200 лет спустя. Занимательная история каучука

Глава шестая. Романтики и классики

Состав натурального каучука был установлен в 1826 году английским физиком и химиком Майклом Фарадеем.

Долгие века ученых подразделяли либо по заслугам — много или мало сделал, либо по профессиям — чем занимался, либо по склонности таланта — теоретик или экспериментатор. Но никому не приходило в голову делить ученых по характеру. То ли не догадывался никто, то ли казалось, что это несколько легковесный подход к солидным мужьям науки. Так оценивали актеров, художников, композиторов — людей искусства.

И вдруг нашелся человек, который взял да и разделил всех ученых на две, совершенно неожиданные для науки категории: на романтиков и классиков. Если бы это позволил себе какой-нибудь не очень известный человек, над этим бы посмеялись, сочтя за шутку, и забыли бы вскоре. Но это сделал Вильгельм Оствальд — крупнейший химик, человек с мировым именем. И все сказали: смотрите, а действительно ведь так, прав Оствальд. И сразу стали прикидывать — кто классик, а кто романтик. Правда, очень многие ученые не подходили точно под это деление, большинство стояло где-то посредине, но немало очень известных физиков и химиков действительно удавалось разделить на классиков и романтиков.

Классик — это тот, кто всю жизнь разрабатывает одно направление. Он создает свою собственную школу. Он однолюб. Он выбирает научную проблему на всю жизнь, зато разрабатывает ее так, что другим уже после него делать нечего.

Романтик — это тот, кто позволяет себе менять научные увлечения. Ему не сидится на одном месте. Подобно строителям, которые всю жизнь строят новые города, но сами в них никогда не живут, романтиков все время манят новые, неизведанные области науки.

Они знают больше, чем классики, хотя их знания менее глубоки. Они интересуются смежными областями, а иногда и самыми далекими. После них в каждой исследованной или вновь открытой области есть что делать другим ученым, но зато они — первооткрыватели.

В следующих главах будет рассказано об одном из русских классиков, академике Лебедеве. А сейчас нам следует познакомиться с ученым, которого можно назвать романтиком.

Вы не найдете его имени среди имен великих химиков прошлого, хотя он и был химиком. Я хотел сказать — по образованию, но потом подумал, что так сказать нельзя: у него вообще не было никакого систематического образования. Его можно назвать в какой-то степени самоучкой, хотя он был одним из образованнейших ученых своего времени.

Это сегодня трудно себе представить физика-самоучку, потому что сейчас наука столь разрослась и вширь и вглубь, что, даже окончив институт и еще аспирантуру, нельзя считать, что ты широко образованный ученый.

А было время, когда не надо было учить в школе строения атома, никаких ни альфа-, ни бета-излучений не спрашивали на экзаменах. Про них сами учителя еще ничего не знали. Не было всего этого. Не в природе не было, а в сознании нашем.

Вы, наверное, скажете: вот жизнь-то была!

Я думаю, вы преувеличиваете. У школьников во все времена были свои трудности. Тогда не проходили, допустим, электротехники, зато всерьез изучали какую-нибудь ерунду, давно похороненную на свалке истории, о которой вы сегодня в своем учебнике лишь мелким шрифтом прочтете. Какой-нибудь флогистон или теплород.

Так вот, ученый, который нас интересует своими работами по каучуку, прославился на весь мир как физик, хотя, когда 13 марта 1813 года был подписан приказ о его зачислении лаборантом в Королевский институт в Лондоне, он пришел в химическую лабораторию.

Современную физику нельзя себе представить без Майкла Фарадея, члена-корреспондента Королевских и Имперских Академий наук Парижа, Петербурга, Флоренции, Копенгагена, Берлина, Геттингена, Модены, Стокгольма, Палермо и еще многих других стран, — ученого, открывшего электромагнитную индукцию. Но из 54 лет его научной деятельности по меньшей мере лет 15 он посвятил химии.

Химия была его первым научным увлечением. Сын бедного кузнеца, закончивший лишь начальную школу, Майкл должен был стать переплетчиком. И он почти стал им. Он стал бы им совсем, если бы не читал того, что переплетал. И если бы в один прекрасный для науки день он бы не решился на совершенно безрассудный и наивный, как он сам назвал его, шаг — не написал письмо знаменитому химику Хэмфри Дэви с просьбой взять его к себе на работу.

А через 11 лет бывший лаборант, а затем ассистент был избран членом Королевского научного общества. А в 1830 году Фарадей, всего после 15 лет научной деятельности, — уже автор 60 оригинальных научных работ.

