Страница:
Вот этот анализ: каучука - 31,70%, воска и горьких веществ - 7,13%, в воде растворимых, в спирте нерастворимых веществ - 2,90%, растворимого белка - 1,90%, воды, уксусной кислоты, соли - 56,37%.
В этой же статье Фарадей писал, что само каучуковое вещество - это несомненно углеводород, то есть оно состоит всего из двух элементов - из углерода и водорода. Элементарный анализ углеводорода, произведенный Фарадеем, показал, что в нем примерно на 5 атомов углерода должно быть около 8 атомов водорода.
Несколько приблизительный состав связан с тем, что в то время еще не существовало способа получения химически чистого каучука из природного продукта. Когда несколько позже этот способ был найден, оказалось, что Фарадей совершенно прав. Так каучук благодаря исследованию Фарадея из некоего экзотического вещества превратился во вполне определенное химическое вещество с вполне определенной химической формулой.
Впоследствии еще не один ученый должен будет внести свою лепту в более тщательное изучение каучука, и некоторые сделают даже больше, чем Фарадей, но Фарадей был первым. И анализ этот был, как теперь нам ясно, не абсолютно точным, но он был первым. И в главном Фарадей не ошибся: каучук действительно углеводород.
Эта работа для Фарадея несколько случайна, впрочем, как и открытие бензола. Он выполнил анализ и забыл о нем думать, его волновали вещи поважнее - магнитные поля, электрические явления. Однако, как ни кратковременна была встреча Фарадея с каучуком, она оставила в судьбе последнего несомненный след.
Фарадей не знал, что это за углеводород: вещество с такой формулой в то время не было известно. Он даже не назвал его никак. Но и того, что он сделал, вполне достаточно, ибо с этого момента каучук сразу же начинает интересовать химиков всех стран. Французы, немцы, англичане, русские - всех интересует новый углеводород. Его изучают, открывают, называют, разлагают и синтезируют вновь, о нем пишут десятки статей на разных языках, по нему защищают диссертации, ему посвящают многие тома, но теперь все ученые вынуждены начинать свои работы со ссылки на первый анализ, выполненный в 1826 году великим физиком и несколько менее великим химиком Майклом Фарадеем.
Одним из первых, кто принял эстафету из рук Фарадея, был английский химик Ф. Химли. В 1835 году он решил тщательно исследовать состав каучука. Он взял маленький его кусочек и стал постепенно нагревать в стеклянной реторте без доступа воздуха. Когда термометр показал, что температура достигла 120 градусов, каучук начал размягчаться. Когда столбик поднялся до 250 градусов, появились белые пары - каучук стал разлагаться. Когда температура поднялась еще выше, каучук превратился в густое бурое масло. И, наконец, на дне реторты остался черный уголек.
Все, что выделилось при разложении, Химли охлаждал в водяном холодильнике и собирал в колбу. В конце концов в колбе накопилась какая-то жидкость.
Исследовав ее, Химли пришел к выводу, что она состоит не из одного углеводорода, как думал Фарадей, а по меньшей мере из трех. Первый из них, молекула которого построена из 5 атомов углерода и 8 атомов водорода, Химли назвал в честь его первооткрывателя фарадеином. Второй, чья молекула была в два раза тяжелее, он назвал каучином. Через два года после Химли французский ученый Аполлинер Бушарда обнаружил в продуктах сухой перегонки каучука еще одно вещество, еще более тяжелое; он назвал его гевеен, от слова "гевея".
Обнаружить вещество - это очень важно. Назвать его - не так важно, но тоже необходимо. Ибо название типа "фарадеин" или "каучин" ничего не говорит химику о том, как построены эти соединения, как они химически уживаются в каучуке.
Чтобы установить роль фарадеина в молекуле каучука, надо было установить его формулу и химическое строение.
В 1860 году соотечественник Фарадея Гревилл Вильяме установил, что фарадеин представляет собой химическое соединение с формулой C5H8. И назвал его изопреном. А в каучине оказалось 10 атомов углерода и 16 атомов водорода. Это пишется так: C10H16.
С каждым годом каучук привлекает к себе новых ученых. Но все же дело движется медленно. Настолько медленно, что сын, решивший пойти по стопам отца, начинает с того, чем отец занимался 40 лет назад. Я имею в виду Гюстава Бушарда, сына Аполлинера Бушарда. Правда, Гюставу, унаследовавшему от родителя любовь к химии, удалось сделать в этой науке гораздо больше.
Для начала он в 1875 году повторил работу Вильямса и подтвердил его результаты. Он также пришел к выводу, что формула изопрена - C5H8. Однако ни он, ни Вильямс ничего не сказали о его пространственном строении. Ведь 5 атомов углерода могут соединиться между собой различными способами, и от того, как это сделано, зависят свойства вещества.
Первым, кто высказал правильное предположение на сей счет, был член Лондонского королевского общества профессор химии У. Тильден. Он опубликовал в научном журнале статью, где привел структурную формулу изопрена в таком виде:
Правда, никаких доказательств в пользу своего предположения он не привел. А в науке никто никому на слово не верит. Хочешь, чтобы тебя сочли правым, докажи экспериментально и опиши этот эксперимент, чтобы каждый мог повторить его и убедиться в твоей правоте.
Поэтому структура изопрена была признана доказанной только после работ русских химиков - профессора И.Л. Кондакова и академика В.И. Ипатьева.
Чтобы доказать, что изопрен построен именно так, а не иначе, они его синтезировали из исходных веществ. Ученые синтезировали изопрен из таких веществ и таким путем синтеза, что в результате должно было образоваться химическое соединение лишь одного возможного строения. И когда полученное соединение сравнили с изопреном, добытым из каучука, они оказались совершенно похожими - как близнецы. Сомнений больше не было: каучук построен из изопрена.
Но вот только каким образом? Просто из самого изопрена? Вряд ли. Ведь если взять изопрен, налить его в колбу, то сколько бы он ни стоял, он же не превратится в каучук, он останется жидкостью. Так? Считали, что так. До того дня, когда изопрен вдруг взял да и превратился в каучук. Как Царевна-лягушка в Василису Прекрасную.
Глава седьмая
ЧУДЕС НА СВЕТЕ НЕ БЫВАЕТ
В 1879 году французский ученый Гюстав Бушарда получил первый в мире синтетический каучук.
Всякого рода превращения веществ - это из области химии. А превращения людей и зверей - это из области сказок.
