево
может расти только в некото-
рых. Потребность в каучуке
увеличивается быстро, а каучу-
коносы вырастают медленно.
Но мы не хотим ходить без
галош, пока созревают каучу-
коносы. И мы не можем об-
ходиться без автомашин, если
владельцы каучуконосных
плантаций не захотят продать
нам свой каучук.
Каучук нужен каждой стра-
не. И он должен вырабатывать-
ся в каждой стране. Так была
поставлена задача. Перед кем?
Разумеется, перед химиками.
Ведь это их дело — превра-
щать одни вещества в другие.
Опять молекула-нить
Вызов принят. Химики при-
нялись за работу. Она была не
легка и заняла много лет. Но в
результате у природы вырвана
еще одна тайна: тайна строе-
ния молекул каучука. Оказа-
лось, что они похожи на моле-
кулы волокнистых веществ. Это
тоже макромолекулы, и при-
53
лекул целлюлозы, но зато почти вдвое тоньше.
Каждая из них насчитывает в своем составе от два-
дцати шести тысяч до пятидесяти двух тысяч атомов.
При увеличении, превращающем целлюлозную молекулу
в цепь или канат длиной до двадцати метров и толщиной
около двух с половиной сантиметров, молекулы каучука
имели бы вид веревок или цепочек толщиной не более
полутора сантиметров, а длиной приблизительно, от
восьми с половиной до семнадцати метров.
Построены молекулы каучука проще, чем у целлюло-
зы, шелка и шерсти. Молекулы целлюлозы состоят из
атомов углерода, водорода и кислорода; в состав моле-
кул шелка, кроме того, входит еще и азот, а в молекуле
шерсти «стройматериалы» и того разнообразнее — там
присутствуют еще и атомы серы. На постройку же
молекул каучука природа затратила всего два сорта
своих строительных материалов — атомы углерода и
водорода.
Молекула-нить целлюлозы построена из множест-
ва колец, связанных между собой атомами • кислорода.
В молекулах белковых веществ главная цепь состоит из
чередующихся в определенном порядке атомов углерода и
азота, а в стороны от главной цепи отходят иногда длин-
ные и сложные, иногда короткие и простые боковые
цепи.
ОСТАТОК ИЗОПРЕНА
Рис. 22. Молекула природного каучука.
Главная цепь макромолекулы каучука построена
только из атомов углерода. Звенья этой цепочки совер-
шенно одинаковы. Каждое содержит пять атомов угле-
рода и восемь водорода. Четыре атома углерода входят
в главную цепь макромолекулы, а пятый — в боковую
54
цепь. Оба крайних углерода соединены с двумя водо-
родами каждый, один из средних —с одним водородом,
а второй — с боковой цепью, которая состоит из одно-
го углеродного атома, связанного с тремя водород-
ными.
Вот и все! Нет ни положительно, ни отрицательно за-
ряженных атомных групп, <ни колец, ни длинных боко-
вых ответвлений. Очень простая, бедная деталями моле-
кула.
Но именно это-то и придает каучуку особые свойства,
отличающие его от волокнистых веществ, несмотря на
то что общий план, общая форма их молекул одинако-
вы: и те и другие нитевидны.
Отсутствие колец, длинных боковых цепей и электри-
чески заряженных групп, отсутствие атомов кислорода,
азота, серы приводит к тому, что силы притяжения меж-
ду длинными нитевидными молекулами каучука крайне
малы. Достаточно начать растягивать кусок каучука —
и его молекулы начинают перемещаться относительно
друг друга: они как бы скользят возле своих соседей.
В этом одна из причин упругих свойств каучука, его эла-
стичности.
Другая причина в том, что молекулы-нити каучука
расположены не упорядоченными, более или менее па-
раллельными пучками, как в волокнистых веществах, а
как попало, хаотической, беспорядочной грудой спутан-
ных клубков.
При вытягивании спутанные нитевидные макромоле-
кулы каучука распрямляются и ложатся параллельно
друг другу. Но стоит прекратить вытягивание — и они
снова возвращаются в первоначальное состояние спу-
танных клубков: каучук сокращается до прежних раз-
меров.
Вот как различие в составе и строении молекул высо-
комолекулярных веществ сказывается на их свойствах!
И там и здесь — нитевидные молекулы, но в одном слу-
чае они образуют жесткие волокна, а в другом — эла-
стичный каучук.
При вулканизации — при обработке серой — эластич-
ность каучука уменьшается, но одновременно улучшают-
ся его другие качества. В чем же заключается процесс
вулканизации?
Кусок сахару, брошенный в чай, быстро уменьшается
в объеме. Сахар растворяется, тает. Молекулы сахара
малы. Все вещества, построенные из малых молекул,
растворяются, подобно сахару тают от действия жидко-
сти.
Твердое тело, брошенное в жидкость, попадает словно
в разворошенный муравейник. Со всех сторон к нему
устремляются миллионы крошечных подвижных молекул.
Ведь их в каждом кубическом сантиметре жидкости ты-
сячи миллиардов!
Некоторым из них удается прицепиться к крайним
молекулам твердого тела. Они удерживаются действую-
щими между молекулами силами притяжения. Если
твердое тело, подобно сахару, построено из маленьких
молекул, таких же или почти таких же по размерам, как
у жидкости, молекулы жидкости без особых затрудне-
ний отрывают их от соседей и быстро уплывают с ними
прочь. Твердое тело начинает таять. Так идет до тех пор,
пока эти неутомимые «муравьи» не растащат по молеку-
ле весь кусок.
. Если же твердое тело построено, подобно целлюлозе
или каучуку, из длинных нитевидных макромолекул, то
молекулам-малюткам растворителя не так-то легко
оторвать одну нить от другой. Они «налипают» на моле-
кулы-нити по всей их длине, устремляются в промежут-
ки между ними. Крошечные молекулы расталкивают ни-
ти, проникают вглубь и «прилипают» к макромолекулам,
расположенным в глубине, все сильнее раздвигают ните-
видные молекулы, и от этого тело начинает расти в объ-
еме— набухать. И только когда растворителя очень мно-
го, его молекулам-малюткам удается полностью ото-,
рвать друг от друга молекулы-нити. Растворение насту-
пило.
. Набухание перед растворением — одна из характер-
ных особенностей высокомолекулярных веществ с ните-
видными макромолекулами.
Но даже и после растворения длинные молекулы с
прицепившимися к ним малютками-молекулами жидкости
не могут двигаться в растворе вполне свободно. Они
задевают, цепляются, мешают друг другу. Поэтому
56
растворы веществ, построенных из нитевидных молекул,
густы и малоподвижны, как сироп.
. При вулканизации сырой каучук тщательно смешива-
ют с серой и нагревают. Атомы серы внедряются между
нитями-молекулами каучука и присоединяются к ним:
одним концом к одной, вторым — к другой. Между от-
дельными макромолекулами каучука перебрасываются
короткие мостики из атомов серы. Из отдельных моле-
кул-нитей образуется огромная единая молекула-сетка.
Рис. 23. Получение молекулы резины путем сшивания молекулы
природного каучука атомами серы — процесс вулканизации, •
Молекулы растворителя не могут теперь растащить
каучук на отдельные нити — они прочно сшиты. Вулка-
низированный каучук нерастворим. Это уже не просто
каучук — это резина.
Если серы для вулканизации взять мало, нитевидные
молекулы каучука сшиваются друг с другом мостиками
в немногих местах. Сетка .получается редкая, и. молеку-
лы растворителя еще могут забираться внутрь. Им не
удается полностью разъединить связанные молекулы-ни-
ти, но они могут их расталкивать. Такая резина еще спо-
собна набухать, хотя уже и. не безгранично. И она пока
отличается большой мягкостью. *'
57
мука. Сетка становится более частой, сооружение все бо-
лее жестким. Резина постепенно теряет способность на-
бухать и делается тверже и тверже. При достаточном
количестве серы получается совершенно твердый про-
дукт — эбонит.
Для начала — попроще
Процессом вулканизации химики овладели. На оче-
редь стала основная задача — получить искусственный,
синтетический каучук.
На первых порах химики отказались получать синте-
тический каучук с такими же макромолекулами, как у
природного. В звене макромолекулы природного каучука
из пяти атомов углерода четыре стоят в ряд, а пятый
присоединен ко второму и отходит в сторону. По такому
плану построены и молекулы мономера, полимериза-
цией которых получается макромолекула природного
каучука. Это—изопрен. И вот оказалось, что получить
изопрен простым и дешевым способом не так-то легко.
Рис. 24. Молекула изопрена.
Рис- 25. Молекула бутадиена.
Химики оценили обстановку. Можно потратить годы
на поиски удобного метода приготовления мономера, и
все эти годы не будет синтетического каучука: без моно-
мера не получишь полимера. Но можно пойти и по дру-
гому пути. Не прекращая работу над изопреном, для на-
чала попытаться получить каучукоподобный полимер из
более простого мономера. Может быть, каучук этот бу-
дет и похуже природного, изопренового, но все же он
будет, а это лучше, чём ничего. И химики пошли по
второму пути.
