Глазами Монжа-Бертолле

Пути увеличения прочности. Каковы они?

Вот они, три трофея Джорджа Томсона!

Во-первых, удлинение молекул. Чем протяженнее полимерные цепочки, тем больше площадь контакта между ними. Стало быть, тем значительнее действие межмолекулярных сил. Опыты свидетельствуют, что подобное наращивание новых звеньев на полимерную цепочку действительно приводит к росту прочности материала. Однако здесь существует потолок: по достижении определенной длины дальнейшее упрочнение прекращается. Возможно, оттого, что отдельные неправильности в структуре материала или самой молекулы вынуждают одну часть молекулы растягиваться и сдвигаться по отношению к соседней молекуле раньше, чем все силы, цементирующие волокно, равномерно распределят между собой нагрузку.

Путь следующий — «сшивание» молекул. Под действием излучений связи между атомами расшатываются, разрываются (вспомните молекулу H2O в верхней атмосфере). Именно с этой целью направляют ученые на полимер потоки всепроникающего радиоактивного излучения. Но в компактной массе вещества, где молекулы сгрудились очень тесно, взамен порванных валентных связей нет-нет да и образуются другие — между соседними полимерными молекулами. Причем сигма- и пи-связи углеродного каркаса могут остаться неповрежденными. Валентные мостики между молекулами удается построить на обломках разрушенных связей C—H, а не C—C или C = C. Ловко орудуя гамма-лучами, словно тончайшими искуснейшими спицами, химики рано или поздно научатся превращать волокна в одну гигантскую разветвленную молекулу.

Наконец, Томсон уповает еще на один шанс.

Сцепление молекул! Цирковые фокусники запросто умеют это делать с металлическими кольцами. А химики с молекулами? В 1963 году в журнале «Сайентифик америкен» появилась статья под названием «Химическая топология». В ней сообщалось о сенсационном эксперименте. Две кольцевидные молекулы, полученные из линейных, удалось зацепить так, что они стали звеньями одной цепочки! Звеньями химически индивидуальными — они не сцеплены валентной связью. Но разорвать цепочку можно было, лишь разрушив какую-нибудь валентную связь одного из звеньев.

Томсон размышлял о путях увеличения прочности. А ведь если присмотреться, в его прогнозах содержится намек и на методы создания полупроводниковых материалов из молекул с сопряженными связями. Какими они будут, эти материалы? Составленными из сверхдлинных макромолекул, как стальной трос из отдельных проволочек? Или сшитыми из разных полимерных цепочек в одну гигантскую разветвленную молекулу, напоминающую углеродный паркет в графитовом слое? А может, найдет применение цепочечное зацепление молекулярных циклов, каждый из которых, как известно, являет собой круговой ток, а значит, и магнит?

Гадать не будем. Тем более что возможны иные пути. Они уже привели к рождению самых настоящих органических полупроводников. Настолько совершенных, что перед действительностью бледнеют даже мечты инженера. Что же это за полупроводники? Где они? И почему ученым не перенять как можно скорее замечательный технологический опыт?

К органическим полупроводникам мы еще вернемся, а покамест посмотрим, как солнечный зайчик превращается в сочный бифштекс.

…В неоглядных просторах мироздания по строго вычисленной орбите несется космический корабль. На борту его — миллиарды пассажиров. Этот корабль — наша Земля. Он обеспечен всем необходимым. Единственное, что ему приходится заимствовать из космоса, — солнечная энергия. Все остальное… А вот откуда оно, это «все остальное»?

Подсчитано, что суммарный объем существ, когда-либо населявших нашу планету, намного больше земного шара. Вступают в жизнь новые поколения, но Земля не «худеет»: по-прежнему безбрежен воздушный океан, не иссякают водоемы, не скудеют ресурсы плодородия. Вместе с тем Земля и не прибавляет в весе, если не считать ничтожного пополнения запасов земного вещества за счет метеоритов и космической пыли (около 10 тысяч тонн в год). Откуда же берутся в таких колоссальных количествах материалы для построения организмов?

Еще Лукреций вопрошал:

Щедрыми потоками изливает на Землю тепло и свет наше дневное светило. «Пойманный» растениями луч становится причиной удивительных метаморфоз. Из углекислого газа и воды, из минеральных веществ атмосферы и литосферы в хлорофилле зеленого листа синтезируются сложные органические соединения — углеводы, белки, жиры. Становясь пищей для животных, они рано или поздно возвращаются в лоно матери Земли. Возвращаются как продукты двух процессов. Во-первых, в виде отходов от переработки в живом организме. Во-вторых, в результате гниения умерших животных и растений. Таким образом, все сущее на нашей планете участвует в непрерывном круговороте химических веществ, входящих в состав воды, воздуха и верхнего слоя Земли. Этот грандиозный круговорот протекает внутри биосферы. (Так называется сферическая прослойка между земными недрами и космической бездной, заселенная живыми существами.)

Биосфера Земли — замкнутая саморегулирующаяся система, где непрерывно поддерживается биологическое равновесие. Вещества становятся частью существ. Существа выделяют вещества. А после смерти и сами превращаются в вещества.

Нормальный взрослый организм обычно не худеет и не прибавляет в весе. А ведь в сутки он поглощает килограммы вещества в виде еды и напитков! Значит, столько же веществ выводится из организма.

Из пищи мы заимствуем не вещество, а энергию. И если количество вещества в биосфере остается постоянным, то откуда же берется огромное количество энергии для бесчисленных химических превращений?

Солнечный луч — вот что вращает гигантский маховик круговорота химических веществ в биосфере.

Валерий Брумель упруго подбрасывает свое тело и легко переносит его через планку, установленную на двухметровой отметке.

Василий Смыслов в полной неподвижности сосредоточенно продумывает очередную шахматную комбинацию.

Иннокентий Смоктуновский произносит монолог Гамлета, создавая полную иллюзию собственного душевного надлома.

Любое напряжение мышц или мозга, любые физические, умственные или эмоциональные усилия требуют затраты энергии.

И вы, дорогой читатель, пробегая глазами мелкий бисер типографских литер на этой странице, тоже расходуете энергию.

Откуда же она берется? Странный вопрос: ну, разумеется, от сгорания пищи в организме! Не с неба же в конце концов. А в пище откуда?

Если вы вегетарианец, то с неба, и только с неба. Нет, серьезно. Ведь энергетический цикл жизни начинается именно с того момента, когда солнечный зайчик упадет на зеленый лист!

Лишь представители зеленого царства флоры способны «консервировать» энергию фотонов, превращая ее затем в биохимическое топливо для всевозможных энергетических процессов в теле животных. И даже самый плотоядный хищник, который презирает вегетарианскую диету, пожирая очередную жертву, в конечном счете пользуется именно энергией Солнца, запасенной в растительных тканях и перекочевавшей в организм травоядных животных.

Вот фотон, посланный далеким светилом, угодил в органическую молекулу зеленого листа. Это молекула зеленого красителя — хлорофилла. Один из электронов валентной пары тотчас возбуждается, подпрыгивая на более высокую ступеньку — точь-в-точь как в полупроводнике. Рано или поздно он, конечно, вернется в свое прежнее состояние, но долгим и сложным будет его обратный путь. И кто бы мог подумать, что все богатейшее разнообразие жизненных проявлений укладывается в эту простенькую схему: стрелка вверх — переход из основного состояния в возбужденное; стрелка вниз — возвращение восвояси. Конечно, за второй стрелкой таится целая эпопея электрона и кванта, перед красочностью и драматизмом которой тускнеют странствия самого Одиссея.