Каждый читатель еще в младших классах школы узнает, что любое тело в зависимости от температурных условий существует в трех агрегатных состояниях: газообразном, жидком и твердом. Так же хорошо известно и то, что при одной и той же температуре и одном и том же давлении каждому телу присуще определенное агрегатное состояние. Например, вода при атмосферном давлении при низких температурах находится в твердом состоянии в виде льда, в интервале температур от 0 до 100° является жидкостью, а по достижении температуры 100° превращается в пар.

Каждое агрегатное состояние характеризуется определенным комплексом свойств. Для газообразного состояния характерна упругость, для жидкого состояния — текучесть и способность принимать любую форму, а для твердого состояния — высокая прочность. В высокополимерах же (так называются полимеры, состоящие из очень большого числа исходных «звеньев») в широком интервале температур одновременно могут проявляться свойства, характерные для газообразного, жидкого и твердого состояния. Так, например, изделия из каучука — этого типичного представителя высокополимерных веществ, — резиновые изделия, обладают высокой упругостью (свойство, присущее газу), могут принять под действием силы любую форму (свойство, присущее жидкости) и обладают высокой прочностью (свойство, присущее твердому телу). Такое сочетание свойств высокополимеров делает их неоценимо полезными для человека. Как известно, к классу высокополимерных (или высокомолекулярных) веществ относятся различные волокна, пластмассы и каучуки, без которых очень трудно представить нашу современную жизнь.

К началу XX века процессы превращения низкомолекулярных веществ в высокополимеры не только не были еще освоены техникой, но даже не имели и достаточного научного обоснования. Один из крупнейших современных специалистов в области высокополимеров, Герман Марк, откровенно признавался, что «гигантские молекулы долгое время не представляли для химиков особого интереса. У классической органической химии было достаточно интересных и важных задач. Однако в 20-х годах нашего века изучение таких крупных молекул, как целлюлоза и каучук, уже стало казаться привлекательным».

В России проблема полимеризации завоевала себе признание значительно раньше.

Превращения различных непредельных соединений в полимерные продукты привлекали внимание еще А. М. Бутлерова, исследования которого впервые пролили свет на механизм процесса превращения изобутилена под действием серной кислоты в полимерные формы.

В дальнейшем вопросами полимеризации занимались ученики Бутлерова, причем некоторые из них добились в этой области сравнительно многого (например, И. Л. Кондаков, на работах которого мы остановимся дальше), и если они не сумели достичь заметных результатов, то лишь потому, что не были поддержаны всем фронтом тогдашней химической науки: другие выдающиеся представители бутлеровской школы — Марковников, Зайцев, Вагнер, Львов, Фаворский и Арбузов, охотнее развивали в своих работах иные стороны многогранного направления исследований своего учителя.

Первым, кто из последователей А. М. Бутлерова начал фундаментальные и систематические исследования в области полимеризации, был Сергей Васильевич Лебедев.

Когда человек начинает какую-нибудь новую работу, он сначала примеривается, пробует, как лучше ее начать и как лучше и удобнее выполнить. Так и химик-исследователь, перед тем как выбрать основное направление своих исследований, сначала проводит предварительные опыты, производит подбор веществ, применяя которые можно лучше и нагляднее выяснить вопросы, интересующие исследователя. Лишь после получения предварительных результатов, на что порой затрачивается много времени и творческой энергии, вырисовывается основной план и направление его работы химика.

Первые предварительные исследования Сергея Васильевича Лебедева в новой области были посвящены полимеризации углеводорода стирола, бромистого винила и эфиров акриловой кислоты.

Стирол может быть получен из этилена, если один атом водорода в молекуле этого широко известного углеводорода заменяется остатком бензола, известным в химии под названием радикала фенила.

Стирол — это жидкость. Давно было известно, что при хранении или нагревании жидкость превращается в стеклообразную твердую массу — результат происходящего при этом процесса полимеризации. Подобно стиролу ведет себя и другое производное углеводорода этилена — бромистый винил. Но в бромистом виниле в отличие от стирола один атом водорода заменен не на радикал фенил (остаток бензола), а на атом брома. Способность бромистого винила к полимеризации также была к этому времени хорошо известна.

Начав изучать полимеризацию непредельных соединений, С. В. Лебедев решил выяснить, как влияет на скорость полимеризации этих соединений химическая природа растворителя. Для этого он растворял названные соединения в различных спиртах, органических кислотах, углеводородах и в других органических соединениях и затем выяснял, какая часть исходного вещества при одной и той же температуре и за определенные промежутки времени превращается в полимер.

Не обнаружив заметных изменений в скорости процесса, он прервал эти исследования.

Надо отметить, что в настоящее время процесс полимеризации этих соединений (особенно стирола) приобрел большое практическое значение при производстве пластических масс. В те же годы, когда Сергей Васильевич начинал свои исследования, производства пластических масс не было, и возможность применения полимеров этих веществ для практических целей не вырисовывалась даже в далекой перспективе.

Предметом своих дальнейших исследований Сергей Васильевич избрал эфиры акриловой кислоты. Акриловая кислота также является производным этилена, в котором один атом водорода заменен на кислотную, или, как химики говорят, корбоксильную, группу. В результате взаимодействия спиртов с кислотами получаются сложные эфиры. С. В. Лебедев поставил перед собой задачу выяснить, как будет изменяться скорость полимеризации эфиров акриловой кислоты, образованных за счет различных спиртов (метилового, этилового, пропилового и др.) В этом исследовании Сергей Васильевич впервые в истории химии начал выяснять вопрос о влиянии химической структуры и характера заместителей на скорость процесса полимеризации непредельных соединений. Но химика-органика, каким прежде всего был С. В. Лебедев, интересовал не только вопрос о скорости полимеризации, но и химическая структура получаемых полимеров. Это была исключительно трудная задача, ибо полимеры эфиров акриловой кислоты, так же как и полимеры стирола и бромистого винила, относятся к классу предельных соединений, то есть к таким веществам, в молекуле которых нет двойных связей и которые, следовательно, не способны к различным химическим реакциям.

Изучать химическую структуру подобных полимеров нелегко даже сейчас, когда на помощь ученому пришли физические методы исследования, разработанные в последние 20 лет. А в то время, предприняв несколько попыток определить структуру полученных полимеров, С. В. Лебедев был вынужден констатировать, что существовавшими в то время химическими методами эту задачу решить было невозможно. Рушился весь заманчивый план исследований, который, как мы помним, предполагал возможность установления взаимосвязи между химическим строением исходного непредельного соединения, скоростью его полимеризации и структурой получаемых полимеров.

Тем не менее при полимеризации эфиров акриловой кислоты С. В. Лебедеву удалось сделать ряд интересных наблюдений. Он выяснил, в какой мере скорость полимеризации зависит от химической природы эфира, обнаружил тормозящее действие некоторых веществ на процесс полимеризации. Эти результаты в дальнейшем, а именно 11 декабря 1908 года, были доложены им на заседании Русского физико-химического общества и опубликованы в краткой протокольной заметке журнала этого общества.

Чутье и здесь не изменило талантливому химику. Он выбрал для своих исследований один из наиболее многообещающих предметов исследования. В настоящее время полимеры эфиров акриловой кислоты находят применение для изготовления оптических линз, небьющегося органического стекла и многих других важных изделий. Не его вина, что, пользуясь ограниченным, хотя по тому времени исчерпывающе полным, набором химических «ключей», он не смог отпереть еще одной плотно запертой двери. Однако он не прекращал стучаться…