книги из ГПНТБ / Буянов А.Ф. Тайны больших молекул

9 0

называемый латекс — эмульсию каучука в водном растворе.

В каких случаях это выгодно делать?

Латекс находит применение в производстве губчатой резины, им пропитывают бумагу, ткани, делая их непро­ мокаемыми. В настоящее время получают распростра­ нение краски, сделанные на основе эмульсии каучука. Цветная пленка, образуемая такими красками, необы­ чайно прочно пристает к разным материалам. Если но­ вой краской покрасить стены комнаты, то с них легко смываются загрязнения и жировые пятна, и помещение всегда выглядит красиво, свежо, будто только что произ­ ведена покраска. Цвет и тон при добавке каучука не1 ослабляются. Более того, благодаря глянцевой поверх­ ности образующейся пленки они даже усиливаются.

Как видите, синтетические каучуки могут обладать

свойств, которых нет ни у природных, ни у других синте­ тических каучуков».

Мир, недавно нанесенный на карту

В этой главе речь пойдет о мире, открытом не путе­ шественниками и мореплавателями, а химиками, о хи­ мических соединениях, представляющих собой сочетания органических и неорганических веществ. Названы они кремнийорганическими, потому что в их основе лежат атомы кремния. Из таких соединений химики получают сейчас большое количество полимеров.

Кремнийорганические полимерные вещества благо­ даря своим замечательным свойствам нашли широкое применение в различных отраслях народного хозяйства

91

и в быту. Такие полимеры занимают область, лежащую между органическими полимерами и кварцем.

Кремнийорганические полимеры могут длительное время испытывать температуру нагрева до 200 градусов и не менять при этом своих свойств. Некоторые из этих полимеров, как показывает практика их использования, выдерживают температуру нагревания до 300 градусов, что совершенно недопустимо для органических поли­ меров.

В чем же секрет такой жаростойкости?

Молекулы органических полимеров имеют сложную структуру. Основной каркас этих молекул образуют ато­ мы углерода. Молекулы кремнийорганических полиме­ ров построены в основном из чередующихся атомов крем­ ния и кислорода. Отсюда и разница в их свойствах.

Углерод, как известно, способен окисляться, то есть сгорать в кислороде воздуха, превращаясь в углекислый газ. Вот почему в органических полимерах при их на гревании происходит окисление атомов углерода. В свя­ зи с этим большая молекула полимера распадается на ряд мелких и полимер утрачивает свои свойства.

Атомы кремния в кремнийорганических соединениях уже окислены, то есть связаны кислородом. Поэтому молекулы таких полимеров весьма устойчивы к нагрева­ нию. Они не разрушаются и не превращаются в конеч­ ном итоге в газообразные продукты,, как молекулы орга­ нических полимеров. Таково объяснение жаропрочности кремнийорганических полимеров.

Кроме того, кремнийорганические полимеры обла­ дают пластичностью, эластичностью, а также способ­ ностью растворяться в растворителях. Чем объясняются эти их свойства?

В боковых цепях молекул кремнийорганических полимерор содержатся атомы углерода, соединенные с дру-

9 2

fiiMM атомами. Наличие этих органических групп и НрИдает новым полимерам указанные выше свойства.

Кремнийорганичеокие соединения, нанесенные на во­ допроницаемые материалы, образуют на них молеку­ лярную пленку, благодаря которой обработанная по­ верхность совершенно не смачивается водой. Пленка эта не впитывает и не пропускает воду.

в электро- и радиоаппаратуре в случаях, когда от увлажнения эти детали снижают электрическое сопротивление, С помощью кремнийорганических соединений повы­ шают влагостойкость различных деталей аппаратуры, работающей в условиях повышенной влажности, при­ дают тканям способность не промокать даже при самом сильном дожде. Ими можно обрабатывать как хлопчато­ бумажные, так и шерстяные ткани, а также бумагу и ко­ жу, не изменяя при этом их внешнего вида. Сукно, на­ пример, после обработки выдерживает непрерывный дождь, не промокая в течение 18 часов, в то время как необработанное сукно промокает через несколько минут. Кожа после обработки ее кремнийорганическими соеди­ нениями задерживает влагу в 10—20 раз лучше, чем не­

обработанная.

В настоящее время кремнийорганичеокие соединения начинают широко использовать для придания водоне­ проницаемости одежде, спортивному и рыболовному снаряжению, кожаной обуви.

