Мир, созданный химиками. От философского камня до графена

Немцы планировали использовать V-2 и против советских городов, в частности Ленинграда и индустриальных комплексов на Урале. Но вышло почти наоборот. После войны советским специалистам досталось в качестве трофеев некоторое количество V-2, а также часть документации на их производство. Большинство оборудования немцы уничтожили. V-2 были тщательно изучены и использованы при создании советского ракетного оружия: наша знаменитая Р-7 — всего лишь несколько модернизированная V-2. Многие конструкционные элементы «семерки» сохранила и ракета-носитель «Восток», на которой летал Юрий Гагарин. Однако топливом для этой ракеты служил уже не спирт, а керосин, хотя окислителем был тот же самый жидкий кислород, и это естественно, поскольку более сильного окислителя в природе нет. Точнее, нет подходящего сильного окислителя: жидкий фтор был бы, конечно, «посильнее», но хранить фтор и работать с этим веществом практически невозможно. Во фторе горит даже вода!

В 1947 году были собраны из немецких деталей и запущены на полигоне Капустин Яр первые 11 фактически трофейных ракет. Первую ракету из отечественных агрегатов (Р-1, или «Волга») запустили там же через год, причем Р-1 уже не была точной копией V-2 — это был усовершенствованный Королевым космический аппарат.

Несомненно, советским инженерам повезло, что в качестве трофеев они завладели V-2 и частью технической документации. Однако гораздо более ценный трофей достался американцам — они перевезли в США отца ракетной техники Германии штурмбанфюрера СС Вернера фон Брауна. Именно под его руководством была создана ракета «Сатурн», доставившая в 1969 году человека на Луну.

Отсутствие в Германии месторождений нефти, крайне необходимой для производства бензина для автомобилей и танков, заставило гитлеровцев использовать синтетическое топливо. Процесс его синтеза, доведенный до промышленного воплощения химиками Фишером и Тропшем, представлял собой получение углеводородов из так называемого синтез-газа, смеси монооксида углерода СО и водорода Н ₂. Монооксид углерода легко получается из угля, которого в Германии всегда было много. Реакция протекает исключительно в присутствии катализатора на основе солей железа, который придумали эти самые Фишер и Тропш.

На синтетическом бензине немцы провоевали всю войну, а после нее основным производителем такого топлива стала Южная Африка, поскольку на экспорт нефти в эту страну было наложено эмбарго из-за политики апартеида (расовой сегрегации). Любопытно, что образование углеводородов в результате реакции монооксида углерода с водородом считается сейчас одной из возможных схем неорганической теории образования нефти.

Синтетическая гевея

Как это ни парадоксально, но пребывание страны в состоянии изоляции от остального мира может оказать огромную услугу химической науке и промышленности. После поражения в Первой мировой войне на Германию была наложена огромная контрибуция, но это еще что! Германии было запрещено иметь сколько-нибудь серьезную армию, тяжелое вооружение, военную авиацию, подводные лодки. И в результате немецкие военные не стали производить оружие времен этой войны, а теоретически разработали принципиально новое и уже в 30-е годы, плюнув на все запреты, начали выпускать великолепные пушки и самолеты. Причем первоначально тайно испытывали их на полигонах в России, с которой Германия заключила первый в истории РСФСР межгосударственный договор — случилось это в итальянском городке Рапалло. До того образовавшуюся после Гражданской войны Советскую Россию никто из развитых стран не признавал и торговать с ней не собирался. Поэтому буквально все необходимое для нужд армии, промышленности и просто населения требовалось производить в России, самим. Со множеством вещей это кое-как получалось, но где взять каучук в стране, климат которой для выращивания гевеи никак не подходит? А без каучука даже думать об автомобилях бессмысленно, не на тележных же деревянных колесах ездить!

Попробовали найти растения, которые, подобно гевее, выделяют млечный сок, содержащий природный полиизопрен, — и вроде бы нашли. Многолетнее травянистое растение рода одуванчик под названием кок-сагыз оказалось лучшим на территории СССР каучуконосом, его стали даже специально возделывать в Белоруссии. В конце концов эпопея с кок-сагызом бесславно закончилась, поскольку урожай содержащих каучук корней был невелик, но главным образом потому, что в 1928 году выдающийся русский химик Сергей Васильевич Лебедев впервые в мире провел промышленный синтез синтетического каучука.