Пионером-первооткрывателем здесь был выдающийся
советский ученый, академик Сергей Васильевич Лебе-
дев. Он предложил получать искусственный каучук из
мономера, чуть-чуть отличающегося от изопрена: не
имеющего в своей молекуле боковой цепи — пятого
углеродного атома, связанного с тремя водородными и
отходящего в сторону от главной цепочки из четырех ато-
мов углерода. Академик Лебедев решил сохранить эту
цепочку точно в таком виде, как у изопрена, а вместо
боковой цепи поставить просто атом водорода. Полу-
чается цепочка: углерод-углерод-углерод-углерод, к
крайним атомам углерода присоединены по два водорода,
а к средним — по одному. Четыре углерода и шесть водо-
родов. Это — бутадиен, при обычной температуре и атмо-
сферном давлении — газ.
Цепной процесс
При охлаждении до температуры четыре с половиной
градуса мороза бутадиен переходит в жидкое состояние.
Если на жидкий бутадиен подействовать металлическим
натрием, начинается исключительно интересный процесс.
Натрий — очень активный химический элемент. Он энер-
гично вступает в многочисленные химические реакции.
Стоит только бросить кусочек натрия в воду, и он немед-
ленно вступает во взаимодействие с ней, да так бурно,
что даже появляется огонь. Эта энергия натрия прояв-
ляется и при взаимодействии с бутадиеном. Два атома
натрия набрасываются на молекулу бутадиена и присо-
единяются к атомам углерода, стоящим на ее концах. По-
лучается очень нестойкое, а потому и очень активное
вещество, которое называют натрийорганическим со-
единением. Если для простоты не писать атомы водорода,
которые связаны с углеродами и с которыми ничего не
происходит, то скелет молекулы натрийорганического
соединения будет выглядеть так: натрий-углерод-угле-
род-углерод-углерод-натрий.
Но, как только эта молекула образовалась, она сей-
час же набросится на соседнюю молекулу бутадиена —
ведь этих молекул вокруг великое множество: более семи
тысяч миллионов миллиардов в каждом кубическом мил-
лиметре жидкого бутадиена! При столкновении один из
атомов натрия оторвется от молекулы натрийорганиче-
60
ujjawncna, a uiвииидившиИСИ иг натрия атом углерода
натрийорганического соединения сейчас же присоеди-
нится ко второму концу молекулы бутадиена. Получится
новое натрийорганическое соединение, в котором атомы
натрия опять стоят на концах молекулы, но между ними
уже не четыре, а восемь углеродных атомов: натрий-угле-
род-углерод-углерод-углерод-углерод - углерод - углерод-
углерод-натрий.
Для краткости это можно записать так: натрий-
(углерод-углерод-углерод-углерод)2-натрий.
В такой записи видно, что произошло не что иное, как
соединение двух молекул бутадиена. Это так и есть на
самом деле. Из мономера (напоминаем, «монос» по-гре-
чески—один) образовался димер («дис» по-гречески —
дважды).
Но процесс на этом не останавливается. Молекула
димера сталкивается со следующей молекулой бутадие-
на. И опять атом натрия отрывается, присоединяется к
крайнему углероду бутадиена, второй конец которого не-
медленно связывается с освободившимся концом диме-
ра. Опять получается натрийорганическое соединение,
опять атомы натрия оказываются на его концах, но меж-
ду ними уже не восемь, а двенадцать атомов углерода:
натрий- (углерод-углерод-углерод-углерод)з-натрий'.
Это уже тример. Цепочка выросла еше на одно зве-
но. И натрий опять перешел по цепи и стал на конце.
Снова налетает молекула мономера, и все повторяет-
ся в том же порядке. Цепь растет—тример превращает-
ся в тетрамер( «тетра» — четыре), затем образуется пен-
тамер («пента» — пять), гексамер, гептамер, октамер и
так далее, пока, наконец, не получится полимер. Это и
есть синтетический бутадиеновый каучук.
Так протекает процесс цешной полимеризации.
Натрий в конечном счете как бы остается ни при
чем—нитевидная макромолекула синтетического каучу-
ка построена из атомов углерода и водорода: что значит
какие-то два атома натрия на десятки тысяч атомов угле-
рода и водорода! Но в действительности натрий, хотя и
берется его немного, играет в процессе полимеризации
весьма видную роль. Он «застрельщик» процесса, глав-
ный его виновник й распорядитель. Такие вещества,
60
Рис, 26. Процесс получения искусственного каучука путем обработки
бутадиена натрием.
ос» r on мтмиен*
Рис. 27. Молекула синтетического бутадиенового каучука,
облегчающие, ускоряющие протекание химического про-
цесса, но сами не входящие в образовавшееся соедине-
ние, химики называют катализаторами.
Хлоропреновый каучук
Полимер бутадиена — это и есть синтетический кау-
чук академика Лебедева. По свойствам он очень близок
к натуральному каучуку. Он эластичен и вулканизуется,
превращаясь в резину. Из бутадиенового каучука можно
производить все резиновые изделия, которые готовятся
из натурального каучука.
Почти три десятка лет назад в нашей стране впервые
в мире началось крупное промышленное производство
синтетического каучука из бутадиена. С тех пор наши
заводы автомобильных шин, резиновых шлангов, резино-
вой обуви и других резиновых изделий не зависят от
привозного природного каучука.
Лет через десять после Советского Союза начали по-
лучать искусственный бутадиеновый каучук и другие
страны — Соединенные Штаты Америки, Германия.
Но при всех своих достоинствах бутадиеновый каучук
по некоторым свойствам уступает природному. Он менее
эластичен, легче разрывается при растяжении, не так
быстро возвращается в прежнее состояние после вытяги-
вания и так далее.
Химики иного и не ожидали. Ведь это только первый
опыт! И не такой уж плохой опыт — по справедливости,
этот первый блин комом никак не назовешь. Но из
этого не следует, что химики могли успокоиться. Они и
не успокоились. Не могли же они уступить природе пер-
венство в вечном соревновании с ней!
Химики стали искать другие вещества, способные по-
лимеризоваться, подобно бутадиену. Изопрен отличает-
ся от бутадиена тем, что в его молекуле вместо атома
62
водорода ко второму углероду
присоединена группа из одного
углеродного и трех водородных
атомов. Химики вместо такой
группки присоединили к молекуле
бутадиена атом хлора. Получи-
лось вещество, молекула которого
очень похожа на молекулу изо-
прена. Ему и имя дали соответст-
Рис. 28. Молекула
хлоропрена.
вующее — «хлоропрен».
Несмотря на столь, казалось бы, малое различие,
хлоропрен по свойствам очень сильно отличается и от
бутадиена, и от изопрена.
ОСТАТОК ХЛОРОПРЕНА
Рис. 29. Молекула полихлоропрена.
Хлоропрен полимеризуется «настолько легко, что не
приходится даже прибегать к услугам катализатора:
процесс протекает в семьсот раз быстрее, чем у изопре-
на, и почти в восемьсот восемьдесят раз быстрее бута-
диена. А в результате полимеризации получается поли-
хлоропрен— один из лучших видов синтетического кау-
чука. По некоторым свойствам он даже значительно
превосходит природный каучук.
Искусственный млечный сок
Из «надрезов в коре каучукового дерева вытекает
млечный сок—однородная, похожая на молоко жидкость,
которую называют латексом (что и значит по-латыни
«жидкость»). Сходство с молоком у латекса не только по
виду. Молоко — это вода, в которой равномерно распре-
делены (как говорят — «взвешены») мельчайшие ка-
пельки жира. Такие тонкие взвеси одной жидкости в дру-
гой, в которой первая не растворяется, называют эмуль-
водная эмульсия каучука. Мельчайшие частички ЛКауЧу-;
ка взвешены в воде, образуя однородную по виду бе-
лую жидкость — млечный сок.
Каучук можно выделить из латекса добавлением
уксусной или муравьиной кислоты или другими способа-
ми. При этом латекс «свертывается»'— каучук отделяет-
ся от жидкости в виде сгустка, напоминающего творог.
При полимеризации бутадиена металлическим нат-
рием синтетический каучук сразу получается в виде та-
кой творожистой массы. Казалось бы, это преимущество:
не надо заниматься выделением каучука из латекса. Но
в действительности латекс —очень ценный продукт. Он
является превосходным клеящим средством. Пропитывая
латексом бумагу и волокна, получают искусственную ко-
жу, а пропитывая ткани, — прорезиненные изделия. Взби-
вая смесь латекса с. некоторыми веществами, словно
мусс, а затем подвергая этот «мусс» вулканизации, полу-
чают резиновую губку.
Но дело не только в том, что латекс сам по себе цен-
ный продукт. Оказывается, что если резиновые изделия
производить не из предварительно выделенного каучука,
а непосредственно применяя латекс, качество их полу-
чается значительно выше.
И тогда возникла мысль — получить синтетический
латекс. Подражать природе так уж подражать до конца!
Тем более что в данном случае подражать стоило.
И вот химики сжиженный бутадиен прилили к воде.
Бутадиен в воде .так же не растворяется, как керосин,
бензин и другие нефтяные продукты. Но ведь и жиры в
воде не растворяются, однако в молоке они не плавают
на поверхности. Чтобы получить такую же однородную
эмульсию бутадиена в воде, химики прибегают к помощи
специальных веществ — эмульгаторов. Неплохим эмуль-
гатором, например, является мыло. А когда при энергич-
ном перемешивании, встряхивании жидкого бутадиена с
водой и эмульгатором образуется эмульсия, к чней до-
бавляют вещества, вызывающие полимеризацию. К чис-
лу таких веществ относится перекись водорода.