В очень многих сказках герои только и делают, что меняют свой облик. Иванушка превращается в козленка, лебедь - в царевну, царевна - в лягушку, царевич - во всякого рода насекомых и т. д. Откройте любой сборник сказок, и вы увидите, что на его страницах превращений ничуть не меньше, чем в учебнике химии.
Я далек от мысли убеждать вас в том, что придумщики сказок были знакомы с химией и идею взаимных превращений своих героев черпали в ее недрах. Но все же и в том и в другом случае можно увидеть одну общую черту.
Помните, как у Пушкина в "Сказке о царе Салтане" осуществляется превращение лебедя (не смущайтесь, он женского рода):
Тут она, взмахнув крылами,
Полетела над волнами
И на берег с высоты
Опустилася в кусты,
Встрепенулась, отряхнулась,
И царевной обернулась...
Превращения князя Гвидона в комара идет несколько иначе:
"Будь же, князь, ты комаром".
И крылами замахала,
Воду с шумом расплескала
И обрызгала его
С головы до ног - всего.
Тут он в точку уменьшился,
Комаром оборотился...
То есть герои, как правило, вступают на опасную дорогу превращений с чьей-нибудь помощью. Или их окатывают водой, или прикасаются к ним палочкой, или они выпивают какое-нибудь зелье. Или, наконец, если о них некому позаботиться, они переходят на самообслуживание: падают с неба камнем вниз на грешную землю, и в момент удара происходит желаемое таинство.
Иными словами, превращение никогда не происходит беспричинно.
А теперь вспомните уроки химии. Тот же самый принцип: превращение, веществ никогда не происходит беспричинно; для того чтобы это случилось, необходимо какое-то воздействие - либо другого вещества, либо температуры, либо давления и т. д.
Все эти сложные построения проделаны мной лишь с одной целью доказать, что сравнение, каким я кончил предыдущую главу, вовсе не так уж необоснованно.
Ну, а если попутно вам еще подумалось, что в природе вообще, очевидно, царит принцип причинности явлений и что он настолько очевиден, что даже фантазеры-сказочники, придумывая невероятные ситуации, все-таки не решаются на глазах у читателя превратить одно существо в другое, ни тайно, ни явно не прикасаясь к нему, так вот если такая мысль вам придет попутно в голову, я возражать не стану.
А теперь вернемся к изопрену, который мы покинули в тот момент, когда он совершенно неожиданно для всех взял да и превратился в каучук.
В первый раз это произошло в 1860 году, в лаборатории Гревилла Вильямса. Жидкий изопрен после некоторого времени пребывания на воздухе стал загустевать. Вильямс решил, что это случайное явление, и не стал его исследовать более подробно. Однако, поразмыслив над происшедшим, он увидел в нем некий намек, какой пожелала сделать ему природа. Намек на то, что каучук образуется полимеризацией изопрена.
Удивительно, почему Вильямс не попытался тут же проверить свою догадку, почему он оставил другому ученому искать ее подтверждение и пожинать лавры первооткрывателя. Собственно, ему не надо было ничего придумывать, следовало только взять да и повторить этот опыт, который получился у него случайно. Но, очевидно, это неправильный путь - упрекать ученого за то, чего он не сделал. Это нам кажется, что он остановился на полдороге, а ему, быть может, представлялось, что он в тупике и дальше дороги нет. Во всяком случае, то, что он сделал, он сделал до конца. Свою догадку он опубликовал в 1860 году в журнале химического общества. И вполне вероятно даже, что если бы он получил экспериментальное подтверждение выдвинутой гипотезы, это вовсе не означало бы ее мгновенного признания.
В то время роль полимеров в химии и в природе была совсем не столь ясна, как нам теперь. Можно даже утверждать, что она вообще еще не была ясна. Само понятие о полимерах появилось всего в 1830 году, за тридцать лет до этого. Его ввел в употребление великий шведский химик Якоб Берцелиус. Однако новое представление с большим трудом пробивало себе дорогу. Больше ста лет понадобилось химикам, чтобы увидеть во всем величии мир полимеров. Это мы, просвещенные газетами, журналами, радио, телевидением, кино, книгами, учебниками, разбираемся в тонкостях полимерной химии не хуже, чем в тонкостях баскетбола. Это мы деловито ощупываем в магазине "Синтетика" материалы и прикидываем, что нам больше подойдет - капрон или лавсан. Это сегодня каждый школьник скажет, что полимер - это цепь, построенная из отдельных звеньев, и ничего сложного здесь нет, и все ясно как день. А в XIX веке такие рассуждения показались бы заумными даже самым лучшим химикам. Они не знали еще не только синтетических полимерных материалов, но даже и природные, такие, как каучук и целлюлоза, оставались для них сущей загадкой.
Конечно, случай, происшедший в лаборатории Вильямса, мог бы стать одним из первых лучей света, прорезавших мрак неизвестности, если уж выражаться высоким штилем, но... прояснения не наступило.
И не наступит еще девятнадцать лет.
И в этом нет, пожалуй, ничего удивительного. В истории науки можно найти очень мало случаев, когда новая идея или новый факт принимались бы сразу же, как говорят спортсмены,- с первой попытки.
Лишь через девятнадцать лет к трубке с изопреном подошел еще один ученый. И наблюдал он то же самое, что видел Вильямс. Но ему увиденное уже не показалось случайным. Во-первых, когда какое-то явление происходит дважды в разных обстоятельствах, то это уже наводит на мысль о некоторой закономерности происходящего. Во-вторых, за девятнадцать лет опыт и размышления значительно приблизили ученых к мысли, которая вначале казалась далекой и неясной. А в-третьих, ученый, который наблюдал это явление, не натолкнулся на него случайно - он искал его, он шел ему навстречу.
В прошлой главе я уже познакомил вас с Гюставом Бушарда. Представляя его как сына Аполлинера Бушарда, если вы помните, я позволил себе обронить мимоходом, что сын, пойдя по стопам отца, пойдет значительно дальше его. Теперь настало время расшифровать эту бездоказательную реплику.
Примерно в середине 70-х годов прошлого века Гюстав Бушарда решает проверить догадку Вильямса. Но он несколько меняет условия опыта. Ему некогда ждать, пока изопрен соберется загустеть. Он решает подстегнуть его, подогнать. Нагреть, иными словами.
