Лебедев отчетливо видел свою задачу. Она состояла из трех частей.
Прежде всего нужно было найти подходящее и дешевое сырье для изготовления каучука и изобрести наиболее быстрый и простой способ обработки этого сырья.
Подобрать недорогой исходный материал, из которого можно было бы приготовлять в больших количествах сырье для получения каучука.
Сделать так, чтобы вырабатывать каучук не граммами в лабораторных пробирках, а тоннами в заводских котлах.
Решение этих задач потребовало от Лебедева почти тридцатилетнего упорного труда.
Из работ своих предшественников Г. Бушарда, Н. К. Мариуцы, И. Л. Кондакова Лебедев знал, что самопроизвольная полимеризация непредельных углеводородов протекает очень медленно. Нужны месяцы и даже годы, чтобы жидкий мономер загустел и превратился в твердую массу полимера.
Знал он также и то, что подогрев ускоряет полимеризацию, как и всякую другую химическую реакцию. Но при нагреве получаются цепочки полимера с другими свойствами, чем при полимеризации на холоде. Ведь температура не только друг химика. Она может стать и его злейшим врагом. Она не только помогает маленьким молекулам сцепляться между собой в «молекулярные ниточки», но и рвет их на части.
Лебедев кропотливо, шаг за шагом, изучал действие температуры на процесс полимеризации различных непредельных соединений.
Для своих опытов он выбрал изопрен, дивинил и еще 14 таких же ненасыщенных соединений.
Вначале он проверял действие температуры на изопрен.
Он взял 10 граммов очищенного изопрена, налил его в стеклянные трубки. Трубки запаял. Половину трубок он поставил, в термостат (специальный шкаф, где поддерживается постоянная температура), в котором температура не превышала 100 градусов, а остальные — в другой термостат, с температурой 150 градусов.
Проводить опыт при температуре ниже 100 градусов не имело смысла, так как (Лебедев это хорошо знал) при низкой температуре полимеризация протекает медленно.
Но может быть стоит попробовать температуру выше 150 градусов? Нет, это опасно, рассуждал Лебедев. Ведь при очень высокой температуре не только будет ускоряться сама полимеризация, но могут пойти и другие процессы, которые изменяют положение молекул мономера.
«Температуры ниже 100 градусов неудобны, так как в этом случае процесс для большинства углеводородов течет слишком медленно, — писал Лебедев. — Температур выше 150 градусов я также избегал из боязни вызвать процессы изомеризации, которые затемнили бы основной процесс».
Через семь суток Лебедев из обоих термостатов взял по нескольку трубочек. Содержимое их немного загустело, и в жидкости плавали какие-то твердые вещества. Он перелил содержимое в баллоны, вес которых был заранее известен.
Из баллонов Лебедев откачал воздух и заполнил свободное пространство водородом при атмосферном давлении. Ученый опасался, что. при нагревании содержимого баллонов оно может вступить в соединение с кислородом воздуха и это помешает опыту.
Затем баллоны были нагреты. Жидкость испарилась. Оставшееся в баллоне твёрдое вещество, т. е. полимеризованный изопрен, Лебедев взвесил.
В тех трубочках, которые содержались в термостате при температуре 150 градусов, полимера получилась 9,8 процента от веса взятого изопрена, а в трубочках, которые выдерживались в термостате при температуре 100 градусов, полимера получилось 16,8 процента.
Через 9 суток Лебедев снова открыл термостаты, достал еще несколько трубочек и снова измерил количество полимера. Оказалось, что более продолжительное нагревание не увеличило выход полимера.
Лебедев подождал еще 20 суток, снова достал трубки, но даже и столь продолжительное нагревание не изменило результатов опыта.
Последние трубочки Лебедев взял из термостата через 60 суток. Результат был тот же. Следовательно, ни повышение температуры, ни продолжительность нагревания не содействовали уплотнению малых молекул изопрена. По-видимому, в трубочках происходили какие-то другие реакции. Вместо полимера образовывались новые соединения.
Лебедев исследовал состав той жидкости, которую он отделил перегонкой от полимера, и обнаружил в ней присутствие сдвоенных молекул изопрена. Такие двойные молекулы называются в химии димерами. Две молекулы изопрена, а также и других непредельных соединений, схватываются, как бы «в обнимку», образуя замкнутое кольцо.
Мало того, эти димеры не только не присоединяют к себе новых молекул, но и мешают образованию длинных цепей полимера. И чем выше температура, тем больше образуется вредных молекул димера и меньше молекул полимера. В лучшем случае у Лебедева получалось 16,7 процента полимера.
Это было очень мало. Нужно добиться повышения выхода полимера, не отступать перед трудностями, думал Лебедев и продолжал свои опыты по изучению полимеров. Способы получения дешевого изопрена не были еще разработаны и потому получать из него каучук не имело смысла.
Ученый прекратил свои опыты с изопреном, сосредоточив все свое внимание на исследованиях другого вещества — дивинила.
Дивинил — газ, который можно добывать из каменноугольной смолы, нефти, спирта.
В то время уже умели получать дивинил из спирта. Пары спирта пропускали над порошком алюминия, раскаленным до 600 градусов. Спирт разлагался.
Одним из продуктов, который получался при этой реакции, был дивинил. Однако количество его было невелико: 1,5—2 грамма на каждые 100 граммов спирта. Несмотря на то что процент выхода дивинила мал, с прозорливостью, свойственной великим людям, Лебедев понимал, что именно дивинил является наиболее подходящим сырьем для промышленного изготовления синтетического каучука.
Сырье для получения дивинила разнообразно и дешево, говорил Лебедев. Если возникает затруднение при переработке спирта, используем каменноугольную смолу. Не удастся со смолой, возьмем нефть. Так или иначе способ изготовления дивинила может быть усовершенствован.
Гениальное предвидение русского ученого впоследствии полностью оправдалось.
Потребовались, однако, 15 лет кропотливой и напряженной работы, чтобы дивинил мог стать сырьем для получения отечественного синтетического каучука, а лебедевский способ — первым в мире промышленным способом получения синтетического каучука.
3 декабря 1909 года в большой химической аудитории Петербургского университета, на заседании Русского физико-химического общества, Сергей Васильевич Лебедев сделал доклад о своих исследованиях.
В этой старинной аудитории с длинными деревянными скамьями и огромной черной доской на блоках уже не в первый раз докладывали корифеи русской науки о своих новых открытиях, прославивших нашу Родину.
Лебедев продемонстрировал ученому собранию небольшой кусочек— весом не более грамма — полученного им дивинилового каучука. Никто не обратил тогда серьезного внимания на сообщение молодого ученого. Никто тогда не думал, что, спустя тридцать лет лебедевский способ станет основой промышленного получения синтетического каучука во всем мире. Только в 1914 году Российская Академия наук присудила С. В. Лебедеву премию и наградила его золотой медалью за опубликованный труд о полимеризации дивинила и других углеводородов.
Этот труд был признан классическим.
Он является ценнейшим вкладом в науку о получении каучука из не предельных соединений.