200 лет спустя. Занимательная история каучука - Азерников В. - Страница 24

Глава одиннадцатая. Почему стреляет рогатка

Нельзя назвать имени ученого, который бы установил причину эластичности каучука, точно так же как и год, когда это было сделано.

Прежде всего давайте договоримся: выяснять это вы будете не на уроках, и не дома, и вообще подальше от окон. Для того чтобы выяснить, почему она стреляет, совершенно не обязательно из нее стрелять. Больше того: сама рогатка нам даже не понадобится.

Нам понадобятся другие вещи. Картошка, спички, проволока, игральные кости.

Берите одну картофелину и воткните в нее спичку. На спичку насадите еще одну картошку. Получится своеобразная гантеля. Во вторую картофелину воткните три спички: одну вверх, а две других в бок. На две спички насадите еще одну картошку и еще одну на ту спичку, которая торчит вверх. Теперь в картошку № 3 воткните одну спичку, на нее наденьте одну картошку, затем еще спичку, еще картошку, и еще спичку и еще картошку. Получится поезд из шести картофелин. Теперь надо все повторить: в картошку № 6 вставьте одну спичку вверх, две другие в бок, и т. д. Когда вы повторите несколько раз это сочетание, у вас должно получиться некое странное сооружение.

А теперь, когда вы достаточно перемазались сами и перемазали весь стол, я полагаю, ваши домашние зададут вам вполне резонный вопрос: а что, собственно, это такое? Я умышленно не объяснил ничего заранее, чтобы не испортить торжественности момента. Если бы вы всё знали, вы бы тут же, не дожидаясь, пока вас спросят, бухнули: это то-то и то-то. И смазали бы весь эффект.

Тут главное — не торопиться. Спрашивает вас мама: “А что это такое?” А вы — молча, с достоинством — идете в комнату, молча — всё еще с достоинством — залезаете в портфель, также молча — можно слегка иронически улыбнуться, но не переборщите — открываете пенал и вынимаете из него — совершенно верно, ясно же не карандаш — свою рогатку. (Примечание 1. Если у вас ее по какой-либо уважительной причине временно нет, можете вынуть ластик. Примечание 2. Девочки могут сразу вынимать ластик. Хотя, честно говоря, я не очень понимаю, зачем им читать эту главу.)

Теперь вы можете небрежно подбросить рогатку (или ластик) на ладони и сказать — главное, как можно более равнодушным голосом: “Это модель молекулы каучука”. И, чтобы уж совсем повергнуть в изумление всех окружающих, можете небрежно добавить: “Точнее, даже не молекулы, а ее скелета”.

Теперь не сомневайтесь: как минимум, два разбитых стекла вам прощены.

Ну конечно, через некоторое время, когда ваши родители придут в себя от изумления, они станут задавать всякие неуместные вопросы: а зачем то, а зачем это… Тут надо быть абсолютно непреклонным: “Я занят”, и все. Возвращайтесь на кухню и, делая вид, что вам все давно известно, лениво, как бы между прочим, берите книгу. Я вам сейчас объясню — зачем то и зачем это.

Вы только что своими собственными руками построили скелет молекулы каучука. Точнее, только его небольшую часть. Потому что если бы вы захотели воспроизвести всю длину, то понадобилось бы около тонны картофеля и почти сто коробок спичек.

Вы уже не раз слышали, что молекула натурального каучука представляет собой длинную цепь, построенную многократным повторением молекулы изопрена. Но так как сам изопрен построен всего из двух элементов — углерода и водорода, то ясно, что и молекула каучука, как бы ни была она длинна, построена также всего из двух элементов. Их роли неодинаковы; углерод — главный. Это он обладает способностью образовывать длинные цепи, это у него как бы четыре руки, которыми он поспевает делать два дела сразу: и с себе подобными сцепляться, и еще водороды удерживать. А у водорода всего одна рука; максимум, на что он способен в данном случае — уцепиться за углерод, если у того есть свободная рука.

Я думаю, вы уже слышали, что углерод — важный элемент не только в каучуке, но и во всех органических соединениях, то есть во всех соединениях, из которых построена живая природа.