Бушарда берет трубку. Точно такую же, как брал Вильямс. Наливает в нее изопрен. Точно такой же, как наливал Вильямс. И добавляет углекислоты. А вот здесь я бы хотел на минуту задержаться, ибо этого Вильямс не делал.
Может быть, он знал, что углекислота ускорит реакцию? Маловероятно. Я внимательно просмотрел хронологию всех попыток превратить молекулы веществ типа изопрена в длинные цепи, то есть попыток полимеризации. И нашел только одну работу, выполненную раньше Бушарда и то всего на один год. И в этой работе отмечается, что полимеризацию вызвала разбавленная серная кислота. Углекислота, конечно, слабее, чем серная, но все-таки тоже кислота. Так, может быть, Бушарда успел познакомиться с этой работой? Я бы мог предположить такую возможность, если бы... если бы эта работа не была опубликована на русском языке. В 1878 году в журнале Русского химического общества появилась статья Александра Михайловича Зайцева, профессора химии Казанского университета, преемника замечательного русского ученого Бутлерова, которого, кстати, также звали Александр Михайлович. Я не знаю, владел ли Бушарда русским языком, это маловероятно, скорее всего нет. И поэтому предположение, что он прочел о работе Зайцева в русском журнале, надо отбросить.
Есть еще две возможности. Гюставу Бушарда мог кто-нибудь рассказать об этой работе - кто-нибудь, кто знал русский язык и следил за нашей литературой, хотя в Европе таких ученых было очень мало. Даже спустя 46 лет после этого, в 1924 году, председатель Английского химического общества Уильям Уинни в своей речи, посвященной значению работ русских химиков, сетует на то, что его западноевропейские коллеги не знают русского языка и не могут - поэтому - дальше я уже не пересказываю Уинни, а цитирую его "получить доступ к той сокровищнице ценностей, которая носит название Журнала Русского Химического Общества". Заметили? Того самого журнала, где опубликовал свое исследование Зайцев. Нетрудно сообразить, что в 1878 году положение было ничуть не лучше.
Значит, отпадает и эта возможность.
Остается еще одна. В 1864 и 1865 годах Зайцев работал в Париже в лаборатории Медицинской школы. А Бушарда работал в Парижской фармацевтической школе. Могли они познакомиться? Сейчас сообразим. Бушарда родился в 1842 году. Значит, в 1864-м ему было 22 года. Зайцеву в это время - 23. Что ж, могли вполне. Могли они переписываться? А почему нет? И даже через 35 лет? Сомнительно, но допустим. Мог Зайцев частным образом сообщить Бушарда о своих результатах? Вот это как раз маловероятно.
Дело в том, что для Зайцева полученный результат не был существенным, его душа лежала к другим реакциям, и в других исследованиях прославил он себя, создав "Зайцевские спирты", "Зайцевские синтезы", "Правило Морковникова - Зайцева". Так что если мысль о том, что они переписывались в 1878 году, кажется нам неубедительной, то возможность переписки на ту узкую тему, которая нас интересует, и вовсе мизерна.
И следовательно, исключив все другие возможности, нам остается предположить единственное: это нововведение подсказано ни чем иным, как интуицией ученого - счастливой догадкой, с которой начинались многие открытия.
Итак, возвращаясь вновь в лабораторию Гюстава Бушарда, мы приходим туда в тот момент, когда он решает добавить в трубку с изопреном углекислоту.
Трубка запаяна, всякие внешние влияния исключены, опыт ставится чисто.
И, наконец, последняя манипуляция. Трубку и ее содержимое опускают в термостат, где царит температура 290 градусов. Это кнут, которым Бушарда собирается подстегнуть реакцию.
Теперь остается ждать.
Десять дней длится эксперимент. Десять дней, сменяя друг друга, несут вахту химики. На их глазах в запаянной, изолированной от всего мира трубке происходят какие-то таинственные превращения. В жидкости растет комок беловатой губчатой массы.
Последние дни Бушарда уже с трудом сдерживает себя. Ему хочется поскорее вскрыть трубку. Время тянется медленно, словно нарочно испытывая его терпение. Но он знает - спешить нельзя. Он понимает, что сейчас, в эти дни, в эти часы происходит что-то важное для него и для науки. Он надеется, что это то, чего он ждет. Он ждет, что изопрен превратится в каучук. Но пока Бушарда не вскроет трубку и не проведет тщательный анализ ее содержимого, он не сможет узнать, обмануло ли его ожидание.
Ученый, так много думающий о доказательстве исходной гипотезы, оказывается, настолько заворожен ею, что ему не приходит в голову еще одна, чрезвычайно простая, как нам сейчас покажется, мысль. Мысль о том, что если в трубке будет обнаружен каучук, то это значит, что он, Гюстав Бушарда, сын Аполлинера Бушарда, получил впервые в мире синтетический каучук. Каучук, образованный не в клетках растений, а в колбе химика. В его колбе.
Эта мысль осенит его несколько позже, в следующей работе. А сейчас он ни о чем не хочет думать, кроме того, что покажет ему анализ.
Истекает последний день из десяти, назначенных для опыта. С величайшими предосторожностями ученый вскрывает трубку.
Еще одно томительное ожидание: идет анализ.
Наконец можно подвести итог. В трубке обнаружены: не изменившийся изопрен - его можно не считать, димер изопрена - бог с ним, но вот главное то, из-за чего городили весь огород,- твердое вещество, распадающееся при 300 градусах. Бушарда называет его "канифоль", но дело не в названии: в нем есть каучук.
Значит, Вильямс был прав, и прав он, Бушарда: каучук действительно образуется полимеризацией изопрена.
Однако одного опыта мало, надо искать другие возможности заполимеризовать изопрен.
В 1879 году Бушарда ставит новый эксперимент, еще более убедительный. И, как окажется позже, еще более важный для науки.
Ему удается значительно ускорить полимеризацию, введя в трубку соляную кислоту - более сильную, чем угольная. Теперь, после отделения непрореагировавшего изопрена, в руках у Бушарда остается твердое тело, которое "обладает эластичностью и другими свойствами самого каучука". Надеюсь, вы заметили в этой фразе кавычки? Это слова самого Бушарда. Но внешность и свойства не могут быть основной уликой, на которой строятся все доказательства. Нужен более объективный признак. Надо разложить полученный каучук, и если он даст при разложении те же самые вещества, какие дает каучук натуральный, то вот тогда и только тогда можно поставить точку.
