Из чего всё сделано? Рассказы о веществе

Одуванчик и автомобиль

Что общего у одуванчика и автомобиля? И тех, и других очень много, скажете вы. Но такой ответ не принимается, потому что, в отличие от автомобилей, одуванчики никто никогда не пересчитывал, да и вряд ли это возможно. Тогда что же? Можно, конечно, спросить папу, но как раз сейчас он подкачивает спустившееся колесо своего автомобиля во дворе. Хотя это и есть ответ на наш вопрос — колесо! Точнее, вещество, из которого сделана его оболочка.

Из чего же сделана шина автомобильного колеса и защищающая её покрышка? Из резины, скажете вы. А из чего сделана резина? Из очень интересного вещества, имя которого — каучук.

Впервые о каучуке узнали американские индейцы сотни лет назад. Колумб вернулся домой, в Испанию, из открытой им в 1492 году Америки не с пустыми руками. Он привез с собой множество всяких неизвестных «сокровищ». Говорят, что среди них был эластичный мяч, сделанный из древесной смолы, который высоко отскакивал от земли. Такие мячи индейцы делали из сока бразильской гевеи — вечнозелёного дерева, произраставшего на берегах Амазонки. Этот сок назывался «каучу» — «слёзы млечного дерева» по-индейски. А испанцы назвали его латексом, что означает сок по латыни, а вещество, содержащееся в латексе, — каучуком.

Получали каучук просто. На дереве делали надрез, и из него начинал сочиться белый сок (латекс), похожий на молоко, который собирали в разные плошки. Кстати, сходство с молоком здесь не только внешнее. Как и молоко, латекс представляет собой водную эмульсию. Так химики называют смесь воды с веществом, которое в ней не растворяется и плавает в виде мельчайших шариков. Поэтому смесь такая белая, а не прозрачная. В молоке это шарики жира и белков, в латексе — каучука.

Белый густой сок, стекающий из надреза на дереве гевеи, химики называют латексом. Именно из него извлекают натуральный каучук, из которого в свою очередь делают резину для воздушных шариков и покрышек

Если капельку латекса рассмотреть под микроскопом, то можно увидеть малюсенькие частицы размером от одного до пяти микрон — в несколько десятков раз меньше, чем толщина вашего волоса. Они мечутся в разные стороны, как живые. Да-да, это то самое броуновское движение, о котором мы с вами уже говорили в первой главе.

В соке гевеи меньше половины приходится на долю каучука. Остальное — вода. Чтобы выделить латекс, индейцы поступали точно так же, как и мы с молоком, когда хотим получить из него творог. Если в настоящее деревенское молоко добавить немного кислоты (лимонного сока, например), то молоко «свернётся». Дело в том, что из-за кислоты капельки жира и белков начнут слипаться, эмульсия — разрушаться, и на дно осядут белые слипшиеся крупинки — творог. Так и с латексом. Если в него добавить немного органических кислот, уксуса или того же лимонного сока, то он разделится на густой слой каучука и воду, которую можно просто слить. А можно нагревать латекс на медленном огне с тем же результатом. Только не забывать при этом постоянно перемешивать.

Из получившегося липкого каучука, который затвердевал на воздухе и темнел, но по-прежнему оставался эластичным и прыгучим, индейцы и делали свои знаменитые мячи, первые в мире галоши и сосуды для воды. Им пропитывали ткани, чтобы сделать их непромокаемыми. Европейцы обратили внимание на это удивительное вещество лишь в 1736 году, когда Французская академия наук занялась его исследованием. Тогда же начали придумывать, как его использовать.

В 1791 году англичанин Сэмюэль Пил взял патент на пропитку ткани каучуком, то есть запатентовал способ, которым давно пользовались индейцы. В 1823 году шотландец Чарльз Макинтош придумал другую непромокаемую одежду: между двумя полотнами ткани делали каучуковую прослойку и из полученного материала шили плащи. В честь изобретателя их назвали макинтошами, которые очень быстро вошли в моду.

И всё бы ничего, да вот только природный каучук оказался капризным. В холод — затвердевал и трескался, в жару становился липким и вонючим. Поэтому восторги по поводу новых материалов, содержащих каучук, быстро угасли. Может, мы и забыли бы навсегда об этом веществе, если бы не открытие американца Чарльза Нельсона Гудьира (часто его фамилию произносят как Гудиер). Он не сомневался, что из каучука можно сделать что-то полезное и хорошее, поэтому несколько лет возился с этим веществом. С чем он только его не смешивал! Говорят, что и с солью, и с перцем, пока, наконец, не добрался до серы. Оказалось, что если смешать каучук с серой и немного нагреть, то он превращается в твёрдый материал, который и в жару, и в холод сохраняет свою эластичность и упругость.

