Пуговицы Наполеона. Семнадцать молекул, которые изменили мир - Джей Берресон

Во время Второй мировой войны жевательную резинку выдавали войскам, чтобы поддерживать солдат в боевой готовности, однако все же вряд ли стоит рассматривать жвачку в качестве стратегического материала военного времени. Все экспериментальные попытки получить резину из изопрена приводили к созданию чего-то вроде чикла, поэтому стало понятно, что синтезировать искусственную резину придется из какого-то другого исходного вещества. Забавно, что технология этого процесса была разработана в Германии. Во время Первой мировой войны поставки резины из Юго-Восточной Азии в Германию были блокированы союзниками. Тогда крупные немецкие химические компании занялись созданием вариантов искусственной резины, лучшей из которых оказалась стирол-бутадиеновая резина (СБР).

Стирол впервые был выделен в конце XVIII века из смолы ликвидамбара смолоносного (Liquidamber orientalis) родом с юго-запада Турции. Через несколько месяцев экстрагированный стирол начинал густеть, что означает, что он постепенно полимеризовался.

Теперь этот полимер называют полистиролом и используют для создания пленок, упаковочного материала и одноразовой посуды. В качестве исходных веществ для синтеза резины немецкая компания “И. Г. Фарбениндустри” использовала синтетический стирол (который производили с 1866 года) и бутадиен. В СБР соотношение бутадиена (CH2=CH-CH=CH2) к стиролу составляет примерно 3:1, хотя точное соотношение компонентов и структура полимера может варьировать. Считается, что этот полимер имеет случайное расположение цис— и транс-связей.

Фрагмент структуры стирол-бутадиенового каучука, известного также как буна-S. СБР можно подвергнуть вулканизации.

В 1929 году компания “Стандарт ойл” из Нью-Джерси подписала с “И. Г. Фарбениндустри” соглашение о партнерстве в области создания синтетических масел. В соглашении оговаривалось, что “Стандарт ойл” имеет доступ к некоторым патентам “И. Г. Фарбениндустри”, включая патент на производство СБР. Однако компания “И. Г. Фарбениндустри” не обязана была сообщать технические подробности, и в 1938 году нацистское правительство проинформировало компанию, что США не получат никаких данных.

В итоге “И. Г. Фарбениндустри” открыла “Стандарт ойл” патент на производство СРБ, который, однако, содержал слишком мало информации, чтобы на его основе американцы смогли создать собственную резину. Но американская химическая промышленность мобилизовалась и достаточно скоро перешла к производству собственной стирол-бутадиеновой резины. В 1941 году объем производства синтетической резины в Америке составлял лишь восемь тысяч тонн, однако к 1945 году он превысил восемьсот тысяч тонн, что в значительной степени покрывало потребность страны в резине. Такое расширение производства за столь короткий срок называли вторым крупнейшим достижением в области химической технологии XX века после создания атомной бомбы. В следующие десятилетия были созданы другие виды синтетической резины (неопреновая, бутиловая, буна-N). Резиной стали называть многие полимеры со свойствами натурального каучука, синтезированные не из изопрена, а из других материалов.

В 1953 году Карл Циглер в Германии и Джулио Натта в Италии дополнительно усовершенствовали производство синтетической резины. Циглер и Натта независимо друг от друга разработали систему синтеза, позволявшую получать либо транс-, либо цис-полимеры в зависимости от типа катализатора. Теперь натуральную резину можно было получать синтетическим путем. Так называемые катализаторы Циглера-Натта, за открытие которых авторы получили в 1963 году Нобелевскую премию по химии, революционизировали химическую промышленность, поскольку позволили синтезировать полимеры со строго контролируемыми свойствами. В результате стало возможным синтезировать более эластичную, прочную, долговечную резину, не разрушавшуюся под действием растворителей или ультрафиолетового излучения, с большей сопротивляемостью удару, теплу и холоду.

Резина во многих отношениях повлияла на мир. Сбор сырья сильно изменил как ход развития общества, так и состояние окружающей среды. Вырубка каучуконосов в бассейне Амазонки является лишь одним из множества примеров эксплуатации ресурсов тропических лесов и разрушения уникальной природной среды. Постыдное отношение к исконным жителям этих мест не изменилось до сих пор: современные старатели и фермеры продолжают захватывать земли, принадлежащие потомкам тех, кто когда-то собирал здесь млечный сок. Жестокая колонизация Конго оставила в наследство нестабильность и насилие, от которых до сих пор страдает регион. Массовая миграция рабочих на каучуковые плантации в Азии более ста лет назад продолжает определять этническое, культурное и политическое своеобразие Малайзии и Шри-Ланка.

Резина до сих пор влияет на мир. Без резины были бы немыслимы изменения в технике. Машинам нужны детали из искусственной или натуральной резины: ремни, сальники, муфты, клапаны, уплотнительные кольца, диски, шины, изоляция и многое другое. Механизация транспорта (легковые и грузовые автомобили, корабли, поезда и самолеты) изменила способ перевозки людей и грузов. Механизация промышленности изменила саму суть нашей работы. Механизация сельского хозяйства способствовала росту городов и превратила наше общество из сельского в городское. Резина сыграла во всех этих процессах решающую роль.

Наше будущее также может быть связано с резиной, поскольку из нее изготавливают важнейшие элементы космических станций, скафандров, ракет и шаттлов, которые позволяют выйти за пределы нашего мира и проникнуть в другие миры. Однако незнание эксплуатационных свойств резины ограничивает наши возможности продвижения к звездам. Несмотря на обилие информации, которой владеет НАСА в области технологии полимеров, неустойчивость резины при замерзании (известная Кондамину, Макинтошу и Гудьиру) стала причиной гибели шаттла “Челленджер” в январе 1986 года. Температура воздуха при запуске корабля была 2 °C — значительно ниже самой низкой температуры при предыдущих запусках. Одна из прокладок на теневой стороне твердотопливного двигателя шаттла, по-видимому, охладилась до температуры около -2 °C. Она потеряла обычную эластичность и порвалась. В результате утечки выхлопных газов произошел взрыв, унесший жизни семерых астронавтов. Это свежий пример “эффекта пуговиц Наполеона”, то есть пренебрежения известными свойствами молекул, в результате которого произошло трагическое событие.

Краски расцвечивают нашу одежду, мебель, предметы домашнего обихода, даже волосы. Когда мы подбираем подходящий цвет или оттенок — более глубокий, более мягкий, — мы редко задумываемся о том, какие именно вещества позволяют нам достичь желаемого результата. Краски и красители — это природные или созданные человеком вещества, применять которые люди начали тысячи лет назад. Усовершенствование природных красителей и синтез новых привели к появлению крупнейших химических компаний современности.