Бушарда проделывает это дополнительное исследование. Сравнивает продукты разложения. И записывает в отчете: "...при сухой перегонке он (то есть полученный каучук) дает те же самые вещества, как и натуральный каучук".
И ставит точку. Теперь он знает наверняка: каучук - это полимер изопрена.
1879 год считается великой вехой в истории каучука. В этот год человек впервые сделал то, что считалось монополией природы: он синтезировал каучук. Он создал сложное вещество из простого. Он стал творцом нового материала.
Но Бушарда, хоть на этот раз и понял, что его работа - это первый искусственный синтез каучука, не придал ей того значения, которое сегодня придаем ей мы.
Мне кажется, он не мог этого сделать по трем причинам.
Вот первая из них. В мире еще не ощущается каучуковый голод. Того, что добывают на плантациях, вполне хватает на нужды техники,
Вторая причина. Изопрен очень сложно получать. Для этого надо разлагать каучук. Других способов Бушарда пока еще не знает.
И третья. Бушарда не знает пока также, что каучук можно синтезировать не только из изопрена, но и из других химических соединений, более дешевых и доступных.
Вот почему Гюстав Бушарда придавал аналитической части своей работы большее значение, чем синтетической.
И, кстати, не он один так относился в то время к идее создания синтетических каучуков. Через три года его работу повторил член Лондонского королевского общества профессор У. Тильден. Ему так же, как и Бушарда, удалось заполимеризовать изопрен. И так же, как и Бушарда, он писал о промышленном синтезе каучука не просто в будущем времени, но еще и в сослагательном наклонении. Вот что он писал в 1882 году: "Это свойство изопрена (он имеет в виду свойство полимеризоваться) представляет до известной степени практический интерес, так как если бы было возможно получить этот углеводород из более доступных источников, то возможно было бы осуществить синтетическое производство каучука".
Однако научная идея, как видите, не отвергается, даже, наоборот, считается вполне осуществимой.
Исследования полимеризации изопрена, проведенные Тильденом, интересны не только тем, что он повторил работу Бушарда и тем самым подтвердил ее правильность. Тильден пошел чуть дальше Бушарда, так же как и Бушарда пошел чуть дальше Вильямса. Но это "чуть" оказалось весьма существенным. Незаметное поначалу, оно в дальнейшем указало новое направление в исследовании.
Вообще в науке нет мелочей. Нередко крупное открытие оказывается составленным из таких вот мелочей, не замеченных их авторами. Подобно тому, как большая мозаичная картина составлена из маленьких кусочков цветного стекла, которые сами по себе никакой художественной ценности не представляют.
Так вот эта "мелочь".
До Тильдена все ученые, в том числе и Бушарда, работали с изопреном, полученным разложением каучука. Значит, что получалось: они разрывали молекулу каучука на мелкие кусочки, превращали ее в молекулы изопрена, а затем из этих мелких кусочков вновь складывали молекулу каучука.
Для того чтобы доказать его строение, этот метод был вполне пригоден. Однако о том, чтобы так вот синтезировать искусственный каучук, не могло быть и речи.
Ну, в самом деле, представьте себе такую картину. Строительное управление сооружает дом. Для строительства, ясно, нужен кирпич или, уж если быть совсем современным, железобетонные панели. И вот собираются строители, вооружаются ломами и лопатами, идут на соседнюю улицу и разбирают недавно построенный дом. Разбирают на отдельные панели. Кстати, это не так уж трудно сделать. Затем эти панели переносят на свою улицу и строят из них свой дом. Что вы скажете на это? Глупо, конечно.
Вот почему Бушарда и не представлял себе таким уж реальным делом промышленный синтез каучука.
Но это смог представить себе Тильден. Смог, потому что ему удалось получить изопрен не из каучука, а из скипидара. Он пропускал скипидар через раскаленную железную трубку, и тот разлагался, выделяя изопрен.
Этим он убил сразу двух зайцев. Во-первых, доказал, что каучук образуется полимеризацией любого изопрена, а не только того, что получен из самого же каучука. А во-вторых, вселил надежду в души химиков,- надежду на то, что уж если изопрен не обязательно получать из каучука, значит, может быть найден такой способ его получения, который сделает возможным синтез искусственного продукта.
Позже мы увидим, что эта надежда сбудется благодаря работам русских химиков.
Второе незначительное обстоятельство, отличавшее опыт Тильдена от опытов его предшественников, выявилось совершенно неожиданно. Во всяком случае, это произошло без всякого его участия. Его роль в этом нечаянном эксперименте свелась, по-видимому, к простой забывчивости.
Не ясно, почему он оставил стоять на несколько лет склянку с изопреном, но факт остается фактом: изопрен, полученный им из скипидара, драгоценный изопрен простоял где-то на полке около трех лет.
Вообще говоря, Тильден мог умышленно это сделать. Решил посмотреть, как будет вести себя изопрен. За пять лет до него уже был описан подобный случай: изопрен при стоянии на свету превратился в твердое вещество. Но как тогда объяснить то, что сам Тильден был поражен случившимся? В 1892 году, выступая в Бирмингамском философском обществе, Тильден заявил: "Несколько недель тому назад я был крайне поражен, найдя сохранявшийся в склянках изопрен, добытый из скипидара, совершенно изменившимся с виду. Вместо прозрачной, бесцветной жидкости в склянках оказался густой сироп, в котором плавало несколько больших масс желтоватого цвета. При исследовании эти комки оказались каучуком".
Я хочу обратить ваше внимание на три детали в заявлении Тильдена. Он говорит о склянках; следовательно, их было несколько. Изопрен в склянках сохранялся; это глагол, как вы тут же определили, несовершенного вида, то есть он означает продолжительность действия. И, наконец, он был крайне поражен, обнаружив каучук.
Сопоставив все эти детали, можно предположить единственную правдоподобную версию. Очевидно, Тильден получил из скипидара сразу большое количество изопрена. Он держал его в нескольких склянках и расходовал по мере надобности. Возможно, эти склянки стояли где-то в разных местах, иначе он бы давно уж заметил, что в них растут какие-то комки. В 1913 году академик Сергей Васильевич Лебедев, описывая свои опыты, подобные опыту Тильдена, говорил, что первый комочек полимера появился у него к концу второго года. Следовательно, Тильден длительное время, не меньше двух лет, не подходил к этим склянкам, а потом в какой-то день, когда весь изопрен у него вышел, он вспомнил вдруг о них. Он разыскал склянки, стер с них пыль и... смотри выше.
