Глава двенадцатая. Король умер! Да здравствует король!

В середине 50‑х годов нашего века был открыт катализатор, с помощью которого удалось получить каучуки, не уступающие по свойствам натуральному. Двухсотлетнее господство натурального каучука заканчивается. Начался тот день как обычно. Ничто не предвещало волнующих событий, которые вскоре захлестнули всю лабораторию, потом весь институт, а потом и институты многих стран мира. Если бы спросить тогда, перед началом очередного опыта, каких было уже десятки и еще десятки могли быть без всяких результатов, — если бы спросить у сотрудников лаборатории: “Ожидаете ли вы чего-нибудь необычного от сегодняшнего дня?” — то, наверное, они сказали бы: “Вряд ли”. И только один человек, быть может, покривил бы при этом душой — тот, кто готовил к опыту аппарат, тот, кто очищал его после предыдущего эксперимента. Потому что он мог бы ожидать для себя лично неприятных последствий. Он-то знал, что накануне несколько небрежно отнесся к своим обязанностям и не очистил аппарат так тщательно, как это делалось обычно. Разумеется, он не предполагал, что это будет иметь какое-нибудь значение, иначе он никогда бы себе этого не позволил. Но он рассудил так, как нередко рассуждает каждый из нас: “А, ничего не случится”. И ошибся. Потому что случилось все-таки. Правда, совсем не то, чего он мог ожидать даже в самых крайних предположениях.

Конечно, опыт не получился. Запланированная реакция не пошла. Но мало этого: в аппарате случилась какая-то совсем другая, неожиданная реакция.

Однако вместо выговора этот сотрудник получил от директора благодарность. Потому что директор благодаря этой небрежности получил Нобелевскую премию.

Случайность в науке — явление нередкое. Как правило, она имеет мало общего с бытовой случайностью.

Когда ученый бредет по чистому полю научного поиска, где на каждом шагу, как ромашки, торчат вопросительные знаки, и над каждым из них приходится ломать голову, иногда просто гадать, как гадают на ромашке, и когда ученый неожиданно, даже еще не оборвав всех лепестков, находит ответ на вопрос, то какой бы случайностью ни выглядела эта находка, она вовсе уж не случайна. Это не случайная случайность. Натолкнуться на случай может каждый, но увидеть в нем скрытый намек, который пожелала сделать молчаливая природа, дано не каждому. Для этого надо много знать, много работать — и до и после находки. Невежда не увидел бы здесь ничего необычного, он равнодушно прошел бы мимо. Чтобы угадать в найденном семени будущее растение, надо быть хорошим садовником.

Карл Циглер — директор Института по изучению производных каменного угля в ФРГ — широко образованный химик. В его институте разрабатывали многие проблемы, в том числе и весьма далекие от каменного угля. И когда после одного из опытов неожиданно оказалось, что аппарат забит совершенно не тем веществом, которое должно было в нем получиться, исходя из теоретических предпосылок, Циглер мгновенно оценил значение странного происшествия.

Оно и впрямь казалось очень странным. В аппарате, где не было высокого давления, вдруг произошла реакция, которую с трудом удавалось осуществить лишь при давлении к полторы тысячи атмосфер. Там ни с того ни с сего образовался предшественник полиэтилена — вещества, хорошо всем знакомого по десяткам изделий. Значит, что-то заставило молекулы этилена соединиться против их воли. Это таинственное “что-то” должно было, очевидно, выступать в данном случае, как катализатор — вещество, помогающее совершаться даже самым ленивым реакциям. Однако из тех веществ, которые ученые загрузили в аппарат перед началом опыта, ни одно не могло взять на себя такую ответственную роль. Значит, в аппарат должно было попасть еще какое-то постороннее вещество, которое, примазавшись, придало всей компании свойства катализатора.

Так или примерно так должен был рассуждать Циглер, для того чтобы отдать то распоряжение, которое он отдал. Он попросил тщательно исследовать аппарат — нет ли в нем каких-нибудь, пусть даже мизерных, следов “пришлого” вещества. Перед опытом в аппарате должны были находиться следующие элементы: алюминий, углерод, водород и кислород. Если будет найден еще какой-нибудь элемент, значит, опыт был подготовлен не чисто. И, следовательно, тот, кто его готовил, заслуживает… Впрочем, в то время было еще не совсем ясно, чего именно заслуживает провинившийся. Да и вообще — провинившийся ли он? Может быть, совсем наоборот. До окончания “следствия” этот вопрос оставался открытым, и все время, пока оно шло, каждый из сотрудников Циглера молил судьбу, чтобы все обошлось благополучно. Благополучно в том смысле, чтобы найти “состав преступления” — следы какого-нибудь элемента или вещества, которые так чудодейственно изменили течение реакции.

