第8章 與化學家相約(8)(2 / 3)

加之第一次世界大戰的爆發,他的健康每況愈下。1919年7月15日,這位德國有機化學大師的心髒停止了跳動,享年67歲。

高分子化學奠基人施陶丁格

施陶丁格是德國有機化學家和高分子化學的奠基人。他自幼愛好哲學和自然科學,特別是植物學,酷愛化學實驗。1903年,他獲得化學博士學位。1912年,他在瑞士蘇黎世聯邦高等工業學校任教,講授有機化學。1926年任德國弗萊堡大學教授,1940年任該大學高分子化學研究所所長。

施陶丁格首先提出高分子化合物概念,預言了高分子化合物與人體的重要關係。他提出了高分子化合物粘度跟高分子化合物相對分子質量之間的關係式,即施陶丁格方程,迄今仍為測定高分子化合物相對分子質量的基本方法。他首創的高分子理論直到今天仍然是合成高分子工業的理論基礎。他是縮聚反應的發現者,是第一個合成能與天然橡膠媲美的人工合成橡膠。一生發表關於有機化學高分子方麵的論文600多篇,出版了劃時代的著作《高分子有機化合物》。他還是《高分子化學》雜誌的創辦人。由於他在高分子領域中的卓越貢獻,曾獲1953年諾貝爾化學獎。

棉、麻、絲、木材、澱粉都是天然高分子化合物,從某種意義上講,人體本身也是一個複雜的高分子體係。在過去漫長的歲月裏,人們雖然天天與天然高分子打交道,但是對它們的本性卻一無所知。現在我們知道什麼是高分子,並建立了許多大規模的高分子合成工業,生產出五光十色的塑料、精美耐用的合成纖維、性能優異的合成橡膠,可以毫不誇張地說,人類今天的衣、食、住、行、家用電器、建材、電子、化工、冶金、農業、交通、國防,小到一顆螺絲釘,大到航天飛行器,沒有哪一樣能離開合成高分子。我們身上穿的是聚酯襯衫、腳下踩的是聚丙烯地毯,用的是聚酯軟盤……合成高分子材料已與金屬材料、無機非金屬材料構成材料世界的三分天下局麵。人們生活在高聚物時代,享受著高聚物時代的物質文明,我們不能不緬懷高分子化學的奠基人德國化學家施陶丁格。

高分子是由許多結構相同的單體聚合而成的,相對分子質量往往是幾萬到數十萬甚至百萬。

結構、形狀也很特別,如果把普通分子看成珍珠,那麼高分子由單體彼此連接成的長鏈就是項鏈。有些高分子長鏈之間又有支鏈相結而成網狀。由於大分子與大分子間存在引力,這些長鏈不但各自卷曲而且相互纏繞,形成了既有一定強度,又有不同程度彈性的良好可塑性固體。正是這種內在結構,使它具有包括電絕緣與導電性在內的許多特性,成為新型的優質材料。人們對它們的組成、結構的認識和合成方法的掌握經曆了一個實踐——認識——再實踐的曲折過程。

1812年,化學家用酸水解木屑、樹皮、澱粉等植物的實驗中得到了葡萄糖,證明澱粉、纖維素都由葡萄糖組成。1826年,法拉第通過元素分析發現橡膠的單體分子式為C5H8。後來人們測出C5H8的結構是異戊二烯,人們逐步了解了構成天然高分子化合物的單體。

1839年,有個名叫德意爾的美國人,偶然發現天然橡膠與硫磺共熱後明顯地改變了性能,使它從硬度較低變為富有彈性的材料。這一發現的推廣應用促進了天然橡膠工業的建立。天然橡膠這一處理方法,在化學上叫做高分子的化學改性,在工業上叫天然橡膠的硫化處理。

進一步試驗,化學家們將纖維素進行化學改性獲得了第一種人造塑料——賽璐珞和人造絲。

1889年,法國建成了最早的人造絲工廠,1990年,英國建成了以木漿為原料的粘膠纖維工廠。天然高分子的化學改性,大大開闊了人們的視野。1907年,美國化學家在研究苯酚和甲醛的反應中製得了最早的合成塑料——酚醛樹脂,俗名電木。1909年,德國化學家以熱引發聚合異戊烯獲得成功。在這一實驗啟發下,德國化學家采用與異戊二烯結構相近的2,3-二甲丁二烯為原料,在金屬鈉的催化下,合成了甲基橡膠,開創了合成橡膠的工業生產。

上述對高分子化合物的單體分析、天然高分子的化學改性的實踐和合成塑料、合成橡膠方麵的探索,使人們深切地感受到必須弄清高分子化合物的組成、結構及合成方法。對於這個基礎理論問題人們所知甚少,這一理論發展得緩慢與高分子本身的複雜性有關。化學家一直搞不清它們的相對分子質量究竟是多少,它為什麼難於透過半透膜而有點橡膠體?它為什麼沒有固定的熔點和沸點,不易形成結晶?這些獨特的性質以當時的化學觀來看是很難理解的。