Заглянем в будущее

Наука не только указывает дороги, которыми надо следовать для достижения важных целей. Она помогает распознать и тупики. Можно привести примеры невозможного, противоречащего законам науки. Не будет создана тонкая нитка, с помощью которой можно было бы вытащить застрявший в грязи грузовик. Не будет изобретена тончайшая ткань, предохраняющая тело от холода…

Итак, природа сама ставит пределы возможного и невозможного, но они нисколько не мешают нам создавать великолепно устраивающий нас мир. Так что нет причин огорчаться этим пределам. А если будут найдены новые атомы? — спросит читатель, не признающий пределы дерзания человеческой мысли.

Не получается. Таблица Менделеева заполнена, и все стабильные атомы с временами жизни, достаточными для того, чтобы их использовать в производстве, уже открыты. Появление нового стабильного атома означало бы крушение закона Менделеева и уравнений квантовой механики. Такого не будет.

Но ведь будут найдены новые молекулы?!

Без сомнения, и тут читатель имеет право фантазировать безудержно. В его распоряжении вся сотня атомов таблицы Менделеева, и никто не вправе поставить под сомнение возможность получения самой удивительной атомной конструкции.

А как же законы валентности?

Действительно, как правило, те простые законы валентности, которые все мы изучали в школе, работают безотказно. Углерод может быть сцеплен с двумя, тремя и четырьмя атомами; кислород — с одним или двумя; водород — только с одним атомом и т. д. Но в последние годы химики синтезировали огромное число занятнейших «уродов», которые напоминают нам, что правила валентности весьма условны. Молекула может быть построена как угодно, лишь бы образующие ее электроны и ядра заняли такую конфигурацию, которая соответствует достаточно глубокой ложбинке на склоне горы (прошу вернуться назад и прочитать еще раз метаспортивное отступление).

Химики были совершенно ошарашены открытием ферроцена. Оказалось, что валентные черточки можно проводить не только от атома к атому, но от «центра» одной группы атомов к «центру» другой группы атомов.

Большим событием было открытие семейства молекул, части которых скреплены без участия валентных связей. Эти молекулы носят название катенанов, и они в точности напоминают обыкновенную цепочку: колечки из валентносвязанных атомов продеты друг в друга. Наверное, в дальнейшем на этом же принципе будут созданы двухмерные и трехмерные сетки.

Пока что эти вещества получены в субмикроскопических количествах, и кольца построены из атомов углерода. Но в принципе возможны катенаны, содержащие атомы азота, кислорода, серы, фосфора… Если бы удалось решить задачу создания таких материалов в промышленном масштабе, то мы получили бы в свое распоряжение ткани любых цветов, обладающие предельной крепостью и совершенной гибкостью; ткани, которые абсолютно не мнутся и которые невозможно порвать. Как видите, есть о чем мечтать, не изменяя законам природы.

Сенсацией явилось получение соединений благородных газов. По правилам валентности им не полагалось бы образовывать какие-либо вещества. Поскольку по таблице Менделеева эти атомы (аргон, неон) обладают нулевой валентностью, они не должны вступать в связь с атомами другого сорта. По этой причине их и называют благородными, или инертными.

В соответствии со сказанным можно придумывать молекулы, в которых углерод выступает как бы пятивалентным, фосфор — восьмивалентным, а сера соединяется с тремя соседями. Законам природы это не противоречит. А правилам валентности?..

Ну что ж, простимся с ними, как со строгими законами, но не лишим их нашего превеликого уважения, так как все же подавляющее большинство химических соединений подчиняется этим правилам с полной покорностью.

— Ага, — восторжествует наш оппонент, — значит, будут новые, построенные самым неожиданным образом молекулы! Почему же нельзя допустить создание веществ со свойствами, выходящими за рамки сегодняшней фантазии ученого-скептика?

По той причине, что, как бы причудливо ни были бы построены новые молекулы, силы взаимодействия между ними будут подчиняться известным нам законам. А свойства материалов — суть следствия межмолекулярных и межатомных сил. Так что никакие атомные конструкции не приведут нас к кевориту и к излучателям телепатических «пси»-лучей.

Но не надо расстраиваться. Синтез новых молекул принесет нам немало замечательных открытий, ничуть не менее романтических, чем полюбившаяся многим журналистам антигравитационная материя.

— Это вы просто хотите подсахарить пилюлю, — хмуро заявляет оппонент. — Сами же только что сказали, что законы взаимодействия атомов не изменить.

Сказал. Некоторая доля скепсиса небесполезна. Нет сомнения в том, что будут получены очень нужные человечеству новые вещества. Но в то же время, зная предельные свойства веществ, нужно направлять деятельность синтетиков (так называют ученых, изготовляющих новые вещества) в определенное русло, нужно планировать науку.

Число уже синтезированных веществ исчисляется миллионами. Продолжать эту работу можно до бесконечности. Но нельзя закрывать глаза и на то, что большую часть новых веществ, полученных химиками, можно вместить в крошечные пробирки, и они мирно покоятся на полках шкафов.

Без сомнения, кончилось то время, когда всякий новый синтез был интересен по той причине, что он открывал новые закономерности связывания атомов. Открытие ферроцена, о котором только что шла речь, практического значения не имело и скорее всего иметь не будет. Однако важно было узнать, что валентные черточки могут соединять не только атомы, но и группы атомов. Эти сведения пригодятся тому химику, который примется за новый синтез, преследуя определенную практическую цель.

Поговорим теперь о синтезе макромолекул.

* * *

Макромолекулы — это, попросту говоря, большие молекулы. Не станем обсуждать, начиная с какого числа атомов молекулу надо назвать большой. Это так же бесполезно, как назвать число волос на голове, отделяющее лысых дядей от молодых людей с богатой шевелюрой. Во всяком случае, когда число атомов начинает измеряться тысячами, говорят о макромолекулах. Самые большие макромолекулы могут достигать размера сотых долей микрона (в мире атомов это Хеопсовы пирамиды).

Законы логики и в этом случае могут быть положены в основу вывода о создании всех возможных макромолекул. Большие молекулы могут быть построены из одинаковых кусочков и из разных. Отдельные звенья могут образовывать линейные последовательности, двухмерные сетки, а также трехмерные каркасы. Труднее придумать невозможную комбинацию, чем предложить невероятную, которую нельзя было бы осуществить на опыте.

Макромолекулы существуют в природе, кроме того, их изготовляют в лабораториях и на фабриках. Уже давно химики знали, что молекулы целлюлозы, каучука, белков состоят из многих тысяч атомов. И так же давно искусственные макромолекулы считались «грязью» — отходами, которые полагалось выплескивать в раковину. Но в 40-х годах положение дел изменилось. На сцену вышли нейлон, капрон, полиэтилен и другие синтетические полимеры.