В этой же статье Фарадей писал, что само каучуковое вещество - это несомненно углеводород, то есть оно состоит всего из двух элементов - из углерода и водорода. Элементарный анализ углеводорода, произведенный Фарадеем, показал, что в нем примерно на 5 атомов углерода должно быть около 8 атомов водорода.
Несколько приблизительный состав связан с тем, что в то время еще не существовало способа получения химически чистого каучука из природного продукта. Когда несколько позже этот способ был найден, оказалось, что Фарадей совершенно прав. Так каучук благодаря исследованию Фарадея из некоего экзотического вещества превратился во вполне определенное химическое вещество с вполне определенной химической формулой.
Впоследствии еще не один ученый должен будет внести свою лепту в более тщательное изучение каучука, и некоторые сделают даже больше, чем Фарадей, но Фарадей был первым. И анализ этот был, как теперь нам ясно, не абсолютно точным, но он был первым. И в главном Фарадей не ошибся: каучук действительно углеводород.
Эта работа для Фарадея несколько случайна, впрочем, как и открытие бензола. Он выполнил анализ и забыл о нем думать, его волновали вещи поважнее - магнитные поля, электрические явления. Однако, как ни кратковременна была встреча Фарадея с каучуком, она оставила в судьбе последнего несомненный след.
Фарадей не знал, что это за углеводород: вещество с такой формулой в то время не было известно. Он даже не назвал его никак. Но и того, что он сделал, вполне достаточно, ибо с этого момента каучук сразу же начинает интересовать химиков всех стран. Французы, немцы, англичане, русские - всех интересует новый углеводород. Его изучают, открывают, называют, разлагают и синтезируют вновь, о нем пишут десятки статей на разных языках, по нему защищают диссертации, ему посвящают многие тома, но теперь все ученые вынуждены начинать свои работы со ссылки на первый анализ, выполненный в 1826 году великим физиком и несколько менее великим химиком Майклом Фарадеем.
Одним из первых, кто принял эстафету из рук Фарадея, был английский химик Ф. Химли. В 1835 году он решил тщательно исследовать состав каучука. Он взял маленький его кусочек и стал постепенно нагревать в стеклянной реторте без доступа воздуха. Когда термометр показал, что температура достигла 120 градусов, каучук начал размягчаться. Когда столбик поднялся до 250 градусов, появились белые пары - каучук стал разлагаться. Когда температура поднялась еще выше, каучук превратился в густое бурое масло. И, наконец, на дне реторты остался черный уголек.
Все, что выделилось при разложении, Химли охлаждал в водяном холодильнике и собирал в колбу. В конце концов в колбе накопилась какая-то жидкость.
Исследовав ее, Химли пришел к выводу, что она состоит не из одного углеводорода, как думал Фарадей, а по меньшей мере из трех. Первый из них, молекула которого построена из 5 атомов углерода и 8 атомов водорода, Химли назвал в честь его первооткрывателя фарадеином. Второй, чья молекула была в два раза тяжелее, он назвал каучином. Через два года после Химли французский ученый Аполлинер Бушарда обнаружил в продуктах сухой перегонки каучука еще одно вещество, еще более тяжелое; он назвал его гевеен, от слова "гевея".
Обнаружить вещество - это очень важно. Назвать его - не так важно, но тоже необходимо. Ибо название типа "фарадеин" или "каучин" ничего не говорит химику о том, как построены эти соединения, как они химически уживаются в каучуке.
Чтобы установить роль фарадеина в молекуле каучука, надо было установить его формулу и химическое строение.
В 1860 году соотечественник Фарадея Гревилл Вильяме установил, что фарадеин представляет собой химическое соединение с формулой C5H8. И назвал его изопреном. А в каучине оказалось 10 атомов углерода и 16 атомов водорода. Это пишется так: C10H16.
С каждым годом каучук привлекает к себе новых ученых. Но все же дело движется медленно. Настолько медленно, что сын, решивший пойти по стопам отца, начинает с того, чем отец занимался 40 лет назад. Я имею в виду Гюстава Бушарда, сына Аполлинера Бушарда. Правда, Гюставу, унаследовавшему от родителя любовь к химии, удалось сделать в этой науке гораздо больше.
Для начала он в 1875 году повторил работу Вильямса и подтвердил его результаты. Он также пришел к выводу, что формула изопрена - C5H8. Однако ни он, ни Вильямс ничего не сказали о его пространственном строении. Ведь 5 атомов углерода могут соединиться между собой различными способами, и от того, как это сделано, зависят свойства вещества.
Первым, кто высказал правильное предположение на сей счет, был член Лондонского королевского общества профессор химии У. Тильден. Он опубликовал в научном журнале статью, где привел структурную формулу изопрена в таком виде:
Правда, никаких доказательств в пользу своего предположения он не привел. А в науке никто никому на слово не верит. Хочешь, чтобы тебя сочли правым, докажи экспериментально и опиши этот эксперимент, чтобы каждый мог повторить его и убедиться в твоей правоте.
Поэтому структура изопрена была признана доказанной только после работ русских химиков - профессора И.Л. Кондакова и академика В.И. Ипатьева.
Чтобы доказать, что изопрен построен именно так, а не иначе, они его синтезировали из исходных веществ. Ученые синтезировали изопрен из таких веществ и таким путем синтеза, что в результате должно было образоваться химическое соединение лишь одного возможного строения. И когда полученное соединение сравнили с изопреном, добытым из каучука, они оказались совершенно похожими - как близнецы. Сомнений больше не было: каучук построен из изопрена.
Но вот только каким образом? Просто из самого изопрена? Вряд ли. Ведь если взять изопрен, налить его в колбу, то сколько бы он ни стоял, он же не превратится в каучук, он останется жидкостью. Так? Считали, что так. До того дня, когда изопрен вдруг взял да и превратился в каучук. Как Царевна-лягушка в Василису Прекрасную.
Глава седьмая
ЧУДЕС НА СВЕТЕ НЕ БЫВАЕТ
В 1879 году французский ученый Гюстав Бушарда получил первый в мире синтетический каучук.
Всякого рода превращения веществ - это из области химии. А превращения людей и зверей - это из области сказок.