И вот после одного из анализов раздалось долгожданное “нашел!”. На стенках аппарата обнаружены следы никеля, которые остались, очевидно, после предыдущего опыта. Это никель придал смеси новое замечательное свойство. Опыт повторяют, теперь уже вполне сознательно устранившись от случая; результат тот же: этилен полимеризуется.

Но обязательно ли никель? Конечно, никель сделал большое дело, он оказался неожиданным ориентиром, указав то направление, по которому надо идти. Но на найденном останавливаться нет смысла, надо пройти по этой дороге до самого конца.

И в течение нескольких дней весь институт буквально сотрясала поисковая лихорадка. Словно клондайкские золотоискатели, брели ученые по таблице Менделеева в поисках еще более активных веществ. И, наконец, среди многих претендентов выбрали ту композицию элементов, которая работала наилучшим образом. К алюминию и углеводородам прибавились еще титан и хлор. В их присутствии этилен превращался в полиэтилен при обычном атмосферном давлении.

Но это было еще не самое замечательное. То есть вообще это было просто замечательно, ибо позволяло избавиться от полутора тысяч атмосфер, а следовательно, и от реакторов, сделанных из пушечной стали; очень сильно снижалась стоимость заводов; словом, этого эффекта уже было вполне достаточно, чтобы громко, на весь мир приветствовать рождение нового катализатора — вещества, ускоряющего химические реакции. Однако, как вы понимаете, этого было бы недостаточно, чтобы занять место в нашей книге, ибо какое же все это имеет отношение к каучуку. И, конечно, если бы на этом дело и кончилось, я бы не стал рассказывать вам эту историю, хотя она и весьма занимательна. Поэтому вы, ничем не рискуя, можете побиться об заклад, что сейчас последует продолжение этой истории, которое в конечном счете приведет каким-то образом к каучуку. Точно так же, как каждая глава, независимо от того, где она брала старт, непременно финишировала около каучука.

Так вот, эта история действительно имела продолжение. Началось оно спустя десять недель после открытия Циглера, в тот момент, когда о нем узнал Джулио Натта, — профессор Миланского политехнического института.

Однако, чтобы все дальнейшее было совершенно понятным, давайте, прежде чем перенестись из Германии в Италию, задержимся на несколько строк где-нибудь по дороге, где никакие события не будут привлекать вашего внимания и поэтому вам волей-неволей придется познакомиться с той азбукой, с которой теперь знаком каждый химик.

И тогда повесть о превращении веществ, повесть, которую написала однажды природа и которую вот уже многие века пытаются прочесть ученые, предстанет на экране вашего воображения в стереоскопическом варианте. Ибо представления о сути химических превращений становятся правильными только тогда, когда учитывается расположение молекул в пространстве.

Природа, сотворившая окружающий нас мир, не забывает об этом никогда. Каждая молекула каучука, рождающаяся в клетках гевеи, обладает строго регулярным строением. И поэтому она прочна и эластична.

Когда химики впервые начали подражать природе в создании каучука, когда искусственно, в колбе, они создавали вещество, которое должно было, по их расчетам, обладать такими же замечательными свойствами, как и натуральный каучук, они еще не знали о жестких законах стереохимии, карающих малейшую небрежность в архитектуре молекул. И поэтому каучуки, которые синтезировали вначале, получались хуже натурального.

При построении молекулы каучука необходимо соблюдать три правила, введенных природой для любого полимерного сооружения, собираемого из сборных элементов, если эти элементы имеют верх, низ, голову и хвост, то есть асимметричны. Если собирать бусы из круглых шариков, нанизывая их один за одним, то от того, каким концом вы их нанижете, рисунок бус не изменится. Если же каждая бусинка имеет неправильную форму или имеет какой-то подвесок, то в этом случае сборка бус требует большого внимания. Стоит, зазевавшись, нанизать хотя бы несколько бусинок подвеском вверх, получится брак.

Так вот, чтобы молекула каучука получилась отличного качества, надо соблюсти три условия.

Первое условие. Нельзя допускать разветвления цепи.

Необходимо, чтобы все звенья были вытянуты в одну нить.

Второе условие. Звенья не должны становиться друг за другом как попало. Иначе каучуковая молекула окажется в положении колонны солдат, стоящих кто лицом вперед, а кто вперед затылком, когда им подают команду “шагом марш”.

Третье условие. Боковые группы-подвески не должны торчать беспорядочно в разные стороны, как почки на ветке. Они должны сидеть на главной цепи либо все сверху, либо все снизу, либо через одну — вверх-вниз. Если это условие не соблюдать, молекула станет похожей на колючую проволоку. И не сможет тогда сосуществовать с другими молекулами.

Свойства вещества, даже в случае упорядоченной постройки, сильно меняются в зависимости от того, смотрят ли подвески в одну сторону или в разные. Если главная цепь полимера содержит двойные связи, то первое построение называется “цис”, что по-латыни означает “по эту сторону”.