За два года до этого правительство республики объявило конкурс на разработку промышленного способа получения каучука (необязательно изопренового), причем документация, технологический регламент и 2 килограмма готового продукта должны были быть представлены комиссии не позднее 1 января 1928 года. Кроме того, получать каучук следовало из доступного сырья, а готовый продукт не должен был быть дороже и менее качествен, чем натуральный. И у Лебедева все получилось. Воспользовавшись своим еще довоенным открытием полимеризации дивинила (он же бутадиен) CH ₂=CH-CH=CH ₂и используя в качестве катализатора металлический натрий, он синтезировал натрий-бутадиеновый каучук вполне пристойного качества. Сырьем для получения дивинила стал обычный этиловый спирт, которого в России и других республиках СССР всегда было много. Недаром нашей национальной болезнью считается пьянство, так тесно связанное с самогоноварением, основанном на спирте из свеклы, картошки и всего, чего угодно.

Впрочем, выгнать первач из табуретки, о чем говорил Остап Бендер в «Золотом теленке», невозможно: целлюлоза дерева не сбраживается обычными дрожжами. Для получения спирта из опилок целлюлозу нужно сначала гидролизовать, что довольно сложно. Однако это удалось одному профессору химии во время блокады Ленинграда. Из гидролизованной им с помощью серной кислоты лабораторной мебели он получал раствор сахаристых веществ, которые после некоторой обработки можно было использовать в пищу. Говорили, что и профессор, и вся его семья так и выжили в те страшные годы. Возможно, это легенда, хотя кто знает…

В главе 15 подробно рассказывается о случайных открытиях в химии, но про одно такое открытие уместно рассказать здесь. Речь идет о резине, основой которой является каучук. Известно, что чистый каучук никак не годится для изготовления автомобильных покрышек и болотных сапог. Но в самом начале XIX века шотландский химик Чарльз Макинтош опрокинул на свой лабораторный халат раствор каучука в бензине, попытался отмыть каучук сначала тем же бензином, а потом водой с мылом и заметил, что через пятно вода не проникает. Догадливый шотландец не стал наносить каучук на шотландские килты (юбочки), а пропитал каучуком летнее пальто из тонкой ткани — так появился непромокаемый плащ макинтош. Вполне случайное открытие, но мы не об этом. Макинтоши быстро вошли в моду в дождливой Англии, а потом и по всему свету, однако носить их было несколько неудобно, потому что каучук — довольно липкое вещество, а липкий плащ — явно не лучшее изобретение тружеников гламура. Причем летом макинтоши чуть ли не растекались, а в холода стояли колом.

Лет через пятнадцать после появления макинтошей другой Чарльз, по фамилии Гудъир, пытаясь как-то ликвидировать эти недостатки каучука, добавлял к нему все, что попадалось под руку. Он перепробовал сотни соединений и нашел-таки такое вещество — элементарную серу, которая снижала липкость каучука. Это открытие не совсем случайное, а скорее результат широкоохватного поиска, но вот идея вулканизации уже точно пришла Гудъиру в голову совершенно случайно. Однажды он не то уронил, не то в ярости бросил кусок смешанного с серой каучука на горячую плиту и вдруг заметил, что смесь перестала быть смесью — появилось новое упругое и не мажущееся вещество. Позже его назвали резиной (от латинского resina — смола), а процесс взаимодействия каучука с серой — вулканизацией, в честь бога огня Вулкана.

С химической точки зрения вулканизация представляет собой «сшивание» отдельных звеньев полимера, составляющего каучук, причем в качестве «ниток» между звеньями используются цепочки из атомов серы — S-S-S-. Получается так называемый сшитый, или трехмерный, полимер, который можно рассматривать и как единую огромную молекулу. Из резины делают покрышки и электроизоляцию, подметки и сапоги, ручки для инструментов, самые различные ремни и уже не липкие макинтоши. Причем вулканизации можно подвергать не только изопреновый каучук, но и практически все виды синтетического, в том числе лебедевского.

А разработавший промышленный способ получения синтетического каучука Сергей Васильевич Лебедев умер в 1934 году от сыпного тифа, как было записано в истории болезни. Это довольно странно, ведь тогда Лебедев был академиком, жил в прекрасной отдельной квартире в центре Ленинграда, на Нижегородской улице (теперь — улица Академика Лебедева). Переносчиком сыпного типа является обычная платяная вошь, которая вряд ли могла угнездиться в лаборатории или квартире почтенного академика. Что-то тут не так. На определенные сомнения наводит и то, что Сергей Васильевич умер практически одновременно с Борисом Бызовым, изобретателем другого метода получения синтетического каучука из углеводородного (нефтяного) сырья, причем вскоре после начала промышленного производства этого важного продукта. Оба ученых стали не нужны? В тот год как раз поднялась новая волна репрессий, причем именно в отношении научно-технической интеллигенции. Это только умница Ипатьев догадался в 1930 году, что возвращаться в СССР не стоит. Кстати, вернемся ненадолго к Ипатьеву.