Среди них одна физическая, которая принесла ему мировую славу: открытие первого превращения электрической энергии в механическую. Среди них много химических, которые принесли ему известность и уважение современников: участие в создании шахтерской лампы, анализ известняка, исследование сплавов стали, а также газов и их превращений в жидкое состояние, открытие бензола.

И среди них еще одна, которая прошла мимо внимания его биографов и, по всей вероятности, не принесла ему ничего, кроме морального удовлетворения. В этом открытии он был первым.

Не будем здесь говорить о всех его работах — о них вы можете прочесть и в своих учебниках, и в популярных книжках. Я хочу рассказать об одной — о той, которая осталась в тени, несмотря на то что она была первой, — об исследовании состава природного каучука.

При первом знакомстве с жизнью Фарадея мне показалось странным, что он занимался таким исследованием. Но потом, сопоставляя его биографию с биографией каучука, мне кажется, я понял, как это могло произойти.

Первый анализ каучука был выполнен Фарадеем в 1826 году.

За два года до этого Фарадей был избран членом Королевского общества. Имеет ли это значение для его будущей встречи с каучуком? По-моему, имеет. Это избрание чрезвычайно упрочило положение Майкла в науке. Если до тех пор темы своих исследований он выбирал по собственному усмотрению или по совету своих учителей Дэви и профессора Брэнда, то, после того как он был принят в круг избранных, к нему начинают обращаться с просьбами об оказании научной помощи многие организации. Его привлекают как квалифицированного консультанта, поручая ему выяснение сложных научных и технических проблем.

Фарадей не отказывался от подобных предложений. В начале своего пути он помогал Дэви в создании безопасной лампочки, которую так ждали на шахтах. Позже целых шесть лет он занимался получением новых сплавов стали. (Правда, существенных результатов здесь он не добился, хотя весьма гордился этой работой и с удовольствием одаривал своих друзей бритвами, сделанными из нового сплава.) Потом он вошел в комиссию по изучению “фабрикации оптического стекла”.

И каждое его такое исследование приносило пользу не только тем, кто просил о нем, но и самому Фарадею. Каждое столкновение с неизвестностью оттачивало его наблюдательность, его умение экспериментировать обогащало его новыми знаниями.

Мне не удалось найти точную дату, когда Фарадей мог бы впервые столкнуться с каучуком, но полагаю, что это произошло в 1824 году.

Вообще он слышал о новом замечательном веществе, конечно, раньше. Хотя изучение каучука еще не начиналось, однако интерес к нему промышленников уже пробудился. Как вы помните, в 1823 году Макинтош взял свой знаменитый патент на производство ткани для дождевиков. Фарадей не был модником и вряд ли тут же купил себе макинтош только из желания идти в ногу с веком, но английский климат мог быстро познакомить с новыми дождевиками самого закоренелого консерватора.

Вы уже знаете, что макинтош вначале надевали чаще всего пассажиры дилижансов, которые занимали места наверху, на крыше. И вот в одном из воспоминаний о Фарадее, написанном его племянницей мисс Рейд, я нашел место, где она подтверждает мою догадку о знакомстве ученого с изделиями Чарлза Макинтоша. Вот это место: “Мы с дядей сидели на верху почтовой кареты, на его любимом месте, позади кучера”. Вы обратили внимание? “На его любимом месте”. Значит, каждый раз, когда он куда-нибудь ехал, он старался забраться на верх кареты. И, значит, каждый раз он надевал на себя макинтош.

Воспоминания мисс Рейд относятся к середине 20‑х годов. Это было как раз то время, когда бурный интерес широких слоев населения к каучуку сменился не менее бурным разочарованием. Однако у любого ученого крах нового материала несомненно должен был вызвать интерес, желание понять, почему это происходит. Если же этот ученый — химик, то его интерес становится еще более вероятным; если этот химик — Фарадей, который ничего из окружающего мира не оставляет без внимания, то тогда этот интерес делается почти несомненным.

Но предположим, что знакомство с каучуком хотя и состоялось, но не вызвало никаких активных действий. Так вполне могло быть: дел у Фарадея было более чем достаточно. Ему мог быть нужен какой-то повод, чтобы подойти к этому вплотную — случай, что ли.

Такой случай представился в 1824 году. Фарадея, только что избранного в Королевское научное общество, посетили руководители Лондонской фирмы газового освещения и попросили его взять на себя труд разрешить стоявшую перед ними очень серьезную проблему.

Речь шла о следующем.

Лондон в то время усиленно переводили на газовое освещение. Однако это новшество вызвало поначалу большой переполох. Волновались не только торговцы маслом и фитилями, усматривая в газовой горелке палача масляной лампы. Даже весьма просвещенные люди с опаской встретили нововведение. Знаменитый писатель Вальтер Скотт язвительно сообщал, что отныне Лондон будет освещаться по ночам “угольным дымом”. Не менее знаменитый химик Хэмфри Дэви, шеф Фарадея, спрашивал у изобретателя нового способа освещения: “А где вы собираетесь хранить ваш газ? Уж не под куполом ли собора Святого Павла?”