Перекись служит инициатором, зачинателем процесса
полимеризации. Она как бы дает первый толчок цепному
процессу, который далее продолжается автоматически.
64
По мере того как процесс полимеризации заходит все
дальше и дальше и все больше молекул мономера соеди-
няются в полимер, эмульсия все больше начинает приоб-
ретать сходство с молоком. Это и есть синтетический ла-
текс.
Синтетический латекс можно применять для тех же
целей, что и млечный сок каучукового дерева. А если в
случае надобности добавить к (нему кислоту и раствор
поваренной соли, выпадает творожистый осадок синте-
тического каучука, который можно перерабатывать в из-
делия обычным способом.
Молекулы-гибриды
Эмульсионная полимеризация замечательна не толь-
ко тем, что она дает синтетический латекс. Она позволи-
ла сделать еще один шаг вперед по пути к новым_видам
каучука.	ф
Этот шаг заключается в совмест-	О	Л. )
ной полимеризации нескольких моно-	I	Т
меров. Оказалось, что если лригото-	Ух.
вить эмульсию смеси двух способных	U
полимеризоваться веществ и с по- */4 ух^
мощью перекиси или каким-нибудь
иным способом вызвать процесс поли-	*
меризации, то получится не смесь двух
разных полимеров, а один полимер, в Рие. 39 Молекула
макромолекуле которого чередуются стирола,
два типа звеньев. Свойства этого полимера будут отли-
чаться от свойств обоих «чистых» полимеров, которые
образуются порознь из каждого мономера.
Рис< 31. Молекула полистирола.
растении путем скрещивания растении двух разных сор-
тов. Полученный гибрид сохраняет какие-то черты обоч
их «родителей», но обладает и новыми качествами, ради
которых и производится гибридизация.
При полимеризации бутадиена получается синтетиче-
ский бутадиеновый каучук. Он обладает главным свойст-
вом каучуков — эластичностью.
При полимеризации другого мономера — стирола —«
получается твердая, слегка звенящая при ударе масса,
размягчающаяся при нагревании и в таком виде легко
поддающаяся формовке. Это — полистирол, обладаю-
щий исключительно сильно выраженной способностью
сопротивляться прохождению электрического тока.
Полистирол — ценнейший электроизоляционный мате-
риал.
И вот химики берут смесь бутадиена и стирола, гото-
вят из нее эмульсию и заставляют ее полимеризоваться.
Получается вещество со свойствами гибрида бутадиено-
вого каучука и полистирола. С бутадиеновым каучуком
его роднит свойство эластичности, с полистиролом — бо-
лее высокая прочность. Если стирола взять мало, «сти,
рольные» звенья в макромолекуле будут встречаться
редко — такой бутадиен-стирольный каучук обладает
высокой эластичностью. Если же количество стирола
увеличить, «бутадиеновым» звеньям в макромолекуле
придется потесниться, между ними все чаще будут
вклиниваться «стирольные» звенья. Эластичность тако-
го бутадиен-стирольного каучука будет поменьше,
зато возрастет механическая прочность.
Семейство каучуков
Меняя соотношение бутадиена и стирола, можно при-,
готовить целую гамму гибридных бутадиен-стирольных
каучуков. И это очень ценно: свойства одних больше
подходят для одной области применения, а свойства дру-
гих больше удовлетворяют требованиям других обла-
стей. Например, при соотношении одна часть стирола на
две-три части бутадиена получаются каучуки, наиболее
подходящие для изготовления автомобильных шин.
В макромолекулах таких каучуков через каждые два-три
66
Рис. 32. Молекула бутадиен-стирольного каучука.
Рис. 34. Молекула полиакрилонитрила.
Рис. 35. Молекула бутадиен-нитр'ильного каучука.

звено.
Совместная полимеризация смеси мономеров назы-
вается сополимеризацией, а образовавшиеся совместные
полимеры — сополимерами.
Сополимеризация открывает очень большие возмож-
ности для получения новых ценных высокомолекулярных
веществ.
Есть такой мономер — акрилонитрил. При его поли-
меризации образуется полиакрилонитрил, из которого
вырабатывают синтетическое волокно нитрон (за грани-
цей— орлон и другие), — превосходный материал типа
натуральной шерсти. А при сополимеризации акрилонит-
рила с бутадиеном получают замечательный каучук.
Этот бутадиен-нитрильный каучук дает резину, которая
в некоторых отношениях превосходит даже резину из на-
турального каучука.
Так трудами химиков постепенно увеличивалось се-
мейство каучуков. Вслед за бутадиеновым синтетиче-
ским каучуком появились хлоропреновый, бутадиен-сти-
рольный, бутадиен-нитрильный. За ними последовали тио-
колы — синтетические каучуки, в молекулах которых со-
держатся атомы серы, и силиконы, молекулы которых со-
держат атомы кремния — того самого кремния, который
является главной составной частью песка. Появились и
другие виды синтетического каучука — полиуретановые,
метилвинилпиридиновые, фторсодержащие, карбокси-
латные (в молекулах которых содержатся такие же ки-
слотные группы, как в молекулах белковых веществ шер-
сти и шелка)... Разве легко перечислить все, что создано
и непрерывно создается в лабораториях химиков, успеш-
но соревнующихся с природой?
А в последние годы удалось решить и ту задачу, пе-
ред которой химики вначале сознательно отступили, —
искусственно получить полимер изопрена, то есть вещест-
во, по химическому составу и строению совершенно по-
добное натуральному каучуку.
Задача с самого начала упиралась в трудности полу-
чения самого изопрена — мономера. Сейчас найден удоб-
ный способ производства изопрена и устранено главное
препятствие в получении изопренового каучука, подобно-
го природному.
68
Природа опять отступила
Синтетические каучуки всех видов состоят из боль-
ших нитевидных молекул, похожих на молекулы природ-
ного каучука. В этом причина их сходства. Поэтому все
они, подобно природному каучуку, эластичны. Их можно
растянуть по крайней мере в три раза, после чего они
быстро и без посторонней помощи сокращаются до
прежних размеров.
Но нитевидные, цепные молекулы каждого вида син-
тетического каучука построены по особому плану, из
разных звеньев. И в этом причина их различия. Поэтому
каждый вид синтетического каучука, кроме общего свой-
ства эластичности, обладает еще особыми свойствами,
Это чрезвычайно ценно. Ведь каучуконос вырабатывает
млечный сок для самого себя, для нужд своего организ-.
ма. Ему безразлично, прочны ли шины и держат ли бен-
зин шланги, изготовленные из его сока. Но нам-то это
не безразлично! Мы не любим, когда быстро рвутся га-
лоши. Нам невыгодно часто менять автомобильные ши-
ны. Каучуконосное растение не в состоянии создать кау-
чук, одинаково хороший и для шин, и для водолазных
костюмов, и для аэростатов, и для галош. А теперь в на-
шей власти подобрать для каждой области применения
такой вид каучука, который в данном случае будет слу-
жить лучше натурального.
Бутадиен-нитрильный каучук истирается на одну
треть медленнее натурального каучука. Поэтому авто-
покрышка из бутадиен-нитрильного каучука прослужит
по сравнению с покрышкой из натурального каучука
лишние три десятка километров на каждую сотню кило-
метров. Вдобавок, она меньше боится бензина и масел.
Что же касается полиуретанового каучука, то резины из
него обладают настолько высокой способностью сопро-
тивляться истиранию и вообще износу, что автомобиль-
ные шины с протекторами из такого каучука могут слу-
жить без замены почти столько же, сколько служит сам
автомобиль. А ведь обычные покрышки приходится ме-
нять так часто, что общая стоимость их чуть ли не дости-
гает стоимости самой автомашины.
Резина из натурального каучука при низкой темпера-
туре теряет свою эластичность. Уже при температуре
5» Рассказы о больших молекулах 69
ностью перестает быть эластичной и становится хруп-
кой—замерзает. Некоторые сорта силиконового, бута-
диенового и бутадиен-стирольного каучука дают резины,
сохраняющие эластичность при семидесятиградусном и
даже при стоградусном морозе.
Плохо выдерживает натуральный каучук и высокие
температуры. Уже при ста пятидесяти — двухстах гра-
дусах резина из натурального каучука начинает разру-
шаться. Силиконовый каучук легко выдерживает темпе-
ратуру до двухсот пятидесяти — трехсот градусов, не те-
ряя прочности и других механических свойств.
Резина из природного каучука не выдерживает бензи-
на, масел и других нефтяных продуктов. Бутадиен-нит-
рильный каучук набухает в них гораздо слабее, а тиокол
совсем не набухает. Поэтому из этих видов синтетиче-
ского каучука, особенно из тиокола, готовят лучшие
шланги для нефтепромыслов, бензоколонок, химических
заводов.
Хлоропреновый каучук пропускает газ водород в де-
сять раз, а тиокол — даже в двести раз хуже натураль-
ного каучука. Поэтому аэростаты, оболочки которых
пропитаны хлоропреновым каучуком, сохраняют водород
в десять, а тиоколовым — в двести раз дольше, чем про-
питанные натуральным каучуком.
