Родословная больших молекул

Все окружающие нас вещества состоят из атомов, которые в ходе самых разнообразных химических реакций соединяются, собираясь в молекулы, состоящие часто из десятков, сотен, а иногда и тысяч атомов. Атомы углерода способны соединяться в длинные цепочки из десятков и сотен тысяч атомов. Вещества, состоящие из таких гигантских цепочек, и называются полимерами.

Из полимеров — молекул-цепочек — состоят и все клетки живой материи — растений и животных. Вот перед нами дерево. Целлюлоза — главная составная часть древесины — полимер. Мясо и шерсть животных — полимеры. Углеводы и белки зерновых злаков — тоже полимеры. Волокна хлопка, шелка, смола растений и многих других природных веществ — все это представители великой семьи полимеров. .

Миллионы лет природные гигантские молекулы, или полимеры, составляли пищу, одежду человека, давали ему кров и топливо. Химики приложили немало усилий, чтобы разгадать тайны строения гигантских молекул, это было по существу дерзким вызовом природе. Ведь вслед за этим можно было бы перейти к воспроизведению природных веществ искусственным путем, а затем и к созданию подобных им новых веществ, которых в природе не существует.

Еще в XIX в. ученые установили химический состав целлюлозы, каучука и некоторых белков. Оказалось, что эти вещества, как и большинство других органических соединений, состоят из очень немногих разновидностей атомов — углерода, азота, водорода, серы, кислорода. Но за этой простотой скрывалась масса всевозможных сюрпризов. Так, целлюлоза, вещество совершенно неплавкое и почти ни в чем не растворимое, оказалась сходной по химическому составу с легко растворимым и плавящимся сахаристым веществом — глюкозой.

Химикам стало ясно, что секрет противоположных свойств кроется не столько в самом химическом составе этих веществ, сколько в размерах и строении их молекул. Способность органических веществ растворяться и плавиться уменьшается по мере увеличения количества атомов в их молекулах. Этим же, в частности, объясняется высокая механическая прочность природных волокон хлопка (целлюлоза), шерсти (белок), шелка и... паутины.

Молекулы этих волокон очень длинные. А так как в их состав входит ограниченное количество видов атомов, то химики пришли к выводу, что длинные молекулы образуются из периодически повторяющихся и сравнительно небольших «кирпичиков» — звеньев. Вещества, молекулы которых содержат только одно такое звено, называют мономерами.

Длинная молекула целлюлозы (С₆Н₁₀О₅)_n, представляет собой цепочку, содержащую до 10 тыс. звеньев. Каждое звено — это молекула глюкозы С₆Н₁₂О₆, У которой лишь отняты один атом водорода (—Н) и гидроксил (—ОН), благодаря чему и произошло соединение молекул в цепочку. Молекула природного каучука сложилась из непрерывно повторяющихся молекул углеводорода изопрена C₅H₈, сцепившихся друг с другом за счет разрыва двойных связей. Мономер — одно звено, полимер — много повторяющихся звеньев.

Ученые еще не вполне понимали структуру природных полимеров, но это уже не мешало им получать искусственные высокомолекулярные вещества. Были найдены способы превращения целлюлозы в целлулоид, в ацетатный шелк, порох, кинопленку, в красивые блестящие лаки и краски.

В 1839 г. американский исследователь Ч. Гудьир открыл способ превращения природного каучука в резину путем его вулканизации. При нагревании каучука в присутствии серы звенья его длинных молекул скрепляются между собой как бы перемычками из атомов серы. Это придает каучуку необычную прочность и эластичность. Главным потребителем резины стала бурно развивающаяся с начала XX в. автомобильная промышленность. И в настоящее время она поглощает более 85% всей производимой в мире резины.

перейти к началу страницы