В очень многих сказках герои только и делают, что меняют свой облик. Иванушка превращается в козленка, лебедь - в царевну, царевна - в лягушку, царевич - во всякого рода насекомых и т. д. Откройте любой сборник сказок, и вы увидите, что на его страницах превращений ничуть не меньше, чем в учебнике химии.
Я далек от мысли убеждать вас в том, что придумщики сказок были знакомы с химией и идею взаимных превращений своих героев черпали в ее недрах. Но все же и в том и в другом случае можно увидеть одну общую черту.
Помните, как у Пушкина в "Сказке о царе Салтане" осуществляется превращение лебедя (не смущайтесь, он женского рода):
Тут она, взмахнув крылами,
Полетела над волнами
И на берег с высоты
Опустилася в кусты,
Встрепенулась, отряхнулась,
И царевной обернулась...
Превращения князя Гвидона в комара идет несколько иначе:
"Будь же, князь, ты комаром".
И крылами замахала,
Воду с шумом расплескала
И обрызгала его
С головы до ног - всего.
Тут он в точку уменьшился,
Комаром оборотился...
То есть герои, как правило, вступают на опасную дорогу превращений с чьей-нибудь помощью. Или их окатывают водой, или прикасаются к ним палочкой, или они выпивают какое-нибудь зелье. Или, наконец, если о них некому позаботиться, они переходят на самообслуживание: падают с неба камнем вниз на грешную землю, и в момент удара происходит желаемое таинство.
Иными словами, превращение никогда не происходит беспричинно.
А теперь вспомните уроки химии. Тот же самый принцип: превращение, веществ никогда не происходит беспричинно; для того чтобы это случилось, необходимо какое-то воздействие - либо другого вещества, либо температуры, либо давления и т. д.
Все эти сложные построения проделаны мной лишь с одной целью доказать, что сравнение, каким я кончил предыдущую главу, вовсе не так уж необоснованно.
Ну, а если попутно вам еще подумалось, что в природе вообще, очевидно, царит принцип причинности явлений и что он настолько очевиден, что даже фантазеры-сказочники, придумывая невероятные ситуации, все-таки не решаются на глазах у читателя превратить одно существо в другое, ни тайно, ни явно не прикасаясь к нему, так вот если такая мысль вам придет попутно в голову, я возражать не стану.
А теперь вернемся к изопрену, который мы покинули в тот момент, когда он совершенно неожиданно для всех взял да и превратился в каучук.
В первый раз это произошло в 1860 году, в лаборатории Гревилла Вильямса. Жидкий изопрен после некоторого времени пребывания на воздухе стал загустевать. Вильямс решил, что это случайное явление, и не стал его исследовать более подробно. Однако, поразмыслив над происшедшим, он увидел в нем некий намек, какой пожелала сделать ему природа. Намек на то, что каучук образуется полимеризацией изопрена.
Удивительно, почему Вильямс не попытался тут же проверить свою догадку, почему он оставил другому ученому искать ее подтверждение и пожинать лавры первооткрывателя. Собственно, ему не надо было ничего придумывать, следовало только взять да и повторить этот опыт, который получился у него случайно. Но, очевидно, это неправильный путь - упрекать ученого за то, чего он не сделал. Это нам кажется, что он остановился на полдороге, а ему, быть может, представлялось, что он в тупике и дальше дороги нет. Во всяком случае, то, что он сделал, он сделал до конца. Свою догадку он опубликовал в 1860 году в журнале химического общества. И вполне вероятно даже, что если бы он получил экспериментальное подтверждение выдвинутой гипотезы, это вовсе не означало бы ее мгновенного признания.
В то время роль полимеров в химии и в природе была совсем не столь ясна, как нам теперь. Можно даже утверждать, что она вообще еще не была ясна. Само понятие о полимерах появилось всего в 1830 году, за тридцать лет до этого. Его ввел в употребление великий шведский химик Якоб Берцелиус. Однако новое представление с большим трудом пробивало себе дорогу. Больше ста лет понадобилось химикам, чтобы увидеть во всем величии мир полимеров. Это мы, просвещенные газетами, журналами, радио, телевидением, кино, книгами, учебниками, разбираемся в тонкостях полимерной химии не хуже, чем в тонкостях баскетбола. Это мы деловито ощупываем в магазине "Синтетика" материалы и прикидываем, что нам больше подойдет - капрон или лавсан. Это сегодня каждый школьник скажет, что полимер - это цепь, построенная из отдельных звеньев, и ничего сложного здесь нет, и все ясно как день. А в XIX веке такие рассуждения показались бы заумными даже самым лучшим химикам. Они не знали еще не только синтетических полимерных материалов, но даже и природные, такие, как каучук и целлюлоза, оставались для них сущей загадкой.
Конечно, случай, происшедший в лаборатории Вильямса, мог бы стать одним из первых лучей света, прорезавших мрак неизвестности, если уж выражаться высоким штилем, но... прояснения не наступило.
И не наступит еще девятнадцать лет.
И в этом нет, пожалуй, ничего удивительного. В истории науки можно найти очень мало случаев, когда новая идея или новый факт принимались бы сразу же, как говорят спортсмены,- с первой попытки.
Лишь через девятнадцать лет к трубке с изопреном подошел еще один ученый. И наблюдал он то же самое, что видел Вильямс. Но ему увиденное уже не показалось случайным. Во-первых, когда какое-то явление происходит дважды в разных обстоятельствах, то это уже наводит на мысль о некоторой закономерности происходящего. Во-вторых, за девятнадцать лет опыт и размышления значительно приблизили ученых к мысли, которая вначале казалась далекой и неясной. А в-третьих, ученый, который наблюдал это явление, не натолкнулся на него случайно - он искал его, он шел ему навстречу.
В прошлой главе я уже познакомил вас с Гюставом Бушарда. Представляя его как сына Аполлинера Бушарда, если вы помните, я позволил себе обронить мимоходом, что сын, пойдя по стопам отца, пойдет значительно дальше его. Теперь настало время расшифровать эту бездоказательную реплику.
Примерно в середине 70-х годов прошлого века Гюстав Бушарда решает проверить догадку Вильямса. Но он несколько меняет условия опыта. Ему некогда ждать, пока изопрен соберется загустеть. Он решает подстегнуть его, подогнать. Нагреть, иными словами.
Бушарда берет трубку. Точно такую же, как брал Вильямс. Наливает в нее изопрен. Точно такой же, как наливал Вильямс. И добавляет углекислоты. А вот здесь я бы хотел на минуту задержаться, ибо этого Вильямс не делал.