Бутадиен-нитрильный каучук держит воздух вдвое
лучше природного каучука. Поэтому автокамеры из это-
го синтетического каучука приходится подкачивать
вдвое реже, чем камеры из каучука природного.
Резина из натурального каучука легко загорается.
Хлоропреновый каучук горит лишь при непосредствен-
ном действии пламени. Стоит только удалить пламя, и
горение прекращается. Силиконовый же каучук даже
специально нелегко поджечь. Это превосходный матери-
ал для гибких деталей, работающих в условиях, когда
они подвергаются опасности загореться.
Вода просачивается сквозь тиокол в тридцать раз
медленнее, чем сквозь натуральный каучук. Легко себе
представить, как это ценно для производства водонепро-
ницаемых прокладок, водолазных костюмов, резиновых
лодок, водонепроницаемых плащей, зонтов.
Превращение натурального каучука в резину требует
70
обязательной вулканизации с помощью серы. Карбокси-
латный каучук превращается в резину без применения
серы — сшивание нитевидных макромолекул карбокси-
латного каучука происходит при действии окислов ме-
таллов. Атом металла связывается с кислотными группа-
ми двух соседних молекул и образует такой же мостик
между ними, как атом серы в случае других каучуков.
Эта своеобразная вулканизация без серы позволяет по-
лучать резины, которые по прочности соперничают с ре-
зинами из натурального каучука, гораздо лучше выдер-
живают высокие температуры и не так быстро дают тре-
щины.
Разгадав тайну природного каучука, химики не толь-
ко с успехом заменили его синтетическим везде, где он
применялся, — они пошли гораздо дальше и приготови-
ли в своих лабораториях, а потом и на химических заво-
дах такие каучуки, которые нашли себе десятки новых
применений, немыслимых для каучука природного.
И, если бы сейчас вдруг во всех странах выросли це-
лые леса тропического каучукового дерева, никому бы и
в голову не пришло закрыть заводы синтетического кау-
чука. Ибо натуральный каучук уже не в состоянии кон-
курировать с разнообразными по свойствам многочислен-
ными искусственными каучуками.
.. 1	7
(falMOfflHofyneii
Ш Самый современный материал
елковичный червь вел химиков по пути к ис-
кусственному волокну. Слезы плачущего дерева были
путеводной звездой на дороге к синтетическому кау-
чуку. В обоих случаях химики начинали с подражания
природе.
Но подражание не закон для химиков. Они создали
множество веществ, которые в природе никогда не встре-
чались.	м
В каких рудниках добывается целлулоид? На каком
дереве растет бакелит? Какие пауки или гусеницы про-
изводят полиметилметакрилат, поливинилацетат, поли-
хлорвинил? Создав эти вещества, химики далеко пере-
гнали природу.
Синтетические материалы обладают множеством
выгодных свойств: механическая прочность, химическая
стойкость, абсолютная водоупорность, прекрасные теп-
лоизолирующие свойства, высокая электроизоляционная
способность, легкость, красивый внешний вид, а если на-
до— и прозрачность. И в то же время пластичность —
способность в определенных условиях легко принимать,
а затем сохранять любую внешнюю форму. Эти материа-
лы дают возможность производить штамповкой, прессов-
кой, литьем под давлением сразу готовое изделие, не тре-
бующее механической обработки и окраски. Какой
природный материал может «похвалиться» хотя бы час-
тичным сочетанием таких свойств, которыми обладают
пластические массы? Подобных материалов в природе
нет. Они искусственно созданы химиками.
Любителям редкостей, возможно, безделушки и укра-
шения из слоновой кости, панциря черепахи или китово-
го уса покажутся более красивыми, чем такие же изде-
лия из пластических масс.
Но разве все слоны, все черепахи и все киты земного
шара смогут дать столько бивней, панцирей и китового
уса, сколько нужно для производства пуговиц, гребней,
оправ для очков, безделушек, которые выпускает один-
единстве1нный завод по переработке пластических масс?
И разве дело только в пуговицах и безделушках?
Бесшумная шестерня, аккумуляторные баки, рулевое
колесо, небьющиеся стекла, мягкое сиденье, красивая
обивка и еще многие десятки деталей автомашин —
вплоть до кузовов — делаются из пластмасс. Выключате-
ли, штепселя, розетки, корпуса телефонных аппаратов
и радиоприемников, телефонные трубки, изоляторы и
сотни других деталей электрорадиотелефонной аппарату-
ры делаются из пластмасс. Легкие, небьющиеся стекла
гражданских и пуленепробиваемые стекла боевых самоле-
тов— это тоже пластические массы. Сто двадцать тысяч
деталей замечательного советского пассажирского реак-
тивного самолета-гиганта «ТУ-104» сделаны из пластмасс.
И в автомобиле/ и в самолете, и в подземной шахте,
и в космической ракете, и на электростанции, и в портфе-
ле школьника, и на кухне, и в любом цехе любого заво-
да есть изделия из пластических масс — самого совре-
менного и самого совершенного материала современной
техники.
Цель — бильярдные шары
Изучение пластических масс опять привело химиков
к большим молекулам. Но американец Джон Хайатт, по-
лучивший в 1870 году первую промышленную пластмас-
су— целлулоид, вряд ли связывал главные свойства но-
вого продукта с величиной молекул целлюлозы. Можно
также сомневаться, вполне ли ясно сознавал американец
Бакелэнд, в честь которого полученная им в 1907 году
важнейшая пластмасса названа бакелитом, что при
образовании бакелита происходит соединение многих ты-
сяч маленьких молекул исходного сырья в огромные мак-
ромолекулы. Это было выяснено несколько позднее. Но,
когда это установили, путь для победного шествия пла-
стических масс был открыт.
Приходится изумляться, насколько иногда мелки и
•незначительны цели, стремление к которым в конечном
счете привело к великим последствиям. Если Реомюр,
впервые загоревшийся мечтой получить искусственный
шелк, или академик С. В. Лебедев, с огромным упорст-
вом в течение многих лет стремившийся приготовить
синтетический каучук, с самого начала имели в виду ре-
шение огромных по масштабам и важности задач, то со-
всем этого нельзя сказать об американских фабрикан-
тах бильярдных шаров, когда они объявляли премию за
изобретение заменителя слоновой кости для этих шаров.
Ибо даже если бы в один прекрасный день все бильярд-
ные шары вместе с киями и столами исчезли с лица зем-
74
ли, это абсолютно не отразилось бы на поступательном
ходе мировой цивилизации.
Поэтому и побуждения Хайатта, в основе которых ле-
жало стремление получить объявленную премию за
бильярдные шары, нельзя даже сравнивать с побужде-
ниями Шардонне, осуществившего мечту Реомюра.
А между тем по странной случайности Хайатт начал
свою работу с тем же исходным материалом, с которым
работал и Шардонне: с нитроцеллюлозой. Но задачи пе-
ред ними стояли разные, и они шли разными путями.
Шардонне важно было получить вязкий густой ра-
створ нитроцеллюлозы, способный тянуться струйками,
застывающими затем в твердые нити. Поэтому он брал
в качестве растворителей спирт и эфир — обе эти жидко-
сти кипят при низких температурах и легко испаряются,
вызывая затвердевание струек раствора в нити.
Но такой раствор не годится для изготовления круп-
ных. массивных изделий, как бильярдные шары. Спирт
и эфир из них испарялись бы слишком медленно, и
оставшееся твердое изделие получилось бы пористым,
хрупким. Надо было найти какой-то другой раствори-
тель.
Однако веществ, в которых растворяется нитроцеллю-
лоза. не так уж много. Перепробовав обычные раствори-
тели, Хайатт стал испытывать необычные. И постепенно
он дошел до камфары. В нормальных условиях это твер-
дое тело: камфара плавится при ста семидесяти пяти
градусах, а кипит при двухстах девяти градусах. Каза-
лось бы — не очень удобный растворитель. Но зато нит-
роцеллюлоза в нем растворяется великолепно. А когда
Хайатт приготовил такой раствор, взяв не так уж много
камфары — одну часть на четыре части нитроцеллюлозы,
он обнаружил у застывшей массы замечательные свойст-
ва. Она утратила хрупкость нитроцеллюлозы и приобре-
ла способность при нагревании легко формоваться с по-
мощью давления или прессования. Камфара придала
нитроцеллюлозе свойство пластичности, превратила
хрупкую нитроцеллюлозу в пластическую массу. Теперь
уже весьма простым способом можно было придать ей
любую форму. Хайатт назвал эту массу, целлулоидом.
А вещества, обладающие, подобно камфаре, пластифици-
рующим действием, назвали пластификаторами.
75
Пластмассы и лаки
Что касается бильярдных шаров, то здесь Хайатта
ждало разочарование: целлулоид для них не годился.
Шары получались слишком легкими. Но зато воротнич-
ки, гребенки, щетки, коробки и множество других подоб-
ных изделий из целлулоида сразу же завоевали рынок.
Вслед за тем появились фотографические пленки на цел-
лулоидной основе и первые слоистые стекла, изготовлен-
ные из склеенных целлулоидных пленок. Такие стекла
не дают осколков при ударах, а это особенно ценно для
автомобилей.
