Итак, вчера я спросил: «Почему раньше пластиковые пакеты были тонкие, хлипкие и рвались от любого острого угла, а сейчас они выдерживают килограммы покупок, эластичные и прочные?». Но ведь и тогда, и сейчас пакеты – из полиэтилена. Казалось бы, в основе всё та же молекула. Что поменялось?

Чтобы это понять, надо знать, как устроен полиэтилен. Раз слово начинается с «поли» (от греческого πολύς, многочисленный), значит, в молекуле несколько идентичных кусочков. Чаще всего это будут полимеры – вещества с очень длинными молекулами, которые содержат много повторяющихся звеньев (мономеров). У полиэтилена мономером будет просто этилен (H₂C=CH₂) – два атома углерода, связанные двойной связью. Если взять и превратить такую двойную связь в одинарную, «разорвав» одну из связей, получится фрагмент –CH₂–CH₂–. В нем с обеих сторон оказались болтающиеся связи, не соединенные ни с каким атомом. Такие штуки очень нестабильны и с радостью прореагируют с чем-нибудь. Например, с другой молекулой этилена. Тогда получится уже более длинная цепочка углеродов: –CH₂–CH₂–CH₂–CH₂–. Два атома – от одной молекулы этилена, два – от другой и опять болтающиеся связи на концах. Дальше собирая молекулы этилена, цепочка становится все длиней, пока к этим концам не присоединиться что-то еще, что остановит рост цепи. К этому моменту в цепочке уже могут быть десятки тысяч атомов, поэтому целиком ее формулу никто не рисует, а просто пишут (–CH₂–CH₂–)ₙ, где n подразумевает многократное повторение мономерного фрагмента.

В начале прошлого века химики придумали, как превратить этилен в полиэтилен – то есть полимеризовать его – в условиях высокого давления (больше тысячи атмосфер) и температуры (выше 200 градусов). Такой пластик называют полиэтиленом высокого давления или низкой плотности (LDPE, low-density polyethylene). Под сильным давлением и при высокой температуре полимерные цепи растут не только «в длину», но в «в ширину», образуя боковые ответвления, из-за чего они становятся довольно «мохнатыми». А еще – разной длины. Когда такие цепи оказываются рядом, они не могут плотно прижаться друг у другу, как шпроты в банке (отсюда и «полиэтилен низкой плотности»), потому что у них у всех немного разная форма. Можно еще сказать, что у такого полимера будет низкая кристалличность, ведь кристаллы – это миллионы идентичных молекул, лежащих рядышком в одинаковых позах. Какие-то упорядоченные кристаллические зоны в нем будут, но между ними будут большие аморфные области, где полимерные цепи лежат как попало. Кристаллические области придают прочность и жесткость, а аморфные – мягкость и деформируемость. Поэтому полиэтилен низкой плотности, в котором из-за «неправильной» формы молекул много аморфных областей, гибкий, мягкий, но механически очень непрочный. Собственно говоря, в начале двадцатого века пакетов из него не делали, а использовали этот новый и достаточно дорогой материал для изоляции кабелей.