Номер 7, страница 35 - гдз по химии 10 класс учебник Габриелян, Остроумов

Превращение каучука в резину: история одного открытия

История превращения натурального каучука в прочную и эластичную резину — это история настойчивости, случайности и научного прорыва, которая изменила мир. В центре этой истории стоит американский изобретатель Чарльз Гудьир (Charles Goodyear), чье открытие стало одним из ключевых для Промышленной революции.

Проблема натурального каучука

Натуральный каучук, получаемый из млечного сока дерева гевеи, был известен европейцам с XVI века, но его практическое применение было сильно ограничено. Главным недостатком материала являлась его крайняя чувствительность к температуре: в жаркую погоду он становился липким и мягким, теряя форму, а на холоде — твердел и становился хрупким, как стекло. Эти свойства делали изделия из сырого каучука, такие как непромокаемая обувь или одежда, практически бесполезными в реальных условиях. Многие изобретатели XIX века безуспешно пытались «вылечить» каучук, чтобы сделать его стабильным.

Настойчивость и случайное открытие Чарльза Гудьира

Чарльз Гудьир был одним из тех, кто был буквально одержим идеей сделать каучук полезным материалом. Он потратил годы жизни и все свои сбережения на бесконечные эксперименты, смешивая каучук с различными веществами: солью, перцем, магнезией, оксидом свинца и даже азотной кислотой. Его опыты часто заканчивались провалом, он несколько раз оказывался в долговой тюрьме из-за финансовых трудностей, но не прекращал своих поисков.

Решающий прорыв произошел в 1839 году и вошел в историю как классический пример случайного открытия. Согласно самой распространенной версии, Гудьир случайно уронил на раскаленную печь образец каучука, смешанного с серой. Вместо того чтобы полностью расплавиться, как обычно происходило с каучуком, смесь обуглилась, как кожа. Однако по краям, где нагрев был не таким сильным, образовалась эластичная, прочная и сухая кромка. Гудьир понял, что именно сочетание серы и высокой температуры придало каучуку новые, удивительные свойства. Этот процесс он позже назвал вулканизацией в честь Вулкана, древнеримского бога огня и кузнечного дела.

Химическая суть вулканизации

С научной точки зрения, натуральный каучук представляет собой полимер, состоящий из очень длинных, гибких и не связанных друг с другом цепочек молекул изопрена (формула мономера — $C_5H_8$). Эти цепи могут свободно скользить одна относительно другой, что и объясняет пластичность и липкость сырого каучука.

В процессе вулканизации при нагревании каучука с серой ($S$) атомы серы вступают в химическую реакцию с полимерными цепями. Они образуют прочные поперечные связи («мостики») между этими цепями, сшивая их в единую трехмерную сетчатую структуру. Эта структура не позволяет молекулам свободно смещаться, что делает материал прочным и упругим. При этом сохраняется гибкость, так как участки цепей между «мостиками» могут растягиваться и сжиматься. В результате получается резина — материал, который обладает высокой эластичностью, прочностью, износостойкостью и устойчивостью к температурным колебаниям.

Значение открытия

В 1844 году Чарльз Гудьир получил патент США на свой метод. Открытие вулканизации произвело настоящую революцию в промышленности. Резина стала незаменимым материалом для производства тысяч изделий: от автомобильных и велосипедных шин, которые сделали возможным современный транспорт, до приводных ремней, шлангов, уплотнителей, обувных подошв и медицинских перчаток. Без этого открытия невозможно представить развитие транспорта, машиностроения и многих других сфер современной жизни.

Несмотря на гениальность и важность своего изобретения, Чарльз Гудьир не смог извлечь из него коммерческую выгоду из-за многочисленных судебных тяжб по поводу патентов. Он умер в бедности в 1860 году. Однако его имя было увековечено в названии компании Goodyear Tire & Rubber Company, основанной в 1898 году, которая стала одним из крупнейших производителей шин и резиновых изделий в мире.

Ответ: История превращения каучука в резину — это история открытия процесса вулканизации, сделанного американским изобретателем Чарльзом Гудьиром в 1839 году. Путем случайного нагревания смеси каучука и серы он обнаружил, что этот процесс придает материалу прочность, эластичность и устойчивость к перепадам температур, решая главные недостатки натурального каучука. Химически вулканизация заключается в образовании поперечных серных «мостиков» между длинными полимерными цепями каучука, что создает прочную трехмерную сетку. Это открытие имело огромное значение для промышленности, сделав возможным массовое производство шин, ремней, шлангов и множества других изделий, без которых немыслим современный мир.