Ленинградские специалисты применили новые сред-

tства для наружной защиты зданий. Добавляя кремнийорганические соединения в цемент, используемый при кирпичной кладке, они делают ее водостойкой.

Кремнийорганические вещества могут'быть тверды­ ми и жидкими, жесткими и гибкими. Они могут быть

9 3

эластичными, как каучук, и вязкими, как смазочные масла. Такие масла мало меняют свою вязкость при повышении температуры и не замерзают на морозе в 50 и даже 70 градусов. Кремнийорганические каучуки сохраняют эластичность при температуре 70 градусов, устойчивы к нагреву До 200 градусов. На редкость цен­ ные свойства кремнийорганических веществ обеспечи­ вают им Широчайшее применение во всех отраслях на­ родного хозяйства.

Свойство этих веществ выдерживать большие темпе­ ратуры с успехом может быть использовано в авиацион­ ной технике. Это же ценное качество обеспечивает им «зеленую улицу» в ракетной технике, энергетике, маши­ ностроении, где термостабильность порой становится решающим фактором появления на свет той или иной детали.

Важным свойством новых материалов является их электронепроводимость. Применение кремнийорганичес­ ких полимеров в качестве электрической изоляции по­ зволило повысить плотность тока в обмотках электри­ ческих машин и аппаратов, а это в свою очередь снизи­ ло на 35—40 процентов их вес, повысило их температуростойкость, в несколько раз увеличило срок службы.

Создание кремнийорганических веществ — это только первый шаг вторжения человека в ту таинственную область, которая находится между органическими и не­ органическими полимерами.

Имеется еще целый ряд полимеров, порожденных в полном смысле этого слова современной химией. Это полимерные вещества, у которых цепи молекул построе­ ны из атомов: кремния, кислорода и титана; кремния, кислорода и бора; кремния, кислорода и хрома; кремния, кислорода и никеля. Структура молекулярных цепей та­ ких полимеров» сближает их с силикатами. Эмали, лаки и пластические массы на основе этих полимеров выдер-

94

Живают рабочие Температуры от —60 до +550 градусов. Их используют в технике для создания жаростойких по­ крытий, деталей электрооборудования и тому подобных изделий.

В настоящее время синтезированы полимеры, моле­ кулы которых построены из тех лее атомов, что и моле­ кулы корунда, то есть из алюминия и кислорода.

Несколько лет назад советские химики создали из искусственных минералов резцы, способные снимать стружку со стальной болванки примерно с такой же легкостью, с какой ноле срезает кожуру с яблока. Те­ перь такими искусственными минералами оборудуются фрезы, сопла для пескоструйных аппаратов, нитеводители для прядильных машин. Их используют вместо алма­ за для бурения сквалсин в твердых породах. Проникая в технику и промышленность, искусственные минералы способствуют значительному повышению производитель­ ности труда, ускорению технического прогресса.

Большой интерес для народного хозяйства представ­ ляют и фтороуглероды. Так называют синтетические соединения, молекулы которых имеют цепь из атомов углерода, а вместо атомов водорода к ним присоедине­ ны атомы фтора. У фтороуглеродов и углеводородов очень небольшое различие в строении. Свойства лее фто­ роуглеродов совершенно иные, чем у углеводородов.

Фтороуглероды не горят, не подвержены гниению и коррозии, не разрушаются со временем. Из них можно будет изготовлять пластические массы, каучуки, волок­ на, растворители, красители, смазочные и другие веще­ ства. Такое смазочное масло, залитое в закрытый дви­ гатель, не будет нуждаться в замене свежим. Ткань, сделанная из фтороуглеродных волокон, не боится огня.

Многообещающе и другое направление химических исследований. Это познание тайн строения гигантских

9 5

"молекул белка, раскрытие 'секретой так называемых биополимеров.

ассортимент синтетических полимерных веществ, кото­ рые по многим показателям (таким, как прочность, теплостойкость, химическая стойкость) превзошли при­ родные полимеры.

Однако биополимеры, особенно белки в живых орга­ низмах, обладают рядом удивительных свойств, которые мы пока не умеем осуществлять в синтетических полиме-

•рах. Мы не понимаем, чем же определяются, чем объяс­ няются эти удивительные свойства биополимеров в жи­ вых организмах, и это является причиной, мешающей нам создавать искусственно вещества с таким компле­ ксом новых свойств.

