Путешествие в мир больших молекул закончено.
Мы взглянули в прошлое — посмотрели, как быстро растущая техника и развивающаяся промышленность в XIX веке настоятельно требовали от химиков создания искусственных материалов, которые смогли не только заменить природные материалы, но и удовлетворить новые потребности. Мы увидели рождение новой науки — химии высокомолекулярных соединений.
Победа, одержанная химиками над шелковичным червем в 90-х годах прошлого века, заложила фундамент для. дальнейшего развития этой молодой науки.
Мы проследили ее триумфальное шествие в наши дни. Химики научились по своему усмотрению «сшивать» из малых молекул разнообразной длины цепи.
Они умеют превращать прозрачные, как вода, органические жидкости в мягкие, пластичные искусственные смолы, в твердые, как сталь, пластмассы, в гибкую, эластичную резину.
Пользуясь несложными средствами — температурой, давлением, катализатором, химики сумели не только осуществить чудесные превращения готовых природных высокомолекулярных соединений — целлюлозы, каучука, казеина, но и нашли способы изготовления новых веществ из углерода, водорода, кислорода, азота.
Все эти грандиозные успехи химии высокомолекулярных соединений основываются пока только на свойствах одного-единственного химического элемента — углерода. Способность углеродных атомов нанизываться друг на друга и образовывать длинные цепочки дает нам бесчисленное множество полезнейших соединений. Различные виды искусственного волокна, каучуки, пластмассы, лаки, клеи и удивительная плеяда белков — все это углерод, все это вещества, в молекулах которых атомы углерода образуют как бы скелет, или остов, а атомы других элементов как бы «обстраивают» этот углеродный костяк.
Но почему именно углерод играет такую своеобразную роль? Неужели среди всех элементов таблицы Менделеева только один углерод обладает столь удивительными, почти волшебными, свойствами?
Конечно, нет. Свойства углерода не есть что-то, обусловленное сверхъестественными силами. Его особенности являются результатом определенного строения атома углерода. И атом другого химического элемента, обладающий сходным строением, должен обладать такими же или похожими свойствами.
Элементы, родственные углероду, надо искать в четвертом вертикальном столбце таблицы Менделеева. Непосредственно под углеродом в этом столбце находится кремний.
Кремний — один из самых распространенных в природе элементов. Почти 25 процентов земной коры составляет этот элемент. Подобно углероду, он четырехвалентен и может образовывать большое количество разнообразных соединений с кислородом и водородом.
Как и углерод, который является основой всего животного и растительного мира, кремний выступает главным элементом в царстве минералов и горных пород. Он содержится также в стеблях хвощей и некоторых злаков, находится в панцирях инфузорий и теле губок, входит в состав веществ, из которых построены перья птиц и волосы животных.
Соединения кремния очень прочны. Они не разрушаются под действием кислот, за исключением плавиковой, не боятся никаких химических воздействий.
Кремниевые соединения очень термостойки — выдерживают температуру в 500 градусов.
Наиболее важным и устойчивым соединением кремния является его окисел, состоящий из двух атомов кислорода и одного атома кремния. Этот окисел называют кремнеземом, или кварцем, или природным хрусталем. Чистый кварц плавится только при температуре 1500 градусов.
Плавленый кварц, называемый в технике кварцевым стеклом, нашел себе широкое применение для лабораторной посуды, для изготовления электрических ртутных ламп, свет которых содержит много ультрафиолетовых лучей. Такой свет под названием «горного солнца» применяется в медицине. Кварцевое стекло благодаря высокой теплостойкости и прекрасным электрическим свойствам могло служить идеальным материалом для изготовления электроизоляции, в которой так нуждается наше народное хозяйство. Но кварцевое стекло не обладает гибкостью.
Изоляционные материалы, изготовленные из резины или из искусственных смол, обладают нужной гибкостью, но им не хватает теплостойкости.
Удачное решение этой проблемы было найдено доктором технических наук профессором К. А. Андриановым, создавшим кремнеорганические соединения.
Андриановым совместно с группой сотрудников созданы в 1940 году новые типы смол — новый класс соединений, называемых кремнеорганическими.
Молекулы этих смол построены не из углеродных цепей, а из атомов кремния и кислорода. Углеродные атомы соединены с атомами водорода, как в углеводородах, и связаны с атомами кремния. Таким образом, структура этих молекул напоминает структуру силикатов — глины, слюды. Это и является причиной их высокой теплостойкости. Эти смолы негорючи, тугоплавки, водостойки. Ни жар, ни холод, ни вода, ни огонь не страшны изделиям из этих веществ.
Бетон, пропитанный подобной смолой, непроницаем для бензина и органических растворителей. Мрамор, обработанный лаком из этой смолы, резко увеличивает свои электроизоляционные свойства.
Ткань, пропитанная этой смолой, не только не пропускает воду, но даже не смачивается ею с поверхности. Такой она остается и после стирки в горячей воде.
Более десяти лет творческого напряженного труда посвятил ученый-новатор разработке методов получения этого нового класса веществ, сочетавших в себе замечательные свойства углерода и кремния.
Андрианову пришлось идти новыми, неизведанными путями. У него не было предшественников. Никто из ученых, ни в Советском Союзе, ни за рубежом, не получал еще подобных соединений. Только в 1940 году, когда были опубликованы работы Андрианова, за границей начались систематические исследования в этой области.
Советское правительство высоко оценило достижения ученого-новатора. Он был дважды удостоен Сталинской премии.
Смешивая кремнеорганические смолы в присутствии катализаторов с неорганическими наполнителями — песком, глиноземом, окислами металлов, получают массу, напоминающую по своим свойствам натуральный каучук.
В технике это вещество называют силиконовым каучуком. Обладая эластичностью и упругостью каучука, оно, однако, резко отличается от него по своей химической природе.
В то время как молекулы синтетического и натурального каучука состоят из длинных углеродных цепей, связанных между собой, молекулы силиконового каучука состоят из чередующихся между собой атомов кремния и кислорода.
Силиконовый каучук может перерабатываться в обычной аппаратуре резиновых заводов. Его можно смешивать со всеми веществами, которые применяются при получении резины.
Изделия из этого каучука не теряют своей эластичности ни при морозе в 50 градусов, ни при температуре свыше 200 градусов, тогда как изделия из натурального и синтетического каучука разлагаются уже при температуре 90 градусов.
Кремнеорганические смолы и изделия из них еще только начинают внедряться в технику. Им принадлежит большое будущее.