Симфония № 6. Углерод и эволюция почти всего

Неспокойные годы после Первой мировой войны стали свидетелями потрясающей трансформации химии: химики все больше начинали думать о материалах на уровне атомов — исходя из молекулярной структуры материалов. В 1920 г. немецкий химик Герман Штаудингер открыл, что полимеры представляют собой гигантские молекулярные цепи, прочный скелет которых образуют атомы углерода. За это исследование спустя три десятилетия он получил Нобелевскую премию по химии{138}. Выявление Штаудингером различных природных биополимеров, в частности каучука, белков, крахмала и целлюлозы, доказало, что макромолекулярные вещества распространены повсюду. Ученый также предсказал, что когда-нибудь будут разработаны синтетические полимеры, по свойствам конкурирующие с природными материалами.

Несмотря на открытия Штаудингера и его верное предвидение будущего, химики, занимающиеся синтетическими материалами, поначалу находились в тупике. В середине 1920-х гг. у исследователей все еще не получалось создавать макромолекулы длиной более нескольких десятков мономеров — это слишком «коротко» для любого практического применения. Но по правде говоря, несколько новинок все же появилось. Бельгийско-американский химик Лео Бакеланд экспериментировал с нагретыми смесями распространенных химических веществ фенола и формальдегида, чтобы создать синтетический шеллак (вещество, которое раньше получали почти исключительно из экскрементов насекомых — лаковых червецов){139}.

В 1907 г. Бакеланд усовершенствовал методы синтеза и получил свой первый пластик, впоследствии названный бакелитом — продукт, использовавшийся в скромных количествах для разноплановых нужд, включая изготовление ставших ныне коллекционными объектами разноцветных кухонных принадлежностей, игрушек и украшений. Через пять лет швейцарский химик Жак Бранденбергер представил миру целлофан — гибкую водонепроницаемую пленку, полученную в ходе воссоздания целлюлозы деревьев и других растений. Коммерческий успех к целлофану пришел, когда конфетная компания Whitman's решила заворачивать в него отдельные шоколадки для комплектации своих знаменитых коробок конфет Whitman's Samplers. Тем не менее фундаментальные достижения в исследовании полимерной химии запаздывали, пока взрыв открытий в 1930-х гг. не привел к появлению новых материалов, которые изменили мир.

Полимеризация (Упрочнение)

Мягкие и блестящие

В те годы, когда работал блестящий молодой химик Уоллес Карозерс, в химии царила атмосфера оптимизма и открытий{140}. Карозерса, имевшего за плечами ученые степени Иллинойсского университета и год преподавания в Гарварде, пригласили в исследовательские лаборатории химического гиганта DuPont в Уилмингтоне, штат Делавэр. Руководство DuPont, убежденное в том, что коммерческий успех основан на фундаментальных исследованиях, в 1928 г. предложило Карозерсу вести группу, задача которой состояла в «инновационных исследованиях» полимерной химии. Карозерс и его коллеги быстро добились успеха, создав в 1930 г. первую синтетическую резину «неопрен», ныне всем известный материал для изготовления эластичных наколенников и гибких гидрокостюмов.

Наиболее значимый прорыв Карозерса произошел в феврале 1935 г., когда он изобрел нейлон — необыкновенный полимер, который можно нагреть, расплавить и сформировать из него волокна, пленки и множество других форм. Как новое вещество нейлон дебютировал в виде щетинок сувенирных зубных щеток, поступивших в продажу в 1938 г., а затем стал материалом для женских чулок, представленных на Всемирной выставке в Нью-Йорке в 1939 г. Однако по-настоящему широкое применение нейлон получил в армии во время Второй мировой войны, прежде всего в качестве заменителя парашютного шелка. Поскольку сфера использования материала резко расширилась, нейлон принес DuPont сотни миллиардов долларов прибыли.

Но Уоллес Карозерс этого успеха уже не увидел. Страдая от депрессии, переживая смерть своей сестры, чувствуя, что личная жизнь не сложилась и химическое вдохновение исчерпалось, он покончил с собой, проглотив цианистый калий через два дня после своего 41-го дня рождения.

Карозерс был дотошным химиком. Годами он носил капсулу цианида прикрепленной к цепочке часов. Он хорошо знал, как происходит отравление этим ядом: цианогруппа C≡N блокирует поступление кислорода в клетки тела. Такая простая молекула: два атома — углерод и азот, оба необходимые для жизни. Но атом углерода, соединенный тройной связью с атомом азота, вызывает смерть после того, как сердце и центральная нервная система отказывают. Будучи химиком-творцом, Карозерс растворил капсулу цианида в лимонном соке — кислоте, которая ускоряет воздействие яда.

Пенистые