Может быть, он знал, что углекислота ускорит реакцию? Маловероятно. Я внимательно просмотрел хронологию всех попыток превратить молекулы веществ типа изопрена в длинные цепи, то есть попыток полимеризации. И нашел только одну работу, выполненную раньше Бушарда и то всего на один год. И в этой работе отмечается, что полимеризацию вызвала разбавленная серная кислота. Углекислота, конечно, слабее, чем серная, но все-таки тоже кислота. Так, может быть, Бушарда успел познакомиться с этой работой? Я бы мог предположить такую возможность, если бы... если бы эта работа не была опубликована на русском языке. В 1878 году в журнале Русского химического общества появилась статья Александра Михайловича Зайцева, профессора химии Казанского университета, преемника замечательного русского ученого Бутлерова, которого, кстати, также звали Александр Михайлович. Я не знаю, владел ли Бушарда русским языком, это маловероятно, скорее всего нет. И поэтому предположение, что он прочел о работе Зайцева в русском журнале, надо отбросить.
Есть еще две возможности. Гюставу Бушарда мог кто-нибудь рассказать об этой работе - кто-нибудь, кто знал русский язык и следил за нашей литературой, хотя в Европе таких ученых было очень мало. Даже спустя 46 лет после этого, в 1924 году, председатель Английского химического общества Уильям Уинни в своей речи, посвященной значению работ русских химиков, сетует на то, что его западноевропейские коллеги не знают русского языка и не могут - поэтому - дальше я уже не пересказываю Уинни, а цитирую его "получить доступ к той сокровищнице ценностей, которая носит название Журнала Русского Химического Общества". Заметили? Того самого журнала, где опубликовал свое исследование Зайцев. Нетрудно сообразить, что в 1878 году положение было ничуть не лучше.
Значит, отпадает и эта возможность.
Остается еще одна. В 1864 и 1865 годах Зайцев работал в Париже в лаборатории Медицинской школы. А Бушарда работал в Парижской фармацевтической школе. Могли они познакомиться? Сейчас сообразим. Бушарда родился в 1842 году. Значит, в 1864-м ему было 22 года. Зайцеву в это время - 23. Что ж, могли вполне. Могли они переписываться? А почему нет? И даже через 35 лет? Сомнительно, но допустим. Мог Зайцев частным образом сообщить Бушарда о своих результатах? Вот это как раз маловероятно.
Дело в том, что для Зайцева полученный результат не был существенным, его душа лежала к другим реакциям, и в других исследованиях прославил он себя, создав "Зайцевские спирты", "Зайцевские синтезы", "Правило Морковникова - Зайцева". Так что если мысль о том, что они переписывались в 1878 году, кажется нам неубедительной, то возможность переписки на ту узкую тему, которая нас интересует, и вовсе мизерна.
И следовательно, исключив все другие возможности, нам остается предположить единственное: это нововведение подсказано ни чем иным, как интуицией ученого - счастливой догадкой, с которой начинались многие открытия.
Итак, возвращаясь вновь в лабораторию Гюстава Бушарда, мы приходим туда в тот момент, когда он решает добавить в трубку с изопреном углекислоту.
Трубка запаяна, всякие внешние влияния исключены, опыт ставится чисто.
И, наконец, последняя манипуляция. Трубку и ее содержимое опускают в термостат, где царит температура 290 градусов. Это кнут, которым Бушарда собирается подстегнуть реакцию.
Теперь остается ждать.
Десять дней длится эксперимент. Десять дней, сменяя друг друга, несут вахту химики. На их глазах в запаянной, изолированной от всего мира трубке происходят какие-то таинственные превращения. В жидкости растет комок беловатой губчатой массы.
Последние дни Бушарда уже с трудом сдерживает себя. Ему хочется поскорее вскрыть трубку. Время тянется медленно, словно нарочно испытывая его терпение. Но он знает - спешить нельзя. Он понимает, что сейчас, в эти дни, в эти часы происходит что-то важное для него и для науки. Он надеется, что это то, чего он ждет. Он ждет, что изопрен превратится в каучук. Но пока Бушарда не вскроет трубку и не проведет тщательный анализ ее содержимого, он не сможет узнать, обмануло ли его ожидание.
Ученый, так много думающий о доказательстве исходной гипотезы, оказывается, настолько заворожен ею, что ему не приходит в голову еще одна, чрезвычайно простая, как нам сейчас покажется, мысль. Мысль о том, что если в трубке будет обнаружен каучук, то это значит, что он, Гюстав Бушарда, сын Аполлинера Бушарда, получил впервые в мире синтетический каучук. Каучук, образованный не в клетках растений, а в колбе химика. В его колбе.
Эта мысль осенит его несколько позже, в следующей работе. А сейчас он ни о чем не хочет думать, кроме того, что покажет ему анализ.
Истекает последний день из десяти, назначенных для опыта. С величайшими предосторожностями ученый вскрывает трубку.
Еще одно томительное ожидание: идет анализ.
Наконец можно подвести итог. В трубке обнаружены: не изменившийся изопрен - его можно не считать, димер изопрена - бог с ним, но вот главное то, из-за чего городили весь огород,- твердое вещество, распадающееся при 300 градусах. Бушарда называет его "канифоль", но дело не в названии: в нем есть каучук.
Значит, Вильямс был прав, и прав он, Бушарда: каучук действительно образуется полимеризацией изопрена.
Однако одного опыта мало, надо искать другие возможности заполимеризовать изопрен.
В 1879 году Бушарда ставит новый эксперимент, еще более убедительный. И, как окажется позже, еще более важный для науки.
Ему удается значительно ускорить полимеризацию, введя в трубку соляную кислоту - более сильную, чем угольная. Теперь, после отделения непрореагировавшего изопрена, в руках у Бушарда остается твердое тело, которое "обладает эластичностью и другими свойствами самого каучука". Надеюсь, вы заметили в этой фразе кавычки? Это слова самого Бушарда. Но внешность и свойства не могут быть основной уликой, на которой строятся все доказательства. Нужен более объективный признак. Надо разложить полученный каучук, и если он даст при разложении те же самые вещества, какие дает каучук натуральный, то вот тогда и только тогда можно поставить точку.
Бушарда проделывает это дополнительное исследование. Сравнивает продукты разложения. И записывает в отчете: "...при сухой перегонке он (то есть полученный каучук) дает те же самые вещества, как и натуральный каучук".