Надо признаться, что Дэви имел некоторое основание для такой шутки. Дело в том, что газопроводов тогда не было и газ развозили по городу в железных баллонах, которые устанавливали в подвалах домов. Но странная вещь: во время перевозки и после стояния с газом что-то происходило. Он уже не светил так ярко. Сама фирма не могла разобраться в этом таинственном деле, и теперь вся надежда была на Фарадея; только что опубликованные работы делали его крупнейшим авторитетом в Лондоне.

Фарадея заинтересовало это явление. И, несмотря на то что он знал скептическое отношение к нему своего руководителя, он согласился взяться за исследование.

И очень скоро разобрался в том, что происходит. Оказалось, в газе есть частицы, которые усиливают его свечение. И вот по дороге — от тряски — и во время стояния эти частицы осаждаются и образуют прозрачную маслянистую жидкость. Когда Фарадей исследовал это легколетучее масло, он совершенно неожиданно обнаружил в нем новое неизвестное вещество.

Фарадей, начиная это исследование, не ставил себе целью делать открытие, как, собственно, и большинство ученых не ставит себе такой конкретной цели, вступая на научную целину. Поэтому, открыв новое вещество, Фарадей отнесся к этому событию довольно спокойно. Быть может, сыграло здесь роль то, что он не знал истинную цену своей находки, он не предполагал, что это открытие станет одним из важнейших событий в истории химии. Во всяком случае, он отнесся к нему так, как относятся к случайной находке. Он сообщил об этом 16 июня 1825 года Королевскому обществу, а потом напечатал статью в журнале, предоставив остальное своим преемникам.

Кто знает, пожалел ли он когда-нибудь о том, что не занялся изучением нового вещества. Может быть, и пожалел. Во всяком случае, значение своего открытия он в конце жизни уже мог оценить, ибо к этому времени стало ясно, что это вещество занимает в мире органики выдающееся место. Это вещество — бензол.

Надо заметить, что очень немногие открытия становились такими же почитаемыми, как открытие бензола. В 1925 году химики разных стран отмечали столетие этого замечательного события. А в позапрошлом году, так же как и в 1890‑м, химики праздновали юбилей открытия строения бензола. Ведь Фарадей открыл только состав этого вещества, а его строение установил в 1865 году немецкий химик Август Кекуле.

Может быть, и не стоило задерживаться на бензоле столь долго, но, я думаю, мы можем позволить себе это небольшое отклонение. Тем самым мы примем посильное участие в юбилейных торжествах в честь бензола и заодно вы узнаете весьма занимательную историю о том, как Кекуле пришла в голову идея того самого бензольного кольца, которое теперь рисуют ,на уроках химии школьники всего мира.

Надо сказать, что эта история стала почти легендой. Она приводится в очень многих воспоминаниях и книгах, но часто по-разному. Очень распространена версия о том, что идея замкнутого кольца из 6 атомов углерода и 6 атомов водорода пришла Кекуле в голову, когда мимо омнибуса, на котором он ехал, провезли клетку с обезьянами. Обезьяны кувыркались в клетке, одна схватила за хвост другую, та в свою очередь схватила третью, третья — четвертую, и так они и носились, образовав хоровод. И вот, увидя это живое кольцо, Кекуле вдруг сразу понял, как должна быть построена формула бензола.

Есть и другие версии, столь же красочные и столь же вероятные.

Мне кажется, ближе других к истине история, рассказанная самим Кекуле. Хотя очень может быть, что и он несколько приукрасил действительность.

В мемуарах это нередкое явление. Человек, восстанавливая в памяти детали прошлых событий, невольно становится их режиссером. Он, не отдавая даже себе отчета, меняет местами на сцене воспоминаний действующие лица, домысливает новые декорации, придумывает новое освещение. И… картина та, да уже не та.

К тому же Кекуле вообще любил пофантазировать в том смысле, что многие его великие идеи приходили к нему впервые во сне или в грезах, а уж только потом он записывал их.

Честно говоря, я не очень понимаю, зачем ему нужна была такая странная слава. Даже если это действительно было так, об этом лучше никому не говорить: зачем принижать свою собственную роль в открытии и превращать себя в стенографа туманных сновидений?

Но воля его. Можно сомневаться в истинности того, что он пишет, но прочесть это стоит.

Так что я вам советую не пропускать эту цитату.