Самое основное, удивительное свойство белков и подобных им соединении в живом организме заключа­ ется в том, что они воспроизводят себя из элементов пищи, да и вообще способны проводить в организме тончайшие синтезы, осуществлять которые во многих случаях мы не умеем. Кроме того, биополимеры обла­ дают свойством преобразования химической энергии в другие формы. Коэффициент полезного действия мышц превышает вдвое и втрое коэффициент полезного действия (КПД) современных паровых турбин. Нервные волокна и мозговые клетки перерабатываютхимическую энергию в электрические токи, трансформируют их, про­ изводя эти операции со специфичностью и в таких малых габаритах, которые не достижимы для наших электрон­ но-счетных машин. Есть много и других поразительных

.химических и физических явлений, которые осуществля­ ются в организме с помощью белков и подобных им по­ лимерных соединений.

9 6

Наши современные синтетические полимерные веще­ ства— это материалы. Они подобны строительным со­ оружениям. Биополимеры в организме скорее могут быть уподоблены строительным и энергетическим маши­ нам, так как они являются часто не просто материала­ ми, ’ но одновременно преобразователями химической энергии в механическую и электрическую или же хими­ ческими аппаратами, создающими из материалов пищи

сложные молекулы, в частности себе подобные. Изучить и понять механизм химического действия

белков в организме и на основе этого научиться искус­ ственно создавать такого рода молекулярные машины является, я думаю, важнейшей задачей химии будущего. Искусственно создавать высокоразвитый живой орга­ низм, конечно, невозможно. Но совсем не об этом идет речь. Задача заключается в том, чтобы разобраться в химическом принципе какой-либо одной функции белка в организме, например его свойстве воспроизводить себя из элементов пищи или свойстве преобразовывать хими­ ческую энергию непосредственно в механическую. Выяснив этот принцип действия белков, вовсе нет на­ добности слепо следовать природе, но надо пытаться на основе этого принципа создать искусственные вещества совсем иного состава, которые бы выполняли какую-ли­ бо определенную функцию белка лучше и эффективнее, чем это происходит в организме, где дело осложнено тем, что живое вещество должно сразу выполнять очень большое число функций. Надо иметь в виду, что совре­ менная химия располагает несравненно большим коли­ чеством веществ, чем те, которыми располагала природа

при возникновении жизни.

Работа по изучению строения, нахождению новых физико-химических свойств белков и им подобных соеди­ нений уже началась во всем мире. Некоторые новые успехи были получены, в частности, и у нас в 1959 году».

7 Заказ 232

Помощницамеханизациииавтоматизаций

Современная химия способствует индустриализации таких процессов, которые или вовсе не поддаются меха­ низации или механизация которых без химии мало­ эффективна. Возьмем, к примеру, сельскохозяйственное производство. Сорняки — извечное зло земледельцев. Они уносят до 20, а иногда и больше процентов урожая. Сорняки глушат хлеб, затрудняют уборку, удлиняют срок сушки зерна, увеличивают потери его и снижают качест­ во муки. Ученые создали химические препараты, уничто­ жающие сорняки. Теперь химическая прополка, то есть обработка посевов противосорняковыми препаратами, распыляемыми с самолета или механизированным спо­ собом с автомобиля, трактора, становится мощным ры­ чагом поднятия урожайности в руках тружеников социа­ листических полей.

Подходит ли термин «механизация» к химической про­ полке? Только с натяжкой. По идее это совершенно но­ вое направление в техническом прогрессе. Простота производственной операции, необычная скорость выпол­ нения сложной работы на огромной площади без не­ посредственного участия людей, огромный экономиче­ ский эффект — вот что характеризует подобные процес­ сы, осуществляемые с помощью химии. Это, если хоти­ те, автоматизация без станков и электроэнергии, или, как мы говорим, химизация производства.

Вторым примером вмешательства химии в процесс индустриализации сельскохозяйственного .производства является уборка урожая хлопка.

Хлопкоробы, прежде чем пускать на поле хлопкоубо­ рочный комбайн, вынуждены вручную срывать густую листву, иначе комбайн не срежет коробочек с хлопком.

93

Десятки миллиардов рублей сэкономят б сельском хозяйстве за семилетку химические вещества, уничтожающие вредителей растений и сорняки на полях