Мир, созданный химиками. От философского камня до графена - Петр Образцов

В самой России спички выпускают с конца позапрошлого века, но к началу века прошлого от опасного белого фосфора отказались. Сейчас в головке спички и в намазке на боку спичечной коробки («тёрке») находится смесь различных веществ, главным из которых в головке является бертолетова соль KCLO3, а в «тёрке» — красный фосфор, неядовитая и не воспламеняющаяся на воздухе аллотропическая модификация фосфора. Реакция между бертолетовой солью и фосфором приводит к воспламенению деревянной спички:

5KCLO3 + 6P = 5KCL + 3P2O5

Фосфором, как написал Конан Дойль в «Собаке Баскервилей», была намазана светящаяся морда жуткого пса, но это не мог быть белый фосфор. Белый фосфор, во-первых, жутко ядовит, а во-вторых, и это самое главное, при окислении на воздухе (фактически горении) он не просто горит, а прожигает кожу и внутренние органы живого существа. На этом основано действие чудовищно бесчеловечных фосфорных бомб — горение белого фосфора невозможно остановить водой, а ожоги не заживают месяцами и причиняют ужасные страдания. Надо полагать, что морду собаки Баскервилей мазали каким-то безвредным люминофором, который называли по аналогии фосфором.

Вероятно, белый фосфор «отметился» и в возжигании Благодатного, или Святого, огня в Иерусалиме накануне православной Пасхи. Православные верят, что этот огонь нисходит с Небес, однако, поскольку этого не может быть (поскольку этого не может быть никогда), предлагается несколько вариантов объяснения «чуда». Первое, и самое простое: огонь зажигает зажигалкой типа «Зиппо» тот самый священник, который выносит первую зажженную свечку из Кувуклии — помещения, где хранится Гроб Господень. Что там делается в Кувуклии до выхода священника, никто не знает и не видит.

Но можно предложить и другое материалистическое объяснение. Белый фосфор растворяется в сероуглероде CS2, и в этот раствор можно обмакнуть фитиль. Вначале ничего не происходит, но после испарения сероуглерода обнажается белый фосфор, он самовозгорается и зажигает фитиль. Может, так оно и происходит. А может, и нет, мы вряд ли когда-нибудь узнаем точно. Епископ Порфирий пишет, что огонь зажигают просто от постоянно горящей в Кувуклии лампады. Обратите внимание, что это говорит не какой-нибудь противный атеист, а один из высших чинов православной церкви.

Неаккуратный Флеминг

После описания обстоятельств «случайного» открытия явлений и веществ имеет смысл рассказать и про такое же «случайное» открытие лекарства, причем едва ли не самого знаменитого. Речь идет о первом в истории антибиотике — пенициллине.

Английский бактериолог Александр Флеминг работал в исследовательской лаборатории при лондонской больнице Святой Марии. Было известно, что он не отличался особой аккуратностью. Уже сделав несколько важных открытий, Флеминг прославился как замечательный исследователь, однако над его неопрятностью посмеивались. В 1928 году он приступил к исследованию золотистых стафилококков, вызывающих, например, заражение крови у новорожденных. Флеминг засеял микробами несколько десятков чашек Петри, которые понаставил по всей лаборатории. Однажды он заметил, что в одной из чашек развелась колония каких-то плесневых грибов, занесенных скорее всего из другой лаборатории, в которой изучали плесень из квартир больных астмой. Такого рода плесень появляется и сейчас в наших ванных комнатах, это черный налет мицелия гриба Аспергиллус нигер. Но в чашки Флеминга случайно попала другая, очень редкая, плесень, и это привело его к великому открытию.

Вечером того дня Флеминг должен был уезжать в отпуск и чашки Петри, разумеется, следовало помыть. Однако Флеминг просто оставил грязную чашку на лабораторном столе и отбыл на целый месяц. А вернувшись, заметил, что колония стафилококков сдохла. Флеминг много раз повторил опыт и убедился, что плесень рода пеницилловых прекрасно и в гораздо меньшей концентрации, чем использовавшиеся тогда антисептики типа карболки, уничтожает стафилококки, и не только их. Более того, он понял, что дело не в самих плесневых грибах, а в каком-то веществе, производимом этой плесенью. Вещество это было выделено и названо Флемингом пенициллином. Спустя девять лет пенициллином занялась группа оксфордских химиков под руководством Говарда Флори. Им и удалось довести дело до получения лекарственного препарата. И случилось это очень кстати — в то время уже вовсю шла Вторая мировая война. С тех пор пенициллин спас десятки миллионов человеческих жизней.

