Математика для химии
К 100-летию со дня рождения выдающегося американского физикохимика Пола Джона Флори.
В 1974 году Пол Джон Флори был удостоен Нобелевской премии по химии «за фундаментальные теоретические и практические достижения в области физической химии макромолекул». В нобелевской лекции ученый полушутя заметил, что нитроцеллюлоза – основа динамита – тоже является полимером, так что его исследования в определенном смысле продолжают дело великого мецената.
Судьба Пола Джона Флори – воплощение «американской мечты». Родился в маленьком провинциальном городке Стерлинге в Иллинойсе, в скромной учительской семье (отец преподавал Священное Писание в воскресной школе, а мать учила местных детишек более «земной» географии), окончил рядовой по американским меркам университет, устроился в перспективную, но молодую и малоизвестную на тот момент компанию. Но и вузы, и фирмы, где он преподавал и работал, вскоре превращались в мировые центры химической науки и производства, а сам ученый при жизни стал одним из наиболее авторитетных химиков XX века.
Нет, нельзя сказать, что Пол Флори полностью «сделал себя сам»: у него был отличный учитель – Уоллес Карозерс. Сегодня имя этого талантливого химика-органика незаслуженно забыто широкой общественностью – в отличие от его изобретений, которые в наши дни известны даже далекому от химии человеку. Вступив в 1928 году в должность главного химика компании DuPont, Карозерс менее чем за десять лет синтезировал и запустил в промышленное производство три вещества, перевернувшие мир: неопрен – водонепроницаемый синтетический каучук для водолазных костюмов, синтетический мускус для парфюмерии и первое полиамидное волокно, запатентованное в 1937 году под торговой маркой «нейлон». Нейлоновые чулки, поступившие в продажу в 1939 году, на последующие десять лет стали хитом продаж, но триумфа своего детища Карозерс не увидел: буквально сразу после синтеза чудо-волокна сорокалетний ученый покончил с собой. Возможно, причиной затяжной депрессии Карозерса стало ощущение все большей коммерциализации химии, гонки за материалами-«бестселлерами», в то время как главный химик DuPont мечтал создать центр для проведения фундаментальных исследований в области синтеза полимеров…
Во всяком случае, он сразу заметил молодого сотрудника – двадцатичетырехлетнего Пола Флори, пришедшего в компанию после получения докторской степени в Университете Огайо. Карозерсу очень импонировала эволюция научных взглядов Флори: начав как «чистый» органик, тот вскоре разочаровался в сугубо прикладных синтезах и неожиданно занялся наиболее «точной» областью химической науки – физической химией. Карозерс вернул молодого коллегу к его первому увлечению – химии полимеров, и при этом дал ему то, чего тот в свое время не смог в ней найти: Флори было поручено «сделать математику» для химии – разработать количественную теорию полимеризации, без которой (это Карозерс понимал абсолютно точно) нельзя было вести речи о направленном и прогнозируемом синтезе новых соединений.
Флори с благодарностью принял предложение. Созданная им статистическая механика полимеров стала фундаментом всех последующих прикладных разработок. Основы новой теории были заложены в DuPont. Здесь, в частности, ученый доказал, что активная концевая группа растущей полимерной цепи реагирует с новой молекулой практически с той же скоростью, что и аналогичная группа молекулы-«одиночки», то есть скорость полимеризации не зависит от размера молекулы. К тому же периоду относится и открытие явления переноса активной концевой группы с одной молекулы на другую. Однако в целостную «картинку» эти открытия улеглись позже. Важным обобщением стало введение для полимеров понятия «идеального раствора» – так Флори назвал состояние, в котором поведение макромолекул описывалось простыми соотношениями, напоминающими уравнения для идеального газа. Выяснилось, что в такое идеальное состояние раствор полимера приходит в результате понижения температуры ниже определенного значения (ученый назвал его тета-точкой), причем для каждого вида макромолекул оно столь специфично, что позволяет даже идентифицировать исследуемое соединение.
Уйдя из DuPont, Пол Флори неоднократно менял место работы: в 1938-м устроился в лабораторию Университета Цинциннати, через два года занялся процессами нефтепереработки в Standard Oil Development Company, спустя еще три перешел в Goodyear – компанию, производящую резину. И везде воплощал мечту своего учителя – превращал сугубо производственные лаборатории в центры фундаментальных исследований. Именно в таких, казалось бы, далеких от чистой науки лабораториях одна за одной появлялись на свет стройные теории: полимеров с несколькими активными группами, гелей, смесей макромолекул… Нобелевская премия лишь подтвердила значимость этих открытий.
А еще Флори и Нобеля роднило искреннее, порой по-детски наивное желание помочь людям. Когда Андрей Сахаров с женой Еленой Боннэр находились в горьковской ссылке и не имели возможности выехать из страны на лечение, американские активисты борьбы за права человека устраивали демонстрации в поддержку диссидентов, а Флори вместо этого просто обратился к советскому правительству с предложением… «обменять» Елену Боннэр на него, чтобы женщина могла поехать на операцию.
