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

Как я уже говорила, когда нейлоновые чулки только изобрели, женщины стали одержимы новой тканью. Во время Второй мировой войны DuPont изменили свое производство и начали использовать полиамидный материал для производства парашютов. Количество чулок на рынке резко сократилось, при том, что спрос на них резко вырос. Это вызвало – я сейчас серьезно – нейлоновые бунты. Обида и злость женщин были настолько сильны, что дамы даже дрались друг с другом из-за чулок. А кто-то даже грабил соседок!

После войны компании вернулись к производству чулок, на этот раз смешивая нейлон с другими натуральными и синтетическими волокнами, например хлопком и полиэстером. Для того времени эти ткани были чем-то новым, из-за чего одежда из них оказалась очень популярной среди женщин. Новые чулки стали эластичными, недорогими и красивыми. Но если посмотреть с молекулярной точки зрения, то это был совершенно другой тип полимера.

В настоящее время в наших тканях используются все типы полимеров. В верхней одежде, например дождевике или непромокаемых штанах, вы найдете нейлон. Один из самых дешевых полимеров – полиэтилентерефталат (ПЭТ). Он занимает четвертое место по объему производства в мире, и, я уверена, вы знаете его по бытовому названию – полиэстер. Как и нейлон, полиэстер (и другие распространенные ткани) изготавливается с использованием полимерных цепей и механизмов связывания.

Я могла бы еще долго говорить на эту тему, потому что каждая вещь в вашем гардеробе состоит из химии: в бархате содержатся ацетаты, хлопок сделан из целлюлозы, а во влагоотводящей одежде используется полилактид.

Даже ваши ювелирные изделия – это химия! Серьги, браслеты, ожерелья – все это сочетания металлов – расплавленные и сформированные заново структуры. К слову, захватите с собой ваши любимые серьги и мини-бикини, потому что мы отправляемся на пляж!

8. Дай мне немного солнца. На пляже

Сейчас мы живем в Остине, и наша дорога до океана занимает около четырех часов. Все, что нам нужно сделать, это посадить собак на заднее сиденье, завести машину, открыть люк и наслаждаться яркой поездкой в Галвестон или Корпус-Кристи. Лето 2019 года вышло очень жарким, так что на какое-то время вода стала залогом выживания. В августе температура держалась в районе 37,8°C почти двадцать дней. Это было ужасно.

Тем летом мы буквально жили на пляже, и именно тогда я обратила внимание на химию, которая окружает нас там, начиная с авобензона в солнцезащитном креме и заканчивая полимерами в моих купальниках. Я видела примеры моей любимой науки буквально везде. Например, в холодильнике.

Единственная вещь, на которую мы тогда постоянно полагались, – качественный переносной холодильник, в котором мы хранили и еду и напитки. Наша любимая модель сделана из полиэтилена, хотя для их создания можно использовать и полистирол.

Не думаю, что вы часто думаете о холодильниках, но это просто удивительная вещь! Как правило, они используют особую молекулярную структуру, с помощью которой могут удерживать холодный воздух внутри. В основном у больших и крепких холодильников есть две разные формы полиэтилена, так что давайте сначала рассмотрим этот полимер. Как вы поняли из названия, полиэтиленовые полимеры состоят из молекул этилена. В настоящее время полиэтилен – это самый популярный и распространенный вид пластика. Этилен представляет собой углеводород с формулой Н2С=СH2, является газом и чрезвычайно легко воспламеняется. Такое неполярное соединение (электроны равномерно располагаются в молекуле) означает, что газ может образовывать дисперсионные взаимодействия только с соседними молекулами.

Но под чрезвычайно высоким давлением этилен способен вступать в химическую реакцию с самим собой; в ходе реакции получается длинная этиленовая цепь. Когда это случается, двойная связь разрушается и остается только одинарная, удерживающая всю молекулу. После этого атомы углерода могут образовать новые ковалентные связи с другими атомами углерода, что приводит к созданию длинной углеводородной цепи.

Позвольте объяснить это на примере Райана Рейнольдса из первой части книги. Мы уже обсуждали, как я могу образовать с ним двойную связь: нам нужно просто соединить по две наших руки. Но если я хочу пройти реакцию полимеризации, то мне нужно отпустить одну руку Райана и взяться за другую прекрасную знаменитость, Джо Манганьелло. Конечно же, Райан сделает то же самое – образует новую связь с Блейк Лайвли.

Эффект домино будет продолжаться до тех пор, пока все атомы углерода не окружат себя четырьмя ковалентными связями (все из-за положения углерода в периодической таблице). Полиэтилен является неполярным, между полимерными волокнами образуются дисперсионные взаимодействия. Такое взаимодействие очень похоже на межмолекулярное, образующееся между отдельными молекулами этилена.

Это гигантские молекулы с молекулярной массой от 10 000 до 100 000 г/моль. Так как полиэтилен представляет собой большую неполярную молекулу, он не растворяется в воде. Данное качество делает его идеальной молекулой для создания холодильников. Неспособность полиэтилена раствориться в воде позволяет наполнить холодильник льдом и принести его к океану.

Внешнее пластиковое покрытие большинства холодильников изготавливается из полиэтилена высокой плотности (ПЭВП), в то время как пакеты для сэндвичей из полиэтилена низкой плотности (ПЭНП). Давайте поговорим о ПЭНП, чтобы лучше понять разницу. ПЭНП впервые был использован еще в 1930-х годах, он имеет более низкую плотность, чем ПЭВП (да-да, я капитан очевидность). Но несмотря на то, что два этих вида пластика имеют одинаковые атомы и ковалентные связи внутри полимеров, способ образования связей у них очень различается.

ПЭНП представляет собой полимер, в котором ковалентные связи образованы между соседними молекулами этилена. Как мы уже обсуждали ранее, когда молекулы этилена вступают в реакцию друг с другом, двойная связь разрывается, а между молекулами образуется новая одинарная связь. В ходе этого процесса создается разветвленная углеводородная цепь. Следовательно, вместо того, чтобы формировать одну прямую цепочку атомов углерода (в ряд), связи образуются между случайными атомами. В результате образуется цепочка, по внешнему виду напоминающая букву Т. Форму «в ряд» можно сравнить со строем школьников, идущих в столовую, в то время как разветвленная форма напоминает хаос, который эти же школьники устраивают на перемене.

Из-за разветвленной формы ПЭНП намного слабее ПЭВП (и намного эластичнее). Такая форма не позволяет молекулам располагаться вплотную к другим ПЭНП, а значит, они не могут образовывать сильные дисперсионные взаимодействия. Следовательно, если мы возьмем определенное пространство, то там будет небольшая плотность полимером (диапазон плотности колеблется от 0,917 до 0,930 г/см3).

Что на самом деле важно, так это то, почему мы так часто используем эти типы полимеров в повседневной жизни. Они легко растягиваются, эластичные и износостойкие, поэтому данные полимеры отлично подходят для использования