Во время Второй мировой войны союзники осуществляли так называемые челночные бомбардировки Германии. Взлетающие в Англии американские летчики после бомбежки Берлина или Франкфурта садились на подмосковные аэродромы и отдыхали в московских ресторанах в компании русских подруг, с которыми расплачивались сигаретами «Честерфильд», нейлоновыми чулками и… пенициллином.

Неслучайные открытия, или сумасшедший Карозерс

Нейлон для чулок был открыт не случайно, а в результате систематического исследования высокомолекулярных соединений американским химиком Карозерсом. Ученый сделал все свои лучшие открытия, работая в компании «Дюпон» и по ее заданиям, что довольно необычно для химической науки середины XX века. Вот участие в конкурсах, объявленных правительственными организациями с целью создания какого-нибудь продукта, в том числе даже и для коммерческого использования, только приветствовались. Например, победителем такого конкурса по разработке способа получения синтетического каучука стал наш ученый академик Лебедев (об этом подробнее сказано в главе 14). Но чтобы так цинично, с заранее поставленной целью извлечения прибыли из нового вещества, нанять известного ученого, переманив его повышенной зарплатой, — такое случалось не часто. Хотя пресс-секретари фирмы «Дюпон» неоднократно заявляли, что ничего такого хозяева компании не имели в виду, а просто интересовались фундаментальной наукой. И это говорилось о компании, которая была основана в ходе строительства завода по производству пороха! Впрочем, осуждать капиталиста за стремление получить прибыли — все равно что укорять рыбу за дыхание жабрами.

Уоллес Карозерс родился в самом конце XIX века, в 1896 году. Уже в возрасте 25 лет он защитил диссертацию по органической химии. Затем вел курс по органической химии в Иллинойском университете и в самом престижном Гарвардском, что и заинтересовало рекрутеров «Дюпона». Сначала Карозерс отказался перейти в созданную специально для него лабораторию, ссылаясь на проблемы с психикой, которые действительно у него отмечались. Но потом он все-таки начал работу по созданию полимеров с большой молекулярной массой. В результате сначала был получен материал под фирменным названием «неопрен» — каучукоподобный полимер на основе хлор-бутадиена CH2=CClCH=CH2. Отметим, что неопрен был синтезирован на несколько лет позже синтетического каучука Лебедева на основе незамещенного бутадиена. Суффикс — прен напоминает нам о стремлении химиков получить полимер, идентичный по свойствам натуральному каучуку, который является полиизопреном.

Вскоре руководство компании перестало притворяться и поставило перед лабораторией конкретную задачу: создать полимер, из которого можно было бы делать коммерческие продукты. Несколько отошедший тогда от дел Карозерс хотел было отказаться от руководства лабораторией, но увлекся процессами поликонденсации. Поликонденсация — это такой вариант полимеризации мономеров, при котором помимо образования полимера происходит отщепление низкомолекулярных веществ типа спирта или даже просто воды. И в 1936 году он достиг выдающегося успеха, получив знаменитый найлон-66, который у нас стали называть попросту нейлоном. Именно из этого полимера получилось вытягивать тонкие нити, из которых стали ткать материал невиданных ранее легкости, прочности, эластичности и износостойкости, — так химики получили идеальную ткань для женских чулок. Нейлон, утверждала реклама, «прочнее стали, тоньше паутины и элегантнее шелка», и действительно, при одинаковой толщине веревка или канат из нейлона прочнее стальных в десятки раз.

Карозерс не зря жаловался на свое психическое нездоровье. В возрасте 41 года, через два дня после дня рождения, он покончил с собой в гостиничном номере одного из филадельфийских отелей. Будучи действительно выдающимся, широко эрудированным химиком, он хорошо знал, что токсическое действие солей синильной кислоты усиливается в кислой среде. Он выпил раствор цианистого калия в кислом лимонном соке. Надо сказать, что ампулу с цианидом он много лет держал при себе. На запатентованном компанией «Дюпон» способе производства нейлона фирма до сих пор зарабатывает миллиарды долларов, в лаборатории Карозерса химики компании впоследствии синтезировали такие знаменитые полимеры, как лайкра и кевлар (материал для бронежилетов), а также полиэтилентерефталат, из которого сейчас изготавливают немнущиеся ткани и бутылки для воды и пива. Впрочем, независимо от американских химиков полимеризацию сложных эфиров осуществили и в СССР. Материал из отечественного полиэтилентерефталата был назван у нас лавсаном, но не нужно переводить это название как «любимый сынок». Лавсан — это аббревиатура от «Лаборатория высокомолекулярных соединений Академии наук».