Так, в 1839 году на свет появилась резина. А процесс, который изобрёл Гудьир, назвали вулканизацией в честь Вулкана — древнеримского бога огня. Это было действительно изобретение века. Потому что быстро выяснилось, что резина нужна всем и везде. Соски для малышей и шланги для воды, резинки для белья и подтяжки, подмётки и сапоги, воздушные шары, транспортёрные конвейерные ленты, электроизоляция, герметики и клеи, детали и прокладки для кранов и механизмов, которые установлены в автомобилях, тракторах, самолётах, кораблях... И конечно же шины и покрышки.

Первый патент на пневматическую велосипедную шину получил шотландец Джон Данлоп в 1888 году. А вскоре началась эра автомобилей. Первыми, кто стал использовать пневматические резиновые шины на автомобилях, были французы Андре и Эдуард Мишлен. Случилось это в 1895 году. Гудьир, Данлоп, Мишлен — фамилии этих изобретателей по сей день звучат в названиях крупнейших фирм-производителей «обуви» для транспортных средств.

Кстати, знаете, почему автомобильные шины чёрные? Потому что кроме серы, которая превращает вязкий и липкий каучук в твёрдую и упругую резину, в него добавляют ещё черную сажу, которая увеличивает прочность резины и делает её более долговечной.

А теперь представьте себе, сколько надо накачать латекса из бразильской гевеи, чтобы полученного из неё каучука хватило бы на все шины и покрышки в мире, не считая сосок и шапочек для бассейна. Даже если мы всю землю покроем плантациями гевеи (хотя она растет только в субтропиках), то и тогда нам не хватит каучука. Всё это было ясно уже сто лет назад. Поэтому химики решили найти замену природному каучуку, который можно было бы производить сотнями тысяч тонн и не зависеть от бразильской гевеи. Но для этого неплохо было бы выяснить, как устроена молекула этого природного вещества.

О том, что молекула каучука состоит только из атомов углерода и водорода, знал ещё Майкл Фарадей. Даже с помощью довольно примитивных методов, которыми пользовались химики в начале девятнадцатого века, он сделал первый химический анализ латекса и каучука, о чём и сообщил миру в научной статье в 1826 году. Но как устроена молекула? Как атомы водорода и углерода соединены между собой? Об этом догадался немецкий химик Герман Штаудингер по прошествии целого века, в 1922 году. После долгих исследований он пришел к выводу, что молекула каучука состоит из постоянно чередующихся одинаковых звеньев, число которых может составлять десятки тысяч. Она очень длинная, поэтому каучук такой гибкий и эластичный.

После открытия Штаудингера довольно быстро, в 1928 году, появилась первая промышленная технология изготовления синтетического каучука. Её придумал русский учёный Сергей Васильевич Лебедев. Первый рукотворный каучук синтезировали совсем не тем способом, которым пользовалась природа. Исходным сырьём русским химикам служил обычный спирт, который в то время делали из разнообразного растительного сырья, например из картошки.

Первый в мире завод по производству синтетического каучука открылся в России в 1932 году. Немцы, испокон веков считавшиеся самыми искусными химиками, запустили своё производство четыре года спустя. С 1932 и до 1990 года наша страна производила этого вещества больше всех в мире. Сегодня почти всю резину, которая только подвернётся вам на глаза, изготавливают из синтетических каучуков. Они, конечно, сильно отличаются от того, что впервые сделал Лебедев. Теперь химики умеют делать десятки разных видов этого вещества с разными свойствами и для разных целей. И кстати, они создали точную копию природного каучука. Случилось это в 1950-х годах.

Мир по достоинству оценил заслуги Г. Штаудингера: в 1953 году ему вручили Нобелевскую премию по химии. А открытие полимеров и их исследования изменили внешний облик нашего мира, потому что человечество, поняв, что такое полимеры и какие выгоды они сулят, сделало на них ставку. Так цивилизация встала на полимерный путь развития.

«При чём же здесь одуванчики? Что у них общего с автомобилем?» — возмутитесь вы. Ах да, простите. Одуванчик, как и бразильская гевея, даёт белый млечный сок, стоит надломить его стебелёк. Так вот, в этом соке, если хорошо покопаться, можно найти крохи природного каучука. Вообще, на Земле обитает несколько сотен видов растений-каучуконосов. На Тянь-Шане растёт одуванчик кок-сагыз, сок которого содержит много каучука. Одно время его даже специально выращивали в России, на Украине и в Казахстане, засевали целые плантации, чтобы добывать каучук. Но вскоре стало понятно, что это пустая затея. Химическая промышленность научилась делать более дешёвый синтетический каучук, и делать много.