橡皮筋的奥秘

橡皮筋的奥秘

橡皮筋被拉长以后，你一松开手，它又能恢复原状，这就是弹性。那么，橡胶为什么有弹性，而棉线为什么就没有弹性呢？我们不妨拿在操场上手拉手排成队的小朋友作一个比喻。

老师先让小朋友们手拉手排成一行长队，并向他们提出：“绝对不能松开拉着的手。”可是隔不多久，你再观察一下队形，原来的直线队形就变得弯弯曲曲了。

原来，小朋友们本来就不喜欢一动不动地站在那里，这样会引起情绪上的不稳定，总要求向自由度大的方向移动，但是老师又不让松开彼此拉着的手，于是，最后只能形成弯弯曲曲的自然状态下的队形。

橡胶从微观结构来看好比小朋友们所列的队形一样。橡胶是由一种叫做异戊二烯的化合物聚合而成的，是一条条很长很长的链，但各条的长度都不一致。

在自然状态下，这一条条很长的链是卷曲的，当用力拉时，卷曲着的链被拉开了。那么，当拉力取消时，橡胶为什么又会恢复原状呢？原来，将橡胶的长链拉伸时会减小每个原子的自由度，使原子处在不稳定的状态。因为要求恢复原来的自由状态是物质的本性，于是，在拉伸力消除以后，拉直了的橡胶长链又会恢复原状，成了卷曲程度比较高的状态。

现在你应该明白了，一种具有弹性的物质（如橡胶）应该具备两个条件：第一，它应该是形状和一根线类似的卷曲程度比较高的长链；第二，在外力拉伸下，长链的卷曲程度比未拉伸之前要低，但拉伸力取消后，它又会恢复原状。

天然橡胶是探险家哥伦布在1493年的第二次航海时发现的。他到达美洲海地时，见到当地土人正在用橡胶球做游戏。这种掉在地上又能弹回来的球，用力压下去能被压成类似橄榄球的椭圆形，压力放松后又能恢复原状，变成圆形的球。哥伦布惊奇地把橡胶球比作是一个放荡的“浪子”，在外界条件改变下，“浪子”开始放荡，当外界条件又变回到原来样子，“浪子”又回头了。

从哥伦布发现橡胶以后，科学家们一直在研究如何很好地利用这位“浪子”的性质中的有益的一方面，即利用它的弹性为人类服务。但是，他们发现天然橡胶虽然具有弹性，但是弹性不够好。

1839年，美国工程师古德意开始研究如何改善橡胶的弹性。当时，全世界的炼钢工业已经相当发达，铁被炼成钢以后，性质之所以能够得到很大的改善，原因是在将铁炼成钢的过程中要往铁水中添加一些其他的化学元素，并降低其中碳的含量，使铁的结构有了变化，性能才得到了改善。

受到炼钢的启发，古德意开始往天然橡胶中添加其他物质的试验，古德意找来了很多物质，把它们分别添加到橡胶中进行研究。

有一次，古德意把硫磺加到正在被加热的橡胶中，顿时发生了剧烈的化学反应，并冒出浓烟和放出大量令人窒息的臭气，古德意不得不把实验停了下来，并把发臭的橡胶扔进了垃圾箱。

过了一天，当古德意在加热炉的边上清扫时，偶然发现了一块弹性很好的橡胶，他立刻意识到，昨天的实验已经获得成功，被自己扔进垃圾箱的橡胶并不是废物，而是弹性很好的产品。

原来，天然橡胶在加热时加进硫磺以后，发生了化学反应，改变了天然橡胶的微观结构，硫原子（S）把链状的天然橡胶交联在一起，形成了具有三维网状结构的硫化橡胶，它是一种伸缩自由、具有优异弹性的立体网状结构。

现在，工业和民用的橡胶制品绝大多数是用硫化橡胶做原料制成的，它的优良性能使它能满足飞机、汽车、自行车等所用轮胎的要求，即弹性好、强度高、耐磨、耐穿刺、耐老化，而且在行驶过程中轮胎与地面摩擦时产生的热量少，保证了行车安全。除此之外，硫化橡胶制品还包括胶管、胶带、雨衣、雨鞋、胶鞋等等，为发展工农业、交通运输业、国防建设和民用产品做出了很大的贡献。