И ставит точку. Теперь он знает наверняка: каучук - это полимер изопрена.
1879 год считается великой вехой в истории каучука. В этот год человек впервые сделал то, что считалось монополией природы: он синтезировал каучук. Он создал сложное вещество из простого. Он стал творцом нового материала.
Но Бушарда, хоть на этот раз и понял, что его работа - это первый искусственный синтез каучука, не придал ей того значения, которое сегодня придаем ей мы.
Мне кажется, он не мог этого сделать по трем причинам.
Вот первая из них. В мире еще не ощущается каучуковый голод. Того, что добывают на плантациях, вполне хватает на нужды техники,
Вторая причина. Изопрен очень сложно получать. Для этого надо разлагать каучук. Других способов Бушарда пока еще не знает.
И третья. Бушарда не знает пока также, что каучук можно синтезировать не только из изопрена, но и из других химических соединений, более дешевых и доступных.
Вот почему Гюстав Бушарда придавал аналитической части своей работы большее значение, чем синтетической.
И, кстати, не он один так относился в то время к идее создания синтетических каучуков. Через три года его работу повторил член Лондонского королевского общества профессор У. Тильден. Ему так же, как и Бушарда, удалось заполимеризовать изопрен. И так же, как и Бушарда, он писал о промышленном синтезе каучука не просто в будущем времени, но еще и в сослагательном наклонении. Вот что он писал в 1882 году: "Это свойство изопрена (он имеет в виду свойство полимеризоваться) представляет до известной степени практический интерес, так как если бы было возможно получить этот углеводород из более доступных источников, то возможно было бы осуществить синтетическое производство каучука".
Однако научная идея, как видите, не отвергается, даже, наоборот, считается вполне осуществимой.
Исследования полимеризации изопрена, проведенные Тильденом, интересны не только тем, что он повторил работу Бушарда и тем самым подтвердил ее правильность. Тильден пошел чуть дальше Бушарда, так же как и Бушарда пошел чуть дальше Вильямса. Но это "чуть" оказалось весьма существенным. Незаметное поначалу, оно в дальнейшем указало новое направление в исследовании.
Вообще в науке нет мелочей. Нередко крупное открытие оказывается составленным из таких вот мелочей, не замеченных их авторами. Подобно тому, как большая мозаичная картина составлена из маленьких кусочков цветного стекла, которые сами по себе никакой художественной ценности не представляют.
Так вот эта "мелочь".
До Тильдена все ученые, в том числе и Бушарда, работали с изопреном, полученным разложением каучука. Значит, что получалось: они разрывали молекулу каучука на мелкие кусочки, превращали ее в молекулы изопрена, а затем из этих мелких кусочков вновь складывали молекулу каучука.
Для того чтобы доказать его строение, этот метод был вполне пригоден. Однако о том, чтобы так вот синтезировать искусственный каучук, не могло быть и речи.
Ну, в самом деле, представьте себе такую картину. Строительное управление сооружает дом. Для строительства, ясно, нужен кирпич или, уж если быть совсем современным, железобетонные панели. И вот собираются строители, вооружаются ломами и лопатами, идут на соседнюю улицу и разбирают недавно построенный дом. Разбирают на отдельные панели. Кстати, это не так уж трудно сделать. Затем эти панели переносят на свою улицу и строят из них свой дом. Что вы скажете на это? Глупо, конечно.
Вот почему Бушарда и не представлял себе таким уж реальным делом промышленный синтез каучука.
Но это смог представить себе Тильден. Смог, потому что ему удалось получить изопрен не из каучука, а из скипидара. Он пропускал скипидар через раскаленную железную трубку, и тот разлагался, выделяя изопрен.
Этим он убил сразу двух зайцев. Во-первых, доказал, что каучук образуется полимеризацией любого изопрена, а не только того, что получен из самого же каучука. А во-вторых, вселил надежду в души химиков,- надежду на то, что уж если изопрен не обязательно получать из каучука, значит, может быть найден такой способ его получения, который сделает возможным синтез искусственного продукта.
Позже мы увидим, что эта надежда сбудется благодаря работам русских химиков.
Второе незначительное обстоятельство, отличавшее опыт Тильдена от опытов его предшественников, выявилось совершенно неожиданно. Во всяком случае, это произошло без всякого его участия. Его роль в этом нечаянном эксперименте свелась, по-видимому, к простой забывчивости.
Не ясно, почему он оставил стоять на несколько лет склянку с изопреном, но факт остается фактом: изопрен, полученный им из скипидара, драгоценный изопрен простоял где-то на полке около трех лет.
Вообще говоря, Тильден мог умышленно это сделать. Решил посмотреть, как будет вести себя изопрен. За пять лет до него уже был описан подобный случай: изопрен при стоянии на свету превратился в твердое вещество. Но как тогда объяснить то, что сам Тильден был поражен случившимся? В 1892 году, выступая в Бирмингамском философском обществе, Тильден заявил: "Несколько недель тому назад я был крайне поражен, найдя сохранявшийся в склянках изопрен, добытый из скипидара, совершенно изменившимся с виду. Вместо прозрачной, бесцветной жидкости в склянках оказался густой сироп, в котором плавало несколько больших масс желтоватого цвета. При исследовании эти комки оказались каучуком".
Я хочу обратить ваше внимание на три детали в заявлении Тильдена. Он говорит о склянках; следовательно, их было несколько. Изопрен в склянках сохранялся; это глагол, как вы тут же определили, несовершенного вида, то есть он означает продолжительность действия. И, наконец, он был крайне поражен, обнаружив каучук.
Сопоставив все эти детали, можно предположить единственную правдоподобную версию. Очевидно, Тильден получил из скипидара сразу большое количество изопрена. Он держал его в нескольких склянках и расходовал по мере надобности. Возможно, эти склянки стояли где-то в разных местах, иначе он бы давно уж заметил, что в них растут какие-то комки. В 1913 году академик Сергей Васильевич Лебедев, описывая свои опыты, подобные опыту Тильдена, говорил, что первый комочек полимера появился у него к концу второго года. Следовательно, Тильден длительное время, не меньше двух лет, не подходил к этим склянкам, а потом в какой-то день, когда весь изопрен у него вышел, он вспомнил вдруг о них. Он разыскал склянки, стер с них пыль и... смотри выше.