Химия по жизни. Как устроен наш быт, отношения, предметы и вещи с точки зрения химических реакций, атомов и молекул - Кейт Бибердорф

на этилен. Единственное различие в том, что концевой атом этилена (H2C=CHH) – водород – заменяется на бензольное кольцо (С6H5), и формула стирола выглядит так: (H2C=CHC6H5). У полистирола есть шестичленное бензольное кольцо (С6H5), начинающееся с каждого второго атома углерода. Это довольно большая молекула.

Впервые полистирол был синтезирован в 1839 году немецким фармацевтом Эдуардом Симоном. Он извлек смолу из ликвидамбара восточного, а затем варил ее до состояния маслянистого вещества. В процессе очистки ученому удалось выделить молекулу под названием стирол. В конце концов эта молекула превратилась в вязкое густое вещество, похожее на желе. В 1866 году французский химик Марселен Бертло определил эту молекулу как длинную цепь углеводородов с чередующимися бензольными кольцами. Но тогда ученым только предстояло открыть полимеры. Поэтому потребовалось еще восемьдесят лет, чтобы это вещество получило официальное название полистирол.

Есть три общие конфигурации, которые может образовать полистирол: изотактическая, синдиотактическая и атактическая. Данный термин указывает на тактичность полимера – это странный способ указать на положение бензольных колец в молекуле. Если все бензольные кольца расположены с одной стороны полимера, то такой полимер является изотактическим. По правде говоря, не важно, где расположены кольца: справа или слева. Нам просто нужно, чтобы все они находились на одной стороне – это как если бы у сороконожки ноги располагались только на одной стороне тела. Эти полимеры самые прочные из трех, так как могут стоять вплотную к соседним полимерам.

Именно поэтому изотактическая конфигурация отлично подходит для производства пены для охлаждения. Как и в случае с холодильниками, горячий воздух не может пройти через пену, благодаря чему охлажденные напитки и еда продолжают оставаться охлажденными. Но есть две другие конфигурации, которые можно обнаружить в дешевых пенах для охлаждения.

Если бензольные группы полимера чередуются, располагаясь попеременно то с одной стороны, то с другой, то такой полимер является синдиотактическим. Эти полимеры по внешнему виду напоминают стебель розы, листья которой растут по всей длине. Из-за такой формы полимеры не могут стоять вплотную друг к другу. Стоящие невпопад кольца мешают.

Если бензольные группы распределены вокруг полимера случайным образом, то с одной стороны, то с другой, то полимер является атактическим. Такие полимеры считаются самыми слабыми из трех, так что у них самая низкая температура плавления. Именно поэтому атактические полимеры обладают наибольшей гибкостью и эластичностью, и это придает им текстуру резины.

Поскольку бензольные кольца очень большие, обычно полимеры полистирола являются атактическими. Это означает, что бензольные кольца в них расположены случайным образом. Какие-то слева, а какие-то – справа. Одни друг за другом, а другие – равномерно. Универсального образца такого полимера нет.

Именно поэтому мы работаем только с двумя основными формами полистирола. Первая называется кристаллической; такой полистирол используется в одноразовых пластиковых изделиях, например в пластиковых вилках и ножах, которыми вы едите во время пикника на пляже. Если вы используете пищевую пленку вместо пакетов для сэндвичей, то ваш холодильник будет заполнен полистиролом.

Я никогда не пожалею о том, что когда-то купила пищевую пленку. Это самый лучший продукт, поскольку ею можно закрыть контейнер, не используя при этом скотч или другие средства. Межмолекулярные взаимодействия в полистироле настолько сильны, что атомы притягиваются друг к другу, удерживая пластик вместе. Если пленка когда-нибудь скатается, распутайте ее и снова закройте контейнер. Просто дайте атомам немного времени для формирования дисперсионных взаимодействий между полимерными цепями.

Вторая форма полистирола – это вспенивающийся полистирол. Вы можете обнаружить ее на пляже во всем, что сделано из Styrofoam, например в стаканчиках или пенопластовых переносных холодильниках. (Styrofoam – это торговая марка пенопласта, и прямо как Kleenex, она используется для обозначения ткани.) Некоторые госучреждения прокладывают полистирол под дорогами, чтобы защитить асфальт от замерзания и деформации.

Вспененный полистирол является попкорн-полимером. Во время производства происходит весьма увлекательный процесс. Во-первых, молекулы полистирола искусственно делятся на небольшие гранулы, внешне напоминающие икру. Затем их накачивают воздухом и ссыпают в большую форму. Там гранулы плавятся: их нагревают до высокой температуры, а затем спрессовывают.

Пенопласт на 3–5 % состоит из полистирола, остальная часть – просто воздух. Вот поэтому большинство продуктов из пенопласта, например охлаждающая пена, такие легкие. Пенопласт тоже является хорошим изолирующим веществом, так что мы можем использовать его для хранения еды и напитков в охлажденном виде.

Однако ни кристаллический, ни вспенивающийся полистирол не обладают достаточной прочностью, так что они не могут выдержать давление газированного напитка. Для этого мы можем использовать другой полимер, полиэтилентерефталат (ПЭТ), который уже обсуждали в прошлой главе.

Интересный факт: этот же полимер используется в производстве бутылок для воды и газированных напитков. Пластик получается полупрозрачным, что очень хорошо: мы можем рассмотреть жидкость в бутылке. Сама емкость достаточно прочная, чтобы выдержать давление в газированном напитке. Если вы, как и я, предпочитаете приносить на пляж фрукты, то вас могут окружать молекулы ПЭТ – они находятся в пластиковых контейнерах для фруктов и ягод.

Как только все закуски и напитки уложены в холодильник, мы надеваем купальники и садимся в машину. Большинство тканей для купальников изготовлены из полиэфирных (или нейлоновых) полимеров с содержанием спандекса от 10 до 20 %, благодаря чему купальник будет эластичным и очень удобным. По правде говоря, эта информация не должна стать для вас чем-то новым, ведь мы уже обсуждали полиэстер и нейлон. Но в синтетическом волокне – спандексе (известном как лайкра) – есть нечто интересное. Впервые этот полимер был получен в 1952 году из полиэфира и полимочевины и поначалу рассматривался как замена каучуку в поясах для женщин. И поскольку этот полимер подходил для использования в нижнем белье, его назвали «спандекс», от слова «эластичность».

Все три синтетических волокна идеально подходят для использования в купальниках из-за их неполярных свойств. Когда вы заходим в океан, молекулы воды сразу же начнут проходить через свободное пространство между волокнами купальника; именно поэтому натуральная ткань, например хлопок или шерсть, сразу пропитается влагой. Но так как наши купальники сделаны из неполярных материалов, то полярные молекулы воды от них отталкиваются. Конечно, вода продолжает проходить через купальники, поскольку они не являются водонепроницаемыми, однако количество поглощаемой влаги сведено к минимуму.

Чтобы доказать это, давайте представим купальник из хлопка, который состоит из другого полимера – целлюлозы. Целлюлоза, в свою очередь, состоит из длинной цепочки молекул глюкозы, покрытых спиртовыми функциональными группами (OH). Благодаря этому молекулы целлюлозы становятся чрезвычайно полярными; это приводит к тому, что молекулы будут образовывать водородные связи с водой. Подобные межмолекулярные взаимодействия хороши тогда, когда козы пытаются растворить