Был усовершенствован и способ производства целлу-
лоида. Вместо одной камфары стали применять для раст-
ворения нитроцеллюлозы еше и спирт. Спирт делает мас-
су более мягкой и пластичной, облегчает формовку изде-
лий. А затем он легко удаляется из готового изделия
нагреванием.
Целлулоид сам по себе бесцветен, но его можно
окрашивать в различные цвета— под малахит, пол чере-
паху, под янтарь и просто в различные яркие цвета.
А если перед формованием изделия грубо, кое-как сме-
шать бесцветный целлулоид с окрашенным в разные цве-
та, то при формовке получатся цветные разводы —
окраска под мрамор.
Вскоре было найдено и еще одно важное применение
для нитроцеллюлозы. Ее раствор в летучем растворите-
ле наносят на какую-нибудь поверхность, например на
металлический кузов автомобиля. Растворитель улетучи-
вается, и остается тонкая пленка нитроцеллюлозы. Она
защищает металлическую поверхность от коррозии
(ржавления) не хуже масляной краски.
Раствор нитроцеллюлозы в летучем растворителе —
лак. Лаковую пленку можно получить цветной, если пред-
варительно окрасить нитроцеллюлозу. Если раствори-
тель будет испаряться слишком быстро, пленка сильно
охладится и могут образоваться пятна. Приходится
применять не слишком летучие растворители. А чтобы
пленка не была хрупкой, к нитроцеллюлозе добавляют
пластификаторы. Камфара здесь не годится: она посте-
пенно улетучивается из тонкой пленки. Вместо камфары
берут другие, менее летучие пластификаторы.
76
Лакокрасочные покрытия — одно из важнейших при-
менений высокомолекулярных веществ. Миллионы квад-
ратных метров металлических поверхностей покрывают
ежегодно лаками и красками, чтобы защитить изделия
от коррозии и придать им красивый внешний вид. При-
менение лакокрасочных материалов, приготовленных хи-
мическим путем, экономит многие тысячи тонн ценных
растительных масел, которые гораздо полезнее и прият-
нее употреблять для поджаривания картошки или в ка-
честве приправы к винегретам и другим вкусным и пита-
тельным блюдам.
Поликонденсация
Когда Хайатт получал свой целлулоид из нитроцел-
люлозы, ему не приходилось заботиться о макромолеку-
лах: нитроцеллюлозу готовят из природного высокомоле-
кулярного вещества — целлюлозы. В отличие от Хайат-
та, Бакелэнд в качестве исходных продуктов брал веще-
ства ? маленькими молекулами и макромолекулы своего
бакелита получал искусственно.
Рис. 36. Молекула фенола. Рис. 37. Молекула формальдегида.
Скелет маленькой молекулы одного из этих исходных
веществ построен из шести атомов углерода, соединен-
ных друг с другом в правильный шестиугольник. К пяти
из этих атомов углерода пристроилось по водородному
атому, а к шестому — такая же группа из кислородного
и водородного атомов, как в спиртах. Вещество, состоя-
щее из таких молекул, называется фенолом или карболо-
вой кислотой (скарболкой») и часто применяется для
дезинфекции.
71
молекула второю ислидии^	-----
В ней всего один атом углерода, к которому присоединены
два атома водорода и один атом кислорода. Это фор-
мальдегид, раствор которого в воде называется форма-
лином и также применяется в качестве дезинфицирую-
щего средства.
Крошечные молекулы формальдегида очень подвиж-
ны и активны. Когда смесь фенола с формальдегидом на-
чинают нагревать, они энергично атакуют молекулы —
шестиугольники фенола. Одна молекула формальдегида
способна оторвать по атому водорода от двух соседних
молекул фенола. Но эта «агрессия» не проходит безна-
казанно и для самого формальдегида: словно пчела, ко-
торая, ужалив, теряет свое жало, молекула формальде-
гида теряет свой кислород. Оторвавшись от углеродного
атома, он соединяется с обоими водородами, выбитыми
из молекул фенола. Образуется молекула воды: ведь во-
да и состоит из двух атомов водорода и одного атома
кислорода.
Рис. 38. Образование димера бакелита.
Остается три осколка: два осколка молекул фенола,
потерявших по одному водороду, и осколок молекулы
формальдегида, лишившийся своего кислорода. Осколок
формальдегида, состоящий из одного углеродного и двух
водородных атомов, называют метиленовой группой.
Осколки молекул крайне неустойчивы, в свободном
виде они долго существовать не могут.. И, как только они
образуются, они сейчас же соединяются друг с другом.
Метиленовая группа присоединяется к осколкам моле-
кул фенола — к тем углеродным атомам шестиугольни-
ка, которые потеряли свои водороды. ЛАежду молекула-
ми фенола возникает мостик из метиленовой группы.
7Я
Произошло связывание, или, как говорят химики, кон-
денсация двух остатков фенола с помощью метиленовых
групп. Но такая двойная молекула — чем это не димер?
При нагревании фенола с формальдегидом она долго в
покое не остается. Ведь в сосуде или аппарате, где все
это происходит, она окружена молекулами фенола, и
между ними носятся маленькие, юркие молекулы фор-
мальдегида. И сейчас же, как только образовался димер,
вторая молекула формальдегида отрывает от него и от
соседней молекулы фенола по водороду, теряет свой атом
кислорода (который, как и в первом случае, соединяется
с водородами, давая молекулу воды) и связывает оско-
лок димера с осколком молекулы фенола оставшейся ме-
тиленовой группы. Получается еще более сложная моле-
кула — тройная: в ней три остатка фенола связаны двумя
метиленовыми мостиками. Был димер, стал тример.
Ну и понятно, что на этом процесс конденсации не
останавливается. Тример и еще одна молекула фенола
взаимодействуют с еще одной молекулой формальдеги-
да, опять образуется молекула воды, а метиленовая груп-
па привязывает к тримеру остаток фенола. Получается
тетрамер, затем пентамер, гексамер, и процесс продол-
жается до тех пор, пока не образуется полимер.
Так протекает процесс поликонденсации.
Новолаки
Поликонденсация — второй способ получения макро-
молекул. Он отличается от полимеризации, где происхо-
дит просто присоединение одной молекулы мономера к
другой; при полимеризации ничего не отделяется, и в мо-
лекуле полимера столько же атомов, сколько их было во
всех соединившихся молекулах мономера.
При поликонденсации часть атомов обязательно от-
рывается от соединяющихся молекул и в образовавшейся
макромолекуле атомов всегда меньше, чем было в моле-
кулах исходных веществ.
Но результат один и тот же: и при полимеризации, и
при поликонденсации образуются полимеры — вещества,
состоящие из макромолекул.
Если при конденсации фенола с формальдегидом фе-
яола взять немного больше, чем формальдегида, напри-
79
мер на каждые шесть молекул формальдегида семь мо-
лекул фенола, то образуется линейная макромолекула,
в которой выстроенные в ряд, гуськом, остатки фенола
связаны метиленовыми мостиками. В такой молекуле-це-
почке обычно метиленовые группы связывают не очень
много—всего до девяти-десяти остатков фенола. Вещест-
во, построенное из таких небольших макромолекул, имеет
вид смолы. Оно растворимо в некоторых растворителях:
отдельные макромолекулы в нем не связаны и при дей-
ствии растворителя легко отходят друг от друга.
Такие смолы расплавляются при нагревании: под дей-
ствием тепла отдельные молекулы отходят друг от друга
и начинают самостоятельно двигаться во всех направле-
ниях. После охлаждения смола снова застывает, ничем
не отличаясь от первоначальной. Она опять может быть
расплавлена при нагревании.
Такие смолы, не теряющие плавкости и растворимо-
сти после нагревания, называют термопластичными. Тер-
мопластичные феноло-формальдегидные смолы получили
название «новолачных» (новолаки— новые лаки).
Новолаки очень удобно перерабатывать в готовые из-
делия: в нагретом, размягченном состоянии они легко
формуются. А так как они растворимы, то их можно при-
менять и для лакокрасочных покрытий.
Опять молекулы-сетки
Для получения новолачной смолы формальдегида
берут меньше, чем фенола. При таком соотношении ис-
ходных веществ образуются линейные макромолекулы,
в которых остатки фенола чередуются с метиленовыми
группами, а на концах обязательно стоят остатки
фенола — ведь их больше!
Если же изменить соотношение — взять больше фор-
мальдегида, например семь молекул на каждые шесть
молекул фенола, то простая линейная поликонденсация
станет невозможной. В некоторых местах макромолеку-
лы метиленовые мостики свяжут друг с другом не два,
а три остатка фенола — получится боковая цепь. А самое
главное — избыточные молекулы формальдегида присо-
единятся к концевым и некоторым промежуточным остат-
кам фенола особым способом. Они вклиниваются между
8*
Рис. 39. Молекула новолака
(феноло-формальдегидной смолы)
Рис. 40. Молекула резола.
мом водорода — и в этом месте оказываются мсшлсии-
вые группы с присоединенными к мим спиртовыми груп-
пами. Такие группы названы метилольными.
Получаются смолы, которые называют резольными
(резолами). Их молекулы так же невелики, как и моле-
кулы новолаков. Поэтому они тоже растворимы и пла-
вятся при нагревании.
Новолаки можно превратить в резолы. Для этого на-
до новолак обработать формальдегидом. Молекулы фор-
мальдегида вклинятся в различные остатки фенола и
образуют метилольные группы.
