Читать онлайн «Занимательно о химии». Страница 40

Вот почему ученым пришлось позаботиться о создании новых, синтетических каучуков, которые обладали бы более совершенными свойствами. Есть, например, семейство каучуков под названием «буна». Оно происходит от начальных букв двух слов: «бутадиен» и «натрий». (Натрий играет роль катализатора при полимеризации.) Некоторые эластомеры из этого семейства оказались превосходными. Они пошли в основном на изготовление автомобильных покрышек.

Особенно большое значение приобрел так называемый бутилкаучук, который получают совместной полимеризацией изобутилена и изопрена. Во-первых, он оказался самым дешевым. А во-вторых, на него, в отличие от природного каучука, почти не действует озон. Кроме этого, вулканизаты бутилкаучука, который сейчас широко применяется при изготовлении камер, обладают в десять раз большей непроницаемостью для воздуха по сравнению с вулканизатами природного продукта.

Очень своеобразны так называемые полиуретановые каучуки. Обладая высокой прочностью на разрыв и растяжение, они почти не подвержены старению. Из полиуретановых эластомеров готовят так называемый пенистый каучук, пригодный для обивки сидений.

В последнее десятилетие разработаны каучуки, о которых раньше ученые и не помышляли. И прежде всего эластомеры, на основе кремнийорганических и фтороуглеродистых соединений. Эти эластомеры отличаются высокой термостойкостью, вдвое превосходящей термостойкость природного каучука. Они устойчивы к озону, а каучук на основе фтороуглеродистых соединений не боится даже дымящих серной и азотной кислот.

Но и это еще не все. Совсем недавно получены так называемые карбоксилсодержащие каучуки — сополимеры бутадиена и органических кислот. Они оказались исключительно прочными на растяжение.

Можно сказать, что и здесь природа уступила свое первенство материалам, созданным человеком.

Есть в органической химии класс соединений, получивший название углеводородов. Это действительно углеводороды — в их молекулах, кроме атомов углерода и водорода, больше ничего нет. Типичные наиболее известные их представители — метан (он составляет примерно 95 процентов природного газа), а из жидких углеводородов — нефть, из которой получают различные сорта бензинов, смазочных масел и много других ценных продуктов.

Возьмем самый простейший из углеводородов, метан СН ₄. Что получится, если атомы водорода в метане заместить на атомы кислорода? Углекислый газ CO ₂. А если на атомы серы? Легколетучая ядовитая жидкость, сернистый углерод CS ₂. Ну, а если мы заместим все атомы водорода на атомы хлора? Тоже получим известное вещество: четыреххлористый углерод. А если вместо хлора взять фтор?

На этот вопрос еще три десятка лет назад мало кто мог ответить что-либо вразумительное. Однако в наше время занимается фтороуглеродистыми соединениями уже самостоятельный раздел химии.

По своим физическим свойствам фтороуглероды — почти полные аналоги углеводородов. Но на этом их общие свойства и заканчиваются. Фтороуглероды в отличие от углеводородов оказались крайне реакционнонеспособными веществами. Кроме этого, они в высшей степени устойчивы к нагреванию. Недаром их иногда называют веществами, обладающими «алмазным сердцем и шкурой носорога».

Химическая суть их устойчивости по сравнению с углеводородами (да и другими классами органических соединений) относительно проста. Атомы фтора имеют значительно больший, чем у водорода, размер, а потому плотно «закрывают» доступ другим реакционноспособным атомам к атомам углерода, которые окружают.

С другой стороны, атомы фтора, превратившиеся в ионы, крайне трудно отдают свой электрон и «не хотят» вступать в реакцию с какими-либо другими атомами. Ведь фтор — самый активный из неметаллов, и практически никакой другой неметалл не может окислить его ион (отобрать у его иона электрон). Да и связь углерод — углерод устойчива сама по себе (вспомните алмаз).

Именно в силу своей инертности фтороуглероды и нашли самое широкое применение. Например, пластмасса из фтороуглеродов, так называемый тефлон, устойчива при нагревании до 300 градусов, она не поддается действию серной, азотной, соляной и других кислот. На нее не действуют кипящие щелочи, она не растворяется во всех известных органических и неорганических растворителях.

Фторопласт недаром называют иногда «органической платиной», потому что он изумительный материал для изготовления посуды для химических лабораторий, разнообразной промышленной химической аппаратуры, труб всевозможного назначения. Поверьте, очень многие вещи в мире делались бы из платины, не будь она так дорога. Фторопласт же сравнительно дешев.

Из всех известных в мире веществ фторопласт самое скользкое. Пленка из фторопласта, брошенная на стол, буквально «стекает» на пол. Подшипники из фторопласта практически не нуждаются в смазке. Фторопласт, наконец, чудесный диэлектрик, притом чрезвычайно теплостойкий. Изоляция из фторопласта выдерживает нагрев до 400 градусов (выше температуры плавления свинца!).

Таков фторопласт — один из самых удивительных искусственных материалов, созданных человеком.

Жидкие фтороуглероды негорючи и не замерзают до очень низких температур.

Два элемента в природе могут претендовать на особое положение. Во-первых, углерод. Он основа всего живого. И в первую очередь потому, что углеродные атомы способны прочно соединяться друг с другом, образуя цепеобразные соединения:

Во-вторых, кремний. Он основа всей неорганической природы. Но атомы кремния не могут образовать столь длинных цепочек, как атомы углерода, а потому соединений кремния, встречающихся в природе меньше, чем соединений углерода, хотя и значительно больше, чем соединений любых других химических элементов.

Ученые решили «исправить» этот недостаток кремния. В самом деле, ведь кремний так же четырехвалентен, как и углерод. Правда, связь между атомами углерода значительно прочнее, чем между атомами кремния. Но зато кремний не такой активный элемент.

И если бы удалось получить с его участием соединения, подобные органическим, какими удивительными свойствами они могли бы обладать!

Сначала ученым не повезло. Правда, было доказано, что кремний может образовывать соединения, в которых его атомы чередуются с атомами кислорода:

Однако они оказались малоустойчивыми.

Успех пришел, когда атомы кремния решили совместить с атомами углерода. Такие соединения, получившие название кремнийорганических, или силиконов, действительно обладают рядом уникальных свойств. На их основе были созданы различные смолы, позволяющие получать пластические массы, устойчивые в течение длительного времени к действию высоких температур.

Каучуки, изготовленные на основе кремнийорганических полимеров, обладают ценнейшими качествами, например теплостойкостью. Некоторые сорта силиконовой резины устойчивы до температуры в 350 градусов. Представьте себе автомобильную покрышку, сделанную из такой резины.

Силиконовые каучуки совершенно не набухают в органических растворителях. Из них стали изготовлять различные трубопроводы для перекачки горючего.

Некоторые силиконовые жидкости и смолы почти не меняют вязкость в широком интервале температур. Это открыло им дорогу для применения в качестве смазочных материалов. Вследствие малой летучести и высокой температуры кипения силиконовые жидкости нашли широкое применение в насосах для получения высокого вакуума.