Лаборатория химических историй. От электрона до молекулярных машин

Итак, оценить в рублях или каким-либо иным способом – например, графически, как в последней задаче, – можно очень многое. Важно, что для подобных задач следует первоначально установить количественную меру для каждого объекта, и тогда решение будет найдено.

Мы немного увлеклись различными распределениями и оценками, забыв об элементарных истинах. Цену или количественную меру, конечно, можно назначить всему, но если химик увлечен каким-либо исследованием, то он, скорее всего, даже не задумывается о справедливом разделении работы и ее оплате. Вспомним, что не все продается и не все покупается. Просто и точно об этом сказал Булат Окуджава:

Чистое сердце в дорогу готовь!Древняя мудрость годится и вновь.Не покупается, не покупаетсяДоброе имя, талант и любовь!

Глава 11

Всегда ли надо мыть посуду?

Приступая к новому синтезу, химик первым делом берет в руки необходимую стеклянную посуду, которая перед этим была тщательно вымыта и высушена. Помимо этого, исходные реагенты должны быть чистыми. Различные загрязнения могут затормозить реакцию или изменить процесс. Тем не менее, как говорится, жизнь любит иронизировать. Существуют примеры, когда именно загрязнения приводили к открытиям.

Фтор – один из самых активных элементов, он обладает исключительной реакционной способностью, и экспериментальные трудности, связанные с его получением, долгое время казались непреодолимыми. Большинство известных материалов реагируют с ним, многие элементы при соприкосновении с фтором воспламеняются, он может реагировать даже с инертными газами. Французский химик Ф. Муассан в 1886 г. сообщил Парижской академии наук, что ему удалось получить фтор в чистом виде электрохимическим разложением безводной плавиковой кислоты. Для проверки открытия в его лабораторию прибыла авторитетная комиссия – М. Бертло, А. Дебре, Э. Фреми, однако в решающий момент фтор проявил свой "характер" и не захотел выделяться. К чести комиссии следует сказать, что никто не объявил сообщение Муассана ошибочным. Все прекрасно понимали, сколь коварен фтор, и подбадривали Муассана, полагая, что не учтена какая-то экспериментальная мелочь. Вскоре Муассан понял, в чем дело: готовясь к приезду комиссии, он слишком тщательно очистил фтористый водород, и тот перестал проводить ток. Незначительных добавок фторида калия оказалось достаточным, чтобы обеспечить электропроводность. Именно это позволило воспроизвести получение фтора.

Вот другой пример, подтверждающий важность примесей. Полиэтилен – полимер, знакомый всем, – каждый, наверное, держал в руках полиэтиленовый пакет. Полиэтилен получают полимеризацией газообразного этилена:

CH₂=CH₂ → –(CH₂-CH₂

)_n–

(величина n, называемая степенью полимеризации, достигает нескольких сотен тысяч)

Долгое время полимеризацию проводили при давлении 1500–3000 атм и температуре 200–260 ℃. Это весьма жесткие условия. В 1950-х гг. немецкий химик К. Циглер решил найти катализатор, который позволил бы проводить реакцию в менее суровых условиях. Он начал изучать полимеризацию этилена в присутствии алкилов алюминия, но в результате удалось получить только короткоцепные молекулы (n – не более 100 элементарных звеньев).

Как иногда бывает, помог случай. Студент, помогавший Циглеру в работе, недостаточно тщательно вымыл перед опытом автоклав, в котором остались следы коллоидного никеля от предыдущего опыта по гидрированию. Результаты эксперимента, проведенного в "грязном" автоклаве, натолкнули Циглера на мысль, что, помимо алкилов алюминия, в реакционную систему следует добавлять соединения переходных металлов. В результате интенсивных исследований появилась эффективная каталитическая система TiCl₄ + Al(C₂H₅)

₃, которая позволила проводить полимеризацию при 20 атм и температуре 120 ^оС. Возникло промышленное производство полиэтилена низкого давления. В 1963 г. за эти исследования К. Циглер (совместно с Дж. Натта) был удостоен Нобелевской премии.

На этом "вмешательство" случайностей не закончилось. В 1975 г. немецкий химик В. Каминский изучал механизм полимеризации этилена. Он проводил спектральное изучение смеси, используемой для полимеризации: [(С₅Н₅)₂TiMe₂ + Al(CH₃)₃

] + CH₂=CH₂. В ней содержался катализатор, близкий по составу к циглеровскому. Вместо TiCl₄ Каминский использовал комплексное соединение титана (С₅Н₅)₂TiMe₂; соединения такого типа называют металлоценами («родственниками» широко известного ферроцена).