И, наоборот, резолы можно превратить в 1новолаки.
Для этого необходимо подействовать на них фенолом.
Налетая на метилольную группу, молекула фенола от-
рывает от нее спиртовую группу, а сама при этом теряет
атом водорода. Спиртовая группа и водород соединяют-
ся в молекулу воды, а остаток фенола присоединяется к
метиленовой группе, образовавшейся в результате рас-
пада метилольной.
Казалось бы, существует небольшая разница между
новолаками и резолами — в одних есть метилольные
группы, а в других нет. Всего-то в этих группах по одно-
му углеродному, одному кислородному и трем водород-
ным атомам! Но химия тем и замечательна, что даже не-
большая разница в химическом составе и строении моле-
кул подчас коренным образом меняет основные свойства
вещества.
Так и здесь. Новолачные смолы можно хранить очень
долго.
Совсем другое дело—резольные смолы. Метилольные
группы в их молекулах могут взаимодействовать не толь-
ко с молекулами фенола, как при превращении резола в
новолак. Они могут столкнуться и с соседними макромо-
лекулами резола. Произойдет точно такой же процесс,
но метиленовый мостик перекинется между двумя сосед-
ними макромолекулами, и они окажутся сшитыми — со-
всем как при вулканизации каучука. И так же, как при
вулканизации, образуется крупная молекула-сетка.
Этот процесс происходит при долгом хранении резо-
лов или при их нагревании. И, конечно, он сопровож-
дается резким изменением свойств вещества. В новом
82
Рис, 41. Молекула резитола.
молекулы. Растворители не могут порвать мостики и раста-
щить молекулу-сетку на части. Они могут лишь прони-
кать внутрь сетки и более или менее значительно растя-
гивать ее. Поэтому образовавшееся вещество способно
сильно набухать, но "оно почти нерастворимо. Метилено-
вые мостики, возникшие при нагревании, при охлажде-
нии не разрушаются. Поэтому даже после одного нагре-
вания исходный резол получить охлаждением нельзя. Ве-
щество так и остается в новом состоянии. Резольная
смола превратилась в новое вещество—резитол.
Выходит, что нельзя безнаказанно нагревать резолы,
За это резкое изменение свойств при нагревании резолы
называют термореактивными смолами — в отличие от
термопластичных новолаков.
Молекулы-решетки
Резитолы при нагревании не расплавляются: молеку-
лы-сетки слишком громоздки, чтобы вполне свободно
двигаться по отношению друг к другу. Но резитолы еще
сохраняют способность размягчаться при нагревании,
становиться пластичными. В таком состоянии их удобно
формовать в изделия.
При дальнейшем хранении или нагревании резитолов
процесс образования метиленовых мостиков за счет ме-
тилольных групп продолжается. Сетка становится более
частой. А кроме того, метиленовые мостики возникают и
между отдельными сетками. Постепенно образуется ги-
гантская единая макромолекула, похожая на решетку
или на сложно переплетенные фермы стального желез-
нодорожного моста.
Никакие растворители не могут разделить на отдель-
ные нити эти гигантские молекулы-решетки. Даже силь-
ное нагревание не может расплавить феноло-формальде-
гидную смолу в таком состоянии. При очень сильном на-
гревании происходит полное разрушение вещества, но не
расплавление или хотя бы размягчение.
Зато образовавшееся вещество обладает ценными тех-
ническими свойствами. Оно прочно, как металл, не боит-
ся действия воды, бензина, керосина, спиртов и других
84
Рис. 42. Молекула резита.
растворителей, водных растворов кислот и щелочен^
Такие смолы (называют резитами.
Переход от резола к резиту называется отверждени-
ем смолы. Процесс отверждения всегда осуществляют
после формования изделий. Только после отверждения,,
после перехода в состояние резита, феноло-формальде-
гидная смола приобретает те свойства, которыми должно*
обладать готовое изделие.
Меняя соотношение фенола и формальдегида, меняя
условия, в которых проводится поликонденсация, напри-
мер температуру, катализаторы, или меняя условия от-
верждения резольных смол, получают резиты, отличаю-
щиеся весьма различными свойствами.
Один из лучших видов феноло-формальдегидныхсмол
наряду с бакелитом — карболит, изобретенный выдаю-
щимся русским химиком, основателем отечественной про-
мышленности пластических масс Григорием Семеновичем
Петровым.
Готовые изделия редко делают из чистых смол. Обыч-
но смолы смешивают с наполнителями — древесной му-
кой, бумажной крошкой, асбестом и другими веществами.
Это придает изделиям новые свойства — повышенную
прочность, огнестойкость и другие. Особенно ценные из-
делия получаются при использовании в качестве напол-
нителей стеклянного волокна. Они отличаются исключи-
тельной механической прочностью.
Очень часто смолой пропитывают ткани, сложенные
слоями.
После отверждения под прессом получаются листы, по
прочности не уступающие стальным. Этот материал на-
зывается текстолит. Если для приготовления текстолита
взять ткани из стекла, то такие листы по прочности пре-
восходят сталь. Из них можно делать автомобильные ку-
зова и другие ответственные изделия.
Мир пластических масс
Для искусственного волокна важнее всего нитевидная
форма макромолекул. В каучуке отдельные (нитевидные
молекулы приходится с помощью вулканизации сшивать
друг с другом мостиками, превращать разрозненные мо-
лекулы-нити в связанные между собой молекулы-сетки.
86
В мире пластических масс к молекулам-нитям и молеку-
лам-сеткам присоединяются молекулы-решетки—гигант-
ские образования, в которых отдельные детали прочно
связаны друг с другом отходящими вправо и влево, вверх
и вниз мостиками — различными атомами и группами
лтомов.
В одних случаях, как в резольных смолах, поперечные
мостики возникают за счет атомов, находящихся во всех
.или во многих звеньях самих нитевидных молекул. В дру-
гих, как при вулканизации каучука, для образования мо-
стиков нитевидные молекулы обрабатывают специальны-
ми веществами. Наконец, очень часто для возникновения
мостиков применяют специальные мономеры, которые
добавляют к основным в процессе полимеризации или
поликонденсации.
Молекулы «обычных» мономеров при полимеризации
или поликонденсации могут связываться друг с другом
только своими концами. В отличие от них, молекулы мо-
номеров, которые применяются в качестве «мостикооб-
разующего начала», способны связываться с другими
звездообразно — в трех и более местах. Двумя «лучами»
такие «звезды» участвуют в образовании одной нити, а
•остальными, как мостиками, связываются с соседними
нитями. Макромолекула растет поэтому одновременно во
всех направлениях в пространстве: вперед, назад, вправо,
влево, вверх, вниз, — пока наконец не станет подобна
сложной решетке или ферме железнодорожного моста.
Здесь уже в образовавшемся веществе нет отдельных мо-
лекул. Все вещество представляет собой единую гранди-
озную макромолекулу, размеры которой определяются
размерами всего тела, изделия, куска, обломка.
Разнообразя исходные продукты, изменяя их соот-
ношения, беря больше или меньше мостикообразующего
начала, ведя процесс в разных условиях, получают моле-
кулы-нити длинные и короткие, молекулы-сетки частые и
редкие, молекулы-решетки сложные и простые. А в зави-
симости от этого будут получаться пластические массы
с самыми разнообразными свойствами. Мы знаем пласт-
массы растворимые и нерастворимые, мягкие и твердые,
легкие и тяжелые, эластичные и хрупкие, плавкие и не-
плавкие, прозрачные и светонепроницаемые, горючие и
огнестойкие. Мы знаем пластмассы, прочные как сталь.
87
жары и жестоких морозов, не боящиеся .самых крепких
кислот и щелочей, не пропускающие самые сильные
токи.
Самая простая нить
Самая простая нитевидная молекула — у полиэтиле-
на: она состоит из построившихся гуськом, связанных друг
с другом метиленовых групп. Таких групп в молекулах
разных сортов полиэтилена обычно от восьмисот пяти-
десяти до двух тысяч.
Рис. 43. Молекула полиэтилена.
Несмотря на простоту состава и строения, полиэтилен
обладает замечательными свойствами. Он термопласти-
чен, легко формуется в нагретом состоянии, а в холод-
ном— хорошо поддается обработке на обычных механи-
ческих станках. Полиэтилен гибок и эластичен, трубы из
него легко укладываются в траншеи любого профиля и
не лопаются, если в них замерзнет вода: они легко раз-
даются без растрескивания. При обычной температуре
кислоты и щелочи не разъедают полиэтилен, и только при
температурах около ста градусов некоторые крепкие кис-
лоты начинают его разрушать; столь высокая химическая
стойкость полиэтилена позволяет широко использовать
его на химических заводах.
Исключительно высокие электроизоляционные свой-
ства полиэтилена сделали его незаменимым материалом
для электротехники, телевидения, радиолокации. А спо-
собность почти абсолютно не пропускать воду и воздух
позволяют применять полиэтиленовые пленки в качест-
ве идеального материала для упаковки пищевых продук-
тов.
Недаром сейчас говорят, что полиэтилена может быть
потреблено столько, сколько произведено, — чем больше
масштабы его выработки, тем шире и применение. Не
S3
многие материалы имеют такие неограниченные возмож-
ности!
