А теперь давайте мысленно немного раздвинем стенки коробки. Это похоже на нагревание вещества, при котором оно расширяется. Если мы теперь потрясём коробку, то прежний идеальный порядок нарушится. Карандаши начнут скользить туда-сюда и вдобавок вращаться вокруг собственной оси. То же и с монетами, столбики которых мгновенно рассыплются. Они заполнят свободный объём коробки и будут течь, повинуясь нашим движениям, то есть будут вести себя подобно жидкости. Но при этом они сохранят и определенный порядок: карандаши лягут строго в одном направлении, а монеты переместятся строго в своей плоскости. Наш мысленный эксперимент весьма точно отражает то, что происходит в настоящих жидких кристаллах.
Чем же они так интересны? Дело в том, что взаимное расположение молекул этих веществ в пространстве сильно зависит от внешних условий, например от температуры. В свою очередь, от «упаковки» этих молекул зависит цвет вещества. Зависимость эта настолько сильная, что позволяет на глаз определить изменение температуры на десятые доли градуса. Где это можно использовать? Правильно, в термометрах. В 1963 году американец Дж. Фергюсон получил патент на обнаружение тепловых полей с помощью жидких кристаллов.
Но у жидких кристаллов есть и более важное и широкое применение. Оказалось, что цвет тонкой плёнки жидкого кристалла можно изменять при помощи электрического поля. Именно так на дисплеях наших мобильных телефонов и компьютеров, на плоских экранах телевизоров и табло в аэропортах, на панелях микроволновых печей и холодильников появляются цифры, буквы и картинки. А в 1968 году в США впервые был продемонстрирован принципиально новый индикатор: к разным частям тонкой жидкокристаллической плёнки прикладывали электрическое поле, и на ней возникало изображение букв, цифр, геометрических фигур, образованное прозрачными и непрозрачными участками плёнки.
Сегодня мы живём в окружении жидких кристаллов, сами того не замечая. А химики без устали синтезируют всё новые жидкие кристаллы, чтобы цвета были более насыщенными, а сами дисплеи служили дольше. Говорят, что каждое пятое новое органическое вещество, синтезированное химиками, обладает свойствами жидких кристаллов.
Полимеры, пластмассы, волокна, красители, лекарства, поверхностно-активные вещества, жидкие кристаллы... Из чего химики делают всё это? Понятно, что из веществ, но каких? Откуда их берут? Вот об этом мы сейчас и поговорим.
Нефть подешевела? Кошмар! Нефть подорожала? Ужас! Почему люди так живо реагируют на цены на нефть и следят за ними каждый день, как за прогнозом погоды? Вот и папа с дедушкой частенько говорят о нефтяной игле. А дело в том, что наша с вами комфортная и удобная жизнь и всё вокруг буквально пропитаны нефтью, точнее, веществами, из нее полученными.
Судите сами. Бензин и дизельное топливо, которыми мы кормим автомобили, — из нефти. Авиационный бензин и керосин — оттуда же. Мазут, который мы сжигаем в топках тепловых электростанций, чтобы получать электричество, — тоже из нефти. Так что без нефти ни свет зажечь, ни в машине прокатиться, ни на самолете полетать. Но не только это. Нефть для химиков — это источник вдохновения и веществ, которые они используют для синтеза того, чего не существует в природе, но без чего мы уже не можем обойтись.
Нефть — это царский подарок природы человечеству. Конечно, об этом земном богатстве нам следовало бы поговорить в самом начале книги, где мы инспектировали земные кладовые. Но мы специально оставили нефть на «десерт». Ведь благодаря этому «чёрному золоту» химики создают рукотворный мир, существующий одновременно с миром природы.
Вы когда-нибудь видели настоящую нефть? Держали в руках? Наверняка нет. Впрочем, выглядит она не так уж и привлекательно — тёмно-коричневая, почти чёрная жидкость, которая к тому же и резковато пахнет. Но она заключает в себе настоящее химическое богатство — почти тысячу самых разных веществ. Большинство из них, около 90%, это так называемые углеводороды. Из названия уже понятно, что молекулы этих веществ состоят из атомов углерода и водорода. Есть совсем маленькие, лёгкие молекулы, содержащие четыре-шесть атомов углерода и десять-четырнадцать атомов водорода. А есть большие, тяжелые, где атомов углерода больше двадцати, а счёт атомов водорода идёт на десятки. И все эти углеводороды — настоящий хлеб для химиков, то самое сырьё, из которого можно творить новый мир.