Второе положение обозначается латинским словом “транс”, что значит “через”. Натуральный каучук — это цис-вариант изопренового полимера, а транс-вариант той же самой молекулы обладает совсем иными свойствами. По существу, это уже другое вещество, называется оно гуттаперча. Итак, два вещества совершенно одинакового химического состава различаются по свойствам лишь потому, что у них разная молекулярная архитектура. Такие вещества называются пространственными изомерами.

Так вот, все попытки химиков получить синтетический каучук, похожий по свойствам и по строению на натуральный, долгие годы разбивались как раз об эту способность полимеров. В аппараты загружали одни и те же исходные вещества, вели полимеризацию в одних и тех же условиях, а получались как бы разные вещества. Никогда не знаешь, сколько звеньев соединятся в правильном порядке, а сколько без всякого порядка. То есть продукция все время получалась нестандартная. И даже когда ученым уже стала ясна ахиллесова пята синтетических каучуков, даже когда они знали, что регулярность строения улучшает свойства, все равно ничего поделать с упрямыми молекулами они не могли. Несмотря на все технологические ухищрения, молекулы получались с браком — в них было много нерегулярных участков. И идеал по-прежнему оставался недосягаемым. Этому идеальному полимеру даже было дано имя. Нарекли его весьма прозаично “цис‑1,4”. В химических святцах это имя означает вот что: цис — все подвески на одну сторону, 1,4 — голова соединена с хвостом. Это полное имя, а можно называть его и более фамильярно: стереорегулярный полимер.

Ну вот теперь можно продолжить наш путь в Италию, где Натта только что узнал, что его немецкий коллега открыл новый катализатор. И что полимерные цепи получались почти все прямыми, а не разветвленными. То есть катализатор, помимо того, что позволил легко осуществить с трудом осуществимый раньше процесс, еще и устранил одну из трех опасностей, подстерегавших полимерную молекулу.

А остальные две? А их для полиэтилена вообще не существует. Ибо звенья, из которых он собирается, — симметричны. Их все равно каким концом соединять. И подвесков у них нет. Это как бы круглые бусинки.

Поэтому сделать какой-нибудь прогноз о том, как ведет себя новый катализатор в отношении двух других опасностей, Натта вроде бы не мог. И все же он его для себя сделал. Потому что он не стал повторять работу Циглера, он оставил полиэтилен и сразу же, немедленно бросил всех сотрудников лаборатории на штурм полипропилена. Этот полимер, знакомый теперь многим, так же как полиэтилен, — ближайший родственник полиэтилена. Разница в том, что его звенья несимметричны, у них есть подвески.

До открытия Циглера полипропилен удавалось синтезировать с огромным трудом. Когда Натта первый раз провел синтез на новом катализаторе, он убедился, насколько замечательное открытие сделал его коллега: полипропилен образовывался очень легко. Он убедился также, что полученный этим способом полимер содержит значительно меньше разветвленных молекул. И, наконец, в хаосе образовавшихся цепей Натта увидел еще одну особенность нового синтеза.

Рожденная в тисках нового катализатора молекула выглядела совсем по-иному, она уже не походила на колючую проволоку, скорее она напоминала провод с сидящими на нем воробьями. Все подвески расположились строго регулярно. Натта повторил опыт, и снова архитектура молекул была выдержана в самых лучших, классических, с точки зрения стереохимии, пропорциях. Вдоль всей длины молекулы сохранялся четкий пространственный ритм. Словно таинственный музыкант записал на ней, как на нотной линейке, монотонные удары бубна. Но в этой кажущейся монотонности Натта услышал дивную гармонию. Ибо мелодии отдельных молекул, слабые каждая сама по себе, сливались в единый мощный аккорд. И он был созвучен мелодии ликования, которая звучала в душе каждого из сотрудников Натта. Ибо им впервые удалось осуществить то, что до них было монополией природы, — стереорегулярную полимеризацию.

Клубки колючей проволоки, где каждая ощетинившаяся во все стороны молекула не подпускала к себе близко соседей, не выдерживали больших нагрузок. Они смогли приблизиться друг к другу, теперь возникшие силы притяжения сплотили их — некогда разрозненные — в монолитный коллектив, который был сильнее толпы одиночек.

Полимер стал значительно прочнее.

Первая победа подхлестнула сотрудников Натта. Вслед за пропиленом они атакуют новые полимеры, и каждый из них, подчиняясь катализатору, обретает новые свойства.

И наконец настает день, когда Натта произносит: синтетический каучук. И на операционный стол химических превращений ложится молекула бутадиена — того самого синтетического каучука, который за двадцать лет до этого был получен Сергеем Васильевичем Лебедевым.