“Я писал свой учебник, — вспоминал Кекуле, — но дело не подвигалось вперед, мой ум был занят другими вопросами. Я пододвинул стул к камину и вздремнул. (Внимание! Сейчас самая пора приходить сновидениям.) Вновь атомы затанцевали перед моими глазами. (Так и есть!) Небольшие группы их скромно держались в тени. Я различал теперь большие образования различной формы, длинные ряды, часто более плотно сжатые. Все находилось в движении, извиваясь змееобразно и вращаясь. И вдруг, что это такое? Одна из змей схватывает собственный хвост, и, как бы извиваясь, это образование вращается передо мной. (По-моему, все ясно, надо срочно просыпаться.) Словно пронзенный молнией, я просыпаюсь (вот видите!), и на этот раз я так же провел остаток ночи, разрабатывая все следствия, вытекающие из моей гипотезы. (Надо быть последовательным: лучше сказать — из моего сновидения.)”

Ну как, вам понравился такой способ работы? Только не вздумайте ссылаться на него, если вы уснете на уроке.

Словом, как бы ни пришла идея к Кекуле, это не столь уж важно; важно, что 27 января 1865 года, через 40 лет после выступления Фарадея на заседании Лондонского королевского общества, состоялось заседание Парижского химического общества, где было зачитано сообщение Кекуле: “О конституции ароматических соединений”.

В этот знаменательный день состоялось как бы второе рождение бензола — рождение его структурной теории.

А теперь нам пора вернуться на первый день рождения, который мы покинули, и заодно вспомнить, зачем мы туда пришли. Он нам понадобился потому, что имеет, по всей вероятности, некоторое отношение к встрече Фарадея с каучуком.

Если вы помните, знакомство Макинтоша с каучуком началось также со светильного газа. Он купил большое количество отходов разложения угля — сольвент-нафта и, размышляя, куда бы его пристроить, решил попробовать растворить в нем каучук. Таким образом, лондонская фирма газового освещения была связана с Макинтошем и была, очевидно, в курсе его дел и его затруднений. И не исключено, что вот тут-то, в этой фирме, Фарадей и мог встретиться с деятелями зарождающейся каучуковой промышленности — может быть, даже с Макинтошем или Хэнкоком.

И во время этой встречи, или этих встреч, Фарадей мог близко познакомиться с новым удивительным материалом. Не исключено также, что Макинтош или Хэнкок обратили внимание известного химика на то обстоятельство, что до сих пор еще неизвестен состав каучука, несмотря на то, что это вещество вот уже почти сто лет привлекает внимание ученых Европы.

Фарадею, только что блестяще разрешившему загадку светильного газа, неловко было отказаться от нового предложения, и он, вероятно, согласился исследовать каучук.

Конечно, все могло произойти и по-другому, я выдвигаю здесь лишь одну из возможных версий. Может быть, Фарадей сам активно заинтересовался каучуком и сам попросил Макинтоша или Хэнкока прислать ему на исследование образец. Но если это так, то тогда не совсем понятно, почему он остановился лишь на анализе его химического состава, почему не пошел дальше в исследовании его строения или свойств. Фарадей был не из тех, кто бросает задуманное дело на полдороге. Для его творчества характерна как раз редкая последовательность, целеустремленность.

Скорее всего Фарадей занялся анализом состава каучука потому, что его об этом попросили. Его попросили сделать анализ — он и сделал его. И не считал нужным идти дальше. Сделал — и опубликовал результаты работы в журнале, где он обычно публиковал свои исследования.

Статья эта появилась в 1826 году, так что можно считать, что сам анализ был закончен также в этом году. В то время статьи не лежали в редакциях научных журналов по нескольку лет — их было не так уж много. Кроме того, с редактором этого журнала Ричардом Филлипсом Фарадей был в дружеских отношениях, он даже заменял его в то время, когда тот уезжал в отпуск. Все это несомненно делало очень тесным контакт Фарадея с редакцией журнала, и его статьи шли в набор без промедления.

Правда, эта близость к журналу может подсказать и еще одну гипотезу о знакомстве Фарадея с каучуком. Вполне вероятно, что он столкнулся с какими-нибудь сообщениями об исследовании этого нового материала, либо редактируя их, либо отклоняя по каким-то причинам.

Ну, словом, какими бы ни были обстоятельства пробуждения его интереса к каучуку, привели они к тому, что в 21 томе журнала Королевского института за 1826 год в № 41 опубликовано сообщение ассистента Королевского института Майкла Фарадея, где впервые приводится анализ каучукового сока, полученного автором из южной части Мексики.

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 C5 H8 . И назвал его изопреном. А в каучине оказалось 10 атомов углерода и 16 атомов водорода. Это пишется так: C10 H16 .

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 — C5 H8 . 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.