Химия человека. Как железо помогает нам дышать, калий – видеть, и другие секреты периодической таблицы

На момент начала каучуковой лихорадки, большая часть каучука поступала на рынки с плантаций. Каучуковым деревьям необходимо расти несколько лет, прежде чем от них можно брать сок. В Конго же каучук добывают из вьющихся растений, растущих в джунглях. Чтобы наладить крупные поставки на мировой рынок, требовалось только одно – рабочая сила. Заставляя конголезское население работать, бельгийцы применяли очень жесткие методы. Удерживали женщин и детей в заложниках, пока мужчины не принесут определенное количество каучука. За невыполнение нормы в качестве наказания мужчинам, женщинам и детям отрубали руки и ноги. Миллионы людей стали жертвами убийств или погибли от косвенных причин, таких как голод, истощение, эпидемии[182].

Подробности этих ужаснейших поступков редко долетали до ушей европейцев, катавшихся на велосипедах с шинами из вулканизованной резины. Сначала было неизвестно, почему резина приобретает столь удивительные свойства при нагревании с серой. Сегодня химики знают, что атомы серы прикрепляются к теплым молекулам углерода, выстраивая крошечные серные мостики между углеродными цепями вдоль и поперек. Таким образом, каучук из кучи вареных спагетти, в которой каждая ниточка свободно перемещается относительно других, становится жесткой сетью нитей, связанных друг с другом во многих точках – примерно так же из клубка шерсти получается аккуратно вывязанный свитер. Тот же принцип работает и в нашем теле. Наши жесткие, прочные ногти состоят из кератина, а он, в свою очередь, – из длинных углеродных цепей, вдоль и поперек скрепленных между собой атомами серы[183].

Чем больше серы, тем больше точек связи – и тем тверже и жестче материал. Во время процесса вулканизации для изготовления велосипедных и автомобильных шин берут 3–4 % серы. А если содержание серы увеличится в пропорции, где серы – одна часть, а резины – две, итоговый продукт будет очень жестким. Этот материал получил название «эбонит», поскольку похож на эбеновое дерево (англ. ebony), – его применяют для массового производства жестких предметов, таких как перьевые ручки и вставные зубы.

От бревен – к текстилю

Деревья – природные небоскребы – приобретают жесткость и прочность благодаря двум крупным молекулам: целлюлозе и лигнину. Целлюлозу производит внутренний механизм дерева: множество круглых по форме молекул сахара (глюкозы) образуют друг с другом прочные связи. Если молекулы состоят из более мелких повторяющихся единиц, таких как глюкоза в целлюлозе, их называют полимерами[184]. Природных полимеров огромное количество. У людей их очень много: и ДНК, содержащая все наши гены, и белки, благодаря которым наше тело имеет структуру и функционирует, и кератин в ногтях – всё это полимеры.

Одна молекула целлюлозы может содержать несколько тысяч единиц глюкозы, выстроенных в длинную прямую цепь. Деревьям длинные молекулы целлюлозы помогают сопротивляться нагрузкам, поэтому на ветру они не ломаются. Целлюлоза смешивается с разветвленным полимером лигнином, удерживающим молекулы целлюлозы на месте – примерно так же армирующее железо удерживает на месте бетон в созданных руками человека небоскребах. Свои свойства древесина приобретает благодаря сочетанию лигнина и целлюлозы, а также структуре растительных клеток дерева. Дерево подходит для строительства домов и мостов, а также изготовления мебели, инструментов и бумаги.

По аналогии с натуральным каучуком молекула целлюлозы по идее должна хорошо подходить для изготовления других материалов. Однако обработке химическими методами целлюлоза сопротивляется. Она не растворяется в воде, а при нагревании ломается на кусочки и превращается в дым. И только когда кто-то – вероятно, случайно – выяснил, что целлюлоза вступает в реакцию с азотной и серной кислотой, образуя нитроцеллюлозу (воспламеняющееся вещество), оказалось, что целлюлозу можно использовать для других целей, чем ее изначальные волокна. Из нитроцеллюлозы получается твердый материал – его заливают в формы и изготавливают пуговицы, расчески, рукоятки ножей. Раньше их производили из более дорогостоящих альтернативных материалов – металла, рогов, слоновой кости и черепахового панциря. Для целлюлозы одной из первых важнейших сфер стали бильярдные шары – до той поры их делали из слоновой кости. Благодаря этому материалу удалось спасти жизнь многим слонам.

Еще одним материалом на основе целлюлозы стал целлулоид, или нитропленка, – ею пользовались на заре кинопроизводства. У нее есть один недостаток: она очень легко воспламеняется, а также содержит столько кислорода, что горит и без него, даже под водой. В результате в кинотеатрах вспыхивали страшные пожары. Киномехаников обучали правилам пожарной безопасности, а в лондонском метро было запрещено перевозить кинопленку, пока примерно в 1950 году повсеместно не стали пользоваться более безопасной разновидностью. Сегодня целлулоид по-прежнему используется в некоторых красках и лаках, лаке для ногтей, взрывчатых веществах.