Бутадиену предстояло как бы новое рождение. Он должен обрести необычное для него свойство — эластичность, такую же, как у его соперника — натурального каучука.

В 1955 году химики узнают: бутадиеновый каучук регулярного строения получен. К его старому имени можно прибавить новую приставку: “цис‑1,4”. Она возвеличивает его, так же как возвеличивает любого англичанина произнесенное перед его именем короткое слово “сэр” — признак рыцарского звания. И первый рыцарь среди всех синтетических каучуков начинает победное шествие по лабораториям и заводам всего мира. Вскоре его удается получить и у нас в стране. Это было сделано в 1956 году во Всесоюзном научно-исследовательском институте синтетического каучука под руководством академика Бориса Александровича Долгоплоска. Новый каучук, названный, в отличие от каучука Лебедева, СКД, имел эластичность не хуже, чем у натурального, а его стойкость к истиранию — качество, особенно важное для шин, — была даже выше, чем у природного каучука.

В этом же, 1956 году в этом же институте группа ученых под руководством члена-корреспондента АН СССР Алексея Андреевича Короткова разработала метод синтеза еще одного каучука. Каучука, чья родословная была древнее, чем у СКД — изопренового, СКИ.

СКД мог похвастаться родовыми корнями, уходящими к 1911 году, когда он впервые был получен в лаборатории И.И. Остромысленским и С.В. Лебедевым. Геральдическая книга полиизопренового каучука начинается значительно раньше, его происхождение несомненно благородное. Ибо изопреновый каучук, как вы помните, был первым, полученным искусственно. После робких попыток Бушарда, после неудач немецких химиков изопреновый каучук на долгие годы был удален с мировой химической арены, предан забвению, и лишь теперь он получил новое рождение.

Созданный с помощью новых катализаторов, он уже перестал быть робким подражанием природному каучуку, он теперь был равен ему. Равен во всем — и в составе, и в строении. Его цепь чертила в пространстве тот же правильный узор, в котором были зашифрованы главные свойства натурального каучука — эластичность и прочность.

Открытие Циглера, сделанное в 1953 году, и открытие Натта, сделанное в 1955, стали как бы пограничными столбами на дороге, по которой шли химики в поисках этих главных свойств. Эти вехи означали для химиков начало новой эры — эры сбывшихся мечтаний. Ювелирная точность, с какой создавала свои творения природа, оказалась достижимой и в химических реакторах.

И ученые, вырвавшие у природы еще одну ее тайну, были награждены в 1963 году высшей научной международной наградой — Нобелевской премией.

Поскольку эта глава последняя, в ней всё — в последний раз. Поэтому сейчас вам будет рассказана последняя занимательная история.

В некотором царстве, в некотором государстве существовал древний обычай. Когда умирал король и престол переходил к его наследнику, глашатаи извещали об этих двух событиях одновременно. Длительного перерыва между ними не делалось, ибо не может же некоторое царство, некоторое государство существовать без короля. Выработалась даже специальная формула на этот случай, которая объединяла в себе смерть одного монарха и рождение нового. Она звучала так: “Король умер! Да здравствует король!” Но так как все же не очень удобно произносить “за упокой” и тут же сразу “за здравие”, между этими двумя фразами делали маленькую паузу. Совсем маленькую — для приличия.

Вы, наверное, помните такую сцену, она описана у Марка Твена в “Принце и нищем”.

Дело происходит в ратуше, во время банкета, устроенного в честь Тома Кенти, которого все считают принцем. В то время, когда он, сидя за роскошным столом, принимает знаки внимания от придворных, вельмож и городских властей, умирает старый король, и в ратушу мчится королевский гонец, чтобы сообщить принцу эту печальную весть и другую, не столь печальную, что он отныне уже не принц, а король. И когда гонец прибывает в ратушу… Впрочем, возьмем книгу: “Заглушая шумное ликование пирующих, внезапно в зал ворвался чистый и четкий звук рога. Мгновенно наступила тишина, и в глубоком безмолвии раздался один голос — голос вестника, присланного из дворца. Все, как один человек, встали и обратились в слух.

Речь гонца завершилась торжественным возгласом:

— Король умер!

Словно по команде, все склонили головы на грудь и несколько мгновений оставались в полном молчании, потом бросились на колени перед Томом, простирая к нему руки с оглушительными криками, от которых, казалось, задрожало все здание:

— Да здравствует король!”

Я напомнил вам этот обычай потому, что собираюсь им воспользоваться. Ибо в заключение книги хочу сообщить вам о конце одного царствования и начале другого. Теперь это можно сделать в весьма лаконичной форме: “Каучук умер! (Пауза.) Да здравствует каучук!” Пауза здесь сделана для того, чтобы вы успели подумать: а какой, собственно, каучук умер?