А если учесть, что сырьем для полиэтилена служит
этилен — мономер, молекула которого состоит из двух
метиленовых групп, а этилен — это газ, который можно
получать переработкой попутных газов, в огромных ко-
личествах выделяющихся из земных недр вместе с неф-
тью, а также из газов, образующихся при переработке
самой нефти, то легко понять причины бурного роста про-
изводства полиэтилена у нас и во многих зарубежных
странах..
Потомки полиэтилена
Оба атома водорода метиленовой группы можно за-
менить другими атомами и группами атомов. Если эту
операцию проделать с метиленовыми группами макро-
молекулы полиэтилена, получатся новые полимеры с но-
выми свойствами.
Эти полимеры можно назвать потомками полиэтиле-
на— они явно имеют с ним черты «фамильного», «семей-
ного» сходства. Но получать их из готового полиэтилена
очень трудно. Гораздо проще необходимые изменения
произвести в молекулах мономера: заменить водороды на
нужные атомы и группы в исходном этилене. Химики так
и делают. А уж из образовавшихся мономеров получают
новые полимеры.
Рис. 44. Молекула полипропилена.
Ближайший родственник полиэтилена — полипропи-
лен. В его макромолекуле у каждой второй метиленовой
группы вместо одного.из водородов стоит группа из угле-
родного и трех водородных атомов. Это делает его более
теплостойким, более прочным, способным лучше задер-
g Рассказы о больших молекулах 89
жйвать влагу и воздух, чем паштилеп. па
на получают прекрасные искусственные волокна.
В полистироле в каждой второй метиленовой группе
место одного из водородов занимают такие же шести-
угольники, как в молекуле фенола (шесть атомов угле-
Рис. 45. Молекула полихлорвинила.
рода, пять из которых связаны с водородами). Этого до-
статочно, чтобы полистирол стал одним из лучших элек-
троизоляторов.
В макромолекуле полихлорвинила в каждой второй
метиленовой группе вместо водорода стоит атом хлора.
Разница небольшая, но она делает полихлорвинил пре-
красным материалом для эластичных каучукоподобных
пленок, из которых готовят плащи, клеенки и другие из-
делия.
Поливиниловый спирт отличается от полихлорвинила
тем, что вместо хлора у него стоят спиртовые группы. Из
поливинилового спирта готовят шланги, перчатки и дру-
гие изделия, не боящиеся бензина и минеральных масел.
Рис. 46. Молекула поливинилового спирта.
А если вместо водорода в спиртовых группах поставить
остатки уксусной кислоты, как в ацетатном щелке, полу-
чится поливинилацетат, растворы которого применяют в
качестве лаков.
Совершенно изумительное вещество образуется, ко-
гда все атомы водорода в макромолекуле полиэтилена
заменяют атомами фтора. Оно одинаково хорошо служит
90
при шестидесятйградусйом морозе й трехсотградусной
жаре, не горит, не разрушается от действия крепких кис-
лот и щелочей, в том числе и от действия «царской вод-
ки» (смеси азотной и соляной кислот), получившей такое
ОСТАТОК уксусной кислоты
Рис. 47. Молекула поливинилацетата.
пышное название за то, что она растворяет даже «царя
металлов» — золото. Недаром это вещество — полите-
трафторэтилен или тефлон — называют иногда пластмас-
совой платиной.
Можно перечислить еще множество членов обширного
семейства полиэтилена. Например, полиметилакрилат
и полиметилметакрилат, которые широко используются
для производства небьющегося органического стекла, так
как отличаются бесцветностью, высокой прозрачностью,
светостойкостью, способностью почти так же хорошо про-
пускать ультрафиолетовые лучи, как кварц. К этому же
семейству относится винилит, в котором метиленовые
группы чередуются то с такими хлорсодержащими груп-
пами, как в полихлорвиниле, то с такими группами, как
в поливинилацетате, и целый ряд других сополимеров.
Каждый из них обладает своими особыми свойствами, а
следовательно, и своими областями применения.
Застывшая пена
Мы уже знаем, что у всех членов семейства полиэти-
лена линейные, нитевидные макромолекулы. Но такие же
семейства родственных полимеров имеются и в группе
пластических масс с сетчатыми молекулами, и в группе
пластмасс с молекулами-решетками. Легко себе предста-
91
веществ с заранее заданными свойствами.
А к этому надо прибавить и разнообразие выпускных
форм пластических масс. В самом деле, пластмасса мо-
жет быть получена в виде массивного куска, из которого
изделие готовят резанием, сверлением. Это—литые пласт-
массы. Она может быть получена также в виде порошка,
из которого изделие удобно готовить прессованием. Это—
пресспорошок.
Но пластмасса может быть получена и в виде застыв-
шей пены, состоящей из великого множества крошечных,
замкнутых в тонкие стенки пузырьков. Для этого в мо-
мент отверждения вызывают бурное выделение пузырь-
ков. газа, пронизывающих толщу затвердевающей массы.
Так получают пенопласты, непроницаемые для влаги и
воздуха, прекрасно защищающие от потери тепла и про-
хождения звука, отличающиеся необычайной легкостью.
Можно получить пенопласты, которые в семьсот раз лег-
че стали, в сто раз легче воды и в двадцать пять раз лег-
че пробки. Это — идеальный материал для тепло- и зву-
коизоляции кабин самолетов.
Кроме того, пластмассу можно получить в виде
застывшей пены, пузырьки которой сообщаются между
собой. Это — поропласты. Эластичные поропласты слу-
жат прекрасным материалом для сидений в самолетах
и автомобилях, для матрацев, кресел и тому подобных
изделий. А при желании поры могут быть получены в ви-
де правильных ячеек, словно пчелиные соты. Такие поро-
пласты и называются сотопластами.
Прививка макромолекул
Кто не читал или хотя бы не слыхал о садоводах-ми-
чуринцах, прививающих к плодовым деревьям не только
ветки других сортов того же вида, но и ветки других пло-
довых деревьев.
Разнообразя способы получения новых полимерных
материалов, химики перенесли на макромолекулы метод
прививок. Они разработали метод привитой сополимери-
зации.
При обычной сополимеризации полимер получают из
смеси разных мономеров. В его макромолекуле остатки
92
мономеров более или менее равномерно чередуются друг
с другом. Такая макромолекула подобна стене, сложен-
ной из красного и белого кирпича, предварительно сва-
ленного и перемешанного в беспорядочную кучу.
Но ведь стену можно сложить и так, что центральная
часть из белого кирпича будет сверху, снизу и с боков
обложена красным кирпичом. При такой кладке кирпи-
чи заранее не смешивают — сначала используют один
сорт, затем другой. Чтобы получить привитой сополи-
мер, сначала проводят полимеризацию одного мономера.
Получают «чистый» полимер, который вносят во второй
мономер. Когда затем вызывают полимеризацию второго
мономера, то сначала часть его молекул присоединяется
Рис. 48. Привитой сополимер.
к некоторым атомам готового полимера, а затем всту-
пает во взаимодействие с остальными молекулами вто-
рого мономера. В результате от «ствола», построенного
из одного мономера, начинают расти «ветви» из другого
мономера.
К одному полимеру «привили» другой полимер. Ясно,
что такой «привитой» сополимер будет обладать особыми
свойствами.
Полистирол очень тверд и обладает отличными элек-
троизоляционными свойствами. Это — достоинства. Но он
хрупок, легко загорается, не выдерживает действия бен-
зина и минеральных масел. Это — недостатки.
Полихлорвинил загорается, только если его специаль-
но поджигать огнем, и не боится бензина и масел. Это —
достоинства. Но он мягок и недостаточно хороший изо-
лятор тока. Это — недостатки.
Чтобы получить вещество, сочетающее достоинства
полистирола и полихлорвинила, но лишенное их недо-
статков, к макромолекуле полистирола прививают поли-
хлорвинил. Для этого готовый полихлорвинил вносят в
стирол и заставляют стирол полимеризоваться. От «ство-
ла» — полихлорвинила — начинают расти полистироль-
ные «ветви». Получается вещество, отличающееся элек-
троизоляционными свойствами и твердостью полистирола
и в то же время огнестойкое, бензиностойкое и масло-
стойкое, как полихлорвинил. Первые два свойства «гиб-
рид»— привитой сополимер — унаследовал от полисти-
рола— «ветвей дерева», вторые три — от полихлорвини-
ла — «ствола».
Если вместо полихлорвинила в стирол внести каучук,
то полистирольные «ветки» вырастут на каучуковом
«стволе». В этом гибриде твердость, унаследованная от
полистирола, не испорчена обычной для него хрупко-
стью— каучуковая часть молекулы снижает хрупкость
почти в пять раз.
Макромолекулы из сборных блоков
Здания можно строить не только из кирпича. Наибо-
лее современный способ — это сборка зданий из готовых
крупных блоков. Химики показали, что крупноблочный
способ применим и для «сборки» макромолекул.
Для этого получают различные полимеры, макромо-
лекулы которых не очень велики. Их смешивают и застав-
ляют макромолекулы сцепиться своими концами. И при-
том так, чтобы в образовавшейся «сборной» макромоле-
куле исходные чередовались более или менее правильно,
словно блоки в постройке. Получаются новые вещества—
блоксополимеры — с новыми свойствами.
Рис. 49. Блоксополимер.