Деревья — что это такое? В основном целлюлоза. Что составляет ее основу? Углерод. А мы с вами? А мы с вами — это в основном более или менее удачный набор белков и — не знаю, как вы — еще и жиров. А что составляет их основу? В значительной мере углерод. Словом, углерод — главный элемент жизни, на нем держится все живое.

Каучук, конечно, не живое вещество, но он рождается в клетках растений, поэтому его остов и построен из углерода.

Теперь вам ясно, что каждая картофелина изображает атом углерода, а спички — это химические связи, которыми атомы между собой соединяются, это то, что я образно назвал руками.

И теперь вам ясно, почему я говорю о скелете. Водороды мы в счет не брали. С ними возни много. Атом водорода намного меньше атома углерода; подыскать для него на кухне модель не так-то просто. Лучше всего подошел бы зеленый горошек, но его в доме могло бы и не оказаться. И, кроме того, после нанизывания на спички он уже никуда не годился бы. А я совсем не уверен, что это было бы правильно воспринято вашими домашними. Так что углеродный скелет мы оставили без водородного обрамления. Но это ничуть не помешает нашему исследованию. Вы не забыли его тему: почему стреляет рогатка?

Чтобы приблизиться еще на один шаг к интересующему вас ответу, придется поработать еще немного руками и еще как следует головой.

Вам, очевидно, не раз приходилось видеть, как в солнечном луче носится рой пылинок. Если не видели, это нетрудно устроить: подойдите к окну и потрясите свою куртку. Но сколько бы вы ни присматривались к замысловатому танцу пылинок, вам не удастся понять его рисунок. Когда во время праздника вы смотрите, скажем, с балкона на танцующую под вами толпу, вы все же можете догадаться, что там танцуют — вальс или польку, даже если все танцуют невпопад. А пылинки ведут себя так, словно каждая из них исполняет свою собственную партию, соло, и никакого порядка в их движении не существует. Как на большой перемене.

Этот образ — беспорядочное движение частичек — нужен для того, чтобы заглянуть мысленно внутрь вашей рогатки. Если бы вы могли видеть то, что происходит внутри каучука, вы бы сказали, что его молекулы ведут себя почти так же. Они находятся в беспорядочном хаотическом движении, все время изгибаясь, принимая разные очертания, словно исполняя какой-то замысловатый танец, который называется, так же как танец пылинок, тепловым движением и который также невозможно понять.

Правда, если частички пыли совершенно себя ничем не стесняют, то молекулы каучука все же несколько ограничены в своих возможностях. Они скованы теми двумя спичками, которые вы всадили между некоторыми парами картошек.

Попробуйте повращать какую-нибудь картофелину вокруг одной спички, как вокруг оси. Вращается. А ту, которая надета на две? Ничего не получается.

Теперь вам ясна причина гибкости молекулы каучука; она вращается, как на шарнирах, вокруг всех своих одинарных связей, соединяющих атомы углерода. Поскольку эти связи находятся под определенным углом друг к другу, молекула может принимать самые невероятные очертания. Убедитесь вы в этом, если не побоитесь разломать творение своих рук. Попробуйте повращать картофелины вокруг спичек.

Но каждое положение, которое принимает молекула, длится всего триллионные доли секунды. Строго говоря, она вообще ни на мгновение не останавливается. Чтобы заставить ее замереть, надо сильно охладить молекулу. Тогда холод затормозит движение молекулы, скует ее, как сковывает воду мороз. Она замрет, парализованная, но в этот же момент пропадет ее эластичность. Вы уже не сможете растянуть свою рогатку — каучук сломается, как стекло.

И наоборот: если вы будете нагревать каучук, то звенья молекулы будут вращаться сильнее и она сильнее будет изгибаться.

Но значит ли это, что вообще нельзя говорить о ее какой-то конфигурации и что, следовательно, напрасно испорчен пищевой продукт? Нет, не значит Видим же мы фотографии бегунов, хотя они и меняют свое положение ежесекундно. Точно так же можно сделать мгновенную фотографию молекулы каучука. И для этого не надо фотоаппарата, пленки, проявителя. Не надо класть рогатку в холодильник, чтобы остановить вращение молекул. Нужны только угломер и игральная кость. И проволока. Проволоки много — 300 метров. И терпение. Терпения тоже много — еще больше, чем проволоки.