Симфония № 6. Углерод и эволюция почти всего

Исходя из основных форм плоских графеновых слоев, полых нанотрубок и замкнутых фуллеренов, легко представить себе более экзотические геометрические конструкции. Нанопочки выглядят как небольшие бугорки на нанотрубке или более крупном фуллерене. Нанотрубки способны состыковываться друг с другом под прямым углом, образуя наносоединения, или же могут выступать вертикально из графенового слоя подобно наностолбам. Бакиболы умеют заполнять нанотрубки как горошины — стручок, а вложенные друг в друга нанотрубки могут растягиваться или сжиматься наподобие ручки зонтика-автомата. Вы можете даже теоретически допустить существование изогнутых нанотрубок, образующих идеальный молекулярный тор — структуру в форме пончика.

Вооруженные таким набором форм, ученые и изобретатели мечтают о новом поколении молекулярных машин, имеющих наноразмерные рычаги, блоки, колеса и оси{135}. Благодаря нанотехнологии углерода моторы, электрические цепи и электронные компоненты атомарного уровня, которые требуются для следующего поколения имплантируемых медицинских устройств, микроконтейнеров для таргетной доставки лекарственных средств и компьютеров молекулярного масштаба, находятся, похоже, уже на расстоянии вытянутой руки.

СКЕРЦО, ДА КАПО — Истории

«Пластики!» — вот то «одно слово», которое прошептал безалаберному персонажу Дастина Хоффмана Бену мистер МакГуайр в фильме Майка Николса 1967 г. «Выпускник»{136}.

— Что конкретно вы имеете в виду? — спрашивает Бен.

— У пластиков великое будущее. Подумай об этом. Ты подумаешь об этом?

Эта незабываемо занятная и непонятная сцена содержит больше чем просто зерно истины. Пластики, или полимеры, изменили мир. Полимеризация — это химическая реакция, при которой многочисленные небольшие молекулы, или мономеры, соединяются в цепь или сеть, образуя макромолекулу — единую протяженную молекулу с тысячью атомов и почти всегда со скелетом из атомов углерода. Природные полимеры есть у всего живого: это, к примеру, древесина, волосы и шерсть, мышцы, паутина, кожа, листья, сухожилия — список можно продолжать. Учитывая повсеместность этих соединений в биологии, химики не спешили соревноваться с природой и в конечном счете пытаться ее улучшить.

Каучук, который впервые начали использовать в его природной форме еще в мезоамериканских культурах более 2000 лет назад, стал одним из первых полимеров, привлекших внимание химического сообщества{137}. Натуральный каучук получают из млечного сока каучукового дерева — необычного продукта, который, затвердевая, превращается в эластичный водонепроницаемый материал, способный принимать форму пластин, шаров и других полезных предметов. Но в своем необработанном состоянии, полученном прямо из рук природы, этот материал обладает множеством нежелательных свойств: натуральный каучук слишком липкий и слишком пахучий, он становится текучим, когда слишком жарко, и хрупким (трескается), когда слишком холодно. Причины всех этих свойств — как желательных, так и нежелательных — кроются в структуре каучукового полимера. Длинные прочные углеродные цепочки молекул каучука могут скользить друг по другу, обеспечивая и крепость, и гибкость, но только в узком диапазоне температур.

Современная индустрия полимеров, куда входит обширный и постоянно расширяющийся тип материалов, называемых пластиками, начала развиваться с изобретения в 1830-х гг. вулканизации — инновации, заявленной соперничающими американскими и британскими химиками. Вулканизация — это химический процесс, при котором сера или другое химическое вещество, добавленное к полимеру, устанавливает крепкие поперечные связи, своего рода молекулярные поперечные распорки. В результате получается гораздо более твердый и прочный материал (и менее пахучий вдобавок). Что касается резины, то процесс добавления серы к клейкому соку каучукового дерева и тепловой обработки смеси привел к получению значительно улучшенных продуктов, которыми мы пользуемся сегодня: это перчатки, галоши, ластики для карандашей, шланги, ленты-резинки, воздушные шарики, надувные лодки и, конечно, шины для любого транспортного средства на колесах. Еще ряд добавок обеспечивает гораздо более твердые варианты резины — для изготовления футбольных шлемов[35], колес скейтборда, шаров для боулинга и недорогих кларнетов.