Блоксополимеры можно получить и другим путем.
Можно смешать два разных полимера и очень энергично
перетирать смесь на механических вальцах, в мельницах
и других приспособлениях. Механические усилия могут
привести к разрыву макромолекул на более мелкие
94
части. Образовавшиеся обрывки — «блоки» — свяжутся
друг с другом, но уже так, что образуются не первона-
чальные однородные макромолекулы, а смешанные блок-
сополимеры.
Подвергая такой операции смесь бутадиенового кау-
чука с феноло-формальдегидной смолой, можно получить
новые по свойствам полимерные материалы. Если взять
больше каучука, получатся резины, стойкие к истиранию,
а если больше смолы, — пластмассы, стойкие к ударам.
Блоксополимеры натурального каучука с хлоропрено-
вым наследуют высокие качества первого и бензиностой-
кость и маслостойкость второго.
«Сборка» макромолекул из крупных блоков — еще
одна возможность создания веществ с нужными, заранее
заданными свойствами.
Получение пластических масс — такая область техни-
ки, границы которой пока еще не видны. Она бурно раз-
вивается и каждый день приносит что-то новое. То, что
сделано в этой области вчера и сегодня, изумляет нас
своей грандиозностью. Но кто может поручиться, не по-
кажется ли все это детскими игрушками в сравнении с
тем, что будет найдено в мире пластических масс—в этом
мире безграничных возможностей — завтра и после-
завтра?
ТТ7	Химия больших молекул
1 аковы результаты химического наступления. Но
химики на этом не остановились. Вёдь работая над по-
лучением искусственного волокна, синтетического каучу-
ка, пластических масс, они заложили фундамент новой
химической (науки — химии высокомолекулярных соеди-
нений, специально занимающейся изучением больших
молекул.
Новые науки не возникают по прихоти отдельных уче-
ных. Они рождаются, когда того требуют интересы прак-
тической жизни. До начала XIX века химическое произ-
водство не имело дела со сложнопостроенными химиче-
скими соединениями. Сода и поташ, селитра и мыло,
две-три едкие щелочи и столько же кислот—вот почти все,
что оно вырабатывало. Молекулы этих веществ редко
насчитывают более десятка атомов.
В XIX веке начинается производство искусственных
анилиновых красителей, новых взрывчатых веществ,
сложных лекарств. Молекулы их построены уже из не-
скольких десятков, а нередко и сотен атомов. И этого
оказалось достаточным для такого усложнения свойств
веществ, проявления такого разнообразия и своеобразия
свойств, что для изучения таких веществ из единой преж-
де химии выделилась и оформилась новая наука — орга-
ническая химия.
В конце XIX, а особенно в XX веке на очередь выдви-
гается задача производства искусственного волокна, син-
96
тетического каучука, 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 мно-
гом отличны от веществ низкомолекулярных (построен-
ных из малых молекул). Поэтому вполне понятна потреб-
ность в особой науке, специально изучающей высокомо-
лекулярные вещества.
С возникновением этой потребности и родилась химия
высокомолекулярных соединений.
Решающие микрограммы
Высокомолекулярные соединения отличаются от низ-
комолекулярных не только тем, что в них свойства низко-
молекулярных проявляются с большим разнообразием.
Огромная величина их молекул сообщает им и совершен-
но новые свойства, которых нет и не может быть у низко-
молекулярных соединений.
Кто не приходил в почтительное изумление, узнав об
исчезающе малых количествах некоторых витаминов,
ядов, лекарств, которых достаточно для оказания самого
резкого воздействия на живой организм! Всего только
две стотысячные доли грамма или двадцать микрограм-
мов (микрограмм — одна миллионная часть грамма) ви-
тамина D в сутки требуется для предохранения ребенка
от заболевания рахитом. Одним граммом витамина D
можно целый год спасать от рахита сто тридцать семь
детей!
Обычная химия малых молекул не могла объяснить
эту загадку. Новая химия высокомолекулярных соедине-
ний дает ключ к ее решению.
Крюк, соединяющий вагоны поезда, исчезающе мал
по сравнению с поездом, но от его прочности зависит без-
опасность движения всего состава: достаточно ему по-
рваться, и произойдет крушение. Два углеродных атома
в середине молекулы-нити каучука — ничтожная доля
всей молекулы, построенной из пятидесяти двух тысяч
атомов. Но стоит разорвать связь между этими средними
атомами — и свойства каучука резко изменятся. Раство-
ры его станут вдвое менее вязкими, сильно ухудшится
эластичность, значительно понизится прочность. Для раз-
47
«ov	VpVAnrUVlH у 1 Vicp UAHDlIVin <Д 1 о 1V1 а мп
молекулы каучука требуется всего только одна молекула
кислорода.
Молекула «а молекулу!
Но одна из них весит почти в десять тысяч раз больше
другой. Поэтому одного грамма кислорода достаточно
для коренного изменения многих свойств почти десятка
килограммов каучука, или иначе — на один грамм каучу-
ка идет всего лишь одна десятитысячная доля грамма
кислорода!
Почти незаметные количества таких низкомолекуляр-
ных веществ, как яды, способны самым роковым образом
повлиять на состояние живого организма потому, что они
поражают немногочисленные и небольшие по размерам,
но очень важные участки огромных белковых молекул,
из которых построены его клетки. Здесь тоже достаточно
молекулы на молекулу, но разница между ними не в де-
сять тысяч раз, а нередко во много раз больше.
На пути к тайнам живого белка
Постепенно знакомясь с особыми свойствами веществ,
построенных из больших молекул, мы начинаем пони-
мать, почему наиболее сложные из них — белковые ве-
щества— стали носителями самого величественного яв-
ления природы — явления жизни.
Гигантская молекула живого белка, насчитывающая
в своем составе многие сотни тысяч, а может быть, и мил-
лионы атомов, в причудливо изогнутой и свернутой це-
почке которой чередуются в каком-то пока еще почти
неизвестном порядке тысячи звеньев более чем двадцати
сортов, отличается от макромолекул каучука, целлюлозы
или простейших белков, например фиброина, шелка, изу-
мительной сложностью своего строения.
Своими различными частями она может участвовать
в самых разнообразных химических действиях, а кроме
того, благодаря величине и сложности может проявлять
множество особых, до сих пор еще мало изученных или
даже не открытых свойств. Поэтому молекула белка в
одно и то же время чувствительна к малейшим внешним
воздействиям и стойка, легко разрушается от различных
причин и столь же легко приспособляется к ним. Как ска*
ЭД
зал один химик, она «живая в химическом смысле этого
слова».
Изучить законы поведения больших молекул, рас-
крыть до конца их строение, узнать тайны их возникно-
вения и причины разрушения, открыть новые способы
получения и технического использования и приблизиться
к познанию химической стороны явления жизни — задача
новой отрасли химической науки.
Химия больших молекул на наших глазах вышла из
младенческого периода своего развития и уверенно наби-
рает силы. Она уже добилась таких результатов, кото-
рые убедительно доказали, что дальнейший путь ее бу-
дет отмечен многими и многими великими открытиями.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Состязание с гусеницей
На выучку к паукам	и	гусеницам ...	3
Первая удача............................... 4
Лиха беда начало........................7
Шелк ли искусственный	шелк?.......9
Разведка действует '....................11
Искусственно ли искусственное волокно? .	. 13
Цена беспорядка.........................15
В единении — сила.......................16
Молекулы в строю	.....................17
Еще одна команда......................... .19
Звено цепочки............................ .20
Полуискусственное.......................22
Шерсть из простокваши ....	. . 25
Молекула фиброина..........................26
Кератин сложнее.......................... .29
Теория шестимесячной завивки ...	. . 31
Производство длинных молекул...............33
Поправки химиков ......................... 35
Шелковичный червь побежден . .	. . . 37
Маленькие против больших
Буря в стакане воды .......................40
Друзья и враги.............................42
Засады и зацепки...........................43
Обходный маневр...........................45
Длинные красители.........................46
100
Твердые растворы .... *	 47
Безотказный способ........................48
Ремонт и реконструкция молекул............49
По следам плачущего дерева
Слезы дерева . < .........................51
Опять молекула-нить . .	..... 53
Сшивание макромолекул ....................56
Для начала — попроще	.	...	58
Цепной процесс....................... .	.	59
Хлоропреновый каучук .	.	.	.	62
Искусственный млечный сок	.	.	63
Молекулы-гибриды ...	... 65
Семейство каучуков ...	.	... 66
Природа опять отступила .	.... 69
Мир безграничных возможностей
Самый современный материал	. .	72
Цель—бильярдные шары . .	.... 74
Пластмассы и лаки ...	 76
Поликонденсация..........................77
Новолаки ...	...	.... 79
Опять молекулы-сетки......................80
Молекулы-решетки.........................84
Мир пластических масс....................86
Самая простая нить ....	 88
Потомки полиэтилена .	 89
Застывшая пена............................91
Прививка макромолекул................ . 92
Макромолекулы из сборных блоков .... 94
Рождение новой науки
Химия больших молекул....................96
Решающие микрограммы.....................97
На пути к тайнам живого белка ..... 98
К ЧИТАТЕЛЯМ
Издательство просит отзывы об этой
книге присылать по адресу:
Москва, А-47, ул. Горького, 43.
Дом детской книги.