诺贝尔化学奖中的憾事

1949年，在联邦德国的马克斯·普朗克学会（简称“马普学会”），著名的化学家齐格勒（1898～1973）与他的助手正在实验室工作。他们正在进行催化剂的研究，这种催化剂的名称是三乙基铝。他们借助三氢化铝与乙烯生成三乙基铝，促成反应的温度条件是在60～80摄氏度。

在实验开始后，齐格勒的助手并未注意到对反应温度的控制。当助手看温度计时，温度已经上升到100摄氏度了。助手也慌了神儿了。看着温度计显示的温度还在上升，助手表现的只是束手无策。

按说，只要把通入乙烯的开关关闭就行了。由于反应器中的三氢化铝和乙烯是按比例混合的，如果三氢化铝已经消耗光，反应就会自动中止。若继续通入乙烯，反应器内的气体压强就会增大，可能还会引起爆炸。虽然情况有些危险，齐格勒还是很镇定；而且仔细观察之后，齐格勒发现，虽然乙烯继续通入反应器中，但反应器内的压强并未升高，似乎也没有爆炸的危险。

这个意外虽是偶然发生的，齐格勒的思考却在继续。他重新进行实验很多次，终于在1953年，齐格勒发表了一篇重要的文章。他认为，用三乙基铝-四氯化钛作催化剂，可使乙烯在低温和低压下进行聚合，并获得一种短链的聚乙烯。

关于聚乙烯的工艺，这曾是著名的德国帝国化学公司的专利。这家公司生产聚乙烯是借助高温和高压的方法。具体来说，先把纯净的乙烯气体通入管壁很厚的无缝钢管中。这种无缝钢管是用不锈钢制作的。乙烯气体要经受（2500～2800）×105帕斯卡的高压，温度也达300～330摄氏度；再用氧气使乙烯与乙烯连接成长链分子。这就形成了聚乙烯高分子材料。

帝国化学公司生产聚乙烯的高压设备是非常昂贵的，还要消耗大量的能量，所生产出的聚乙烯长链分子的排列并不整齐。测量的数据表明，一个聚乙烯长链分子的主干架上，就平均来说，约每100个碳原子就会伸出两个支链。这些支链约有4个碳原子。这样的结构对聚乙烯的性能是有所影响的。

如果采用齐格勒发明的催化剂，比起帝国化学公司的设备，生产聚乙烯的温度和压强都低得多，消耗的能量也少得多。这样生产的聚乙烯就被称为低压聚乙烯，它的长链分子较为整齐，差不多每1000个碳原子只伸出5个支链，每个支链只有1～2个碳原子。此外，低压聚乙烯的性能得到很大的改善。如高压聚乙烯的密度为0.91～0.95克/厘米3，结晶度仅为50%，熔点约110摄氏度。而低压聚乙烯的密度则提升到0.94～0.96克/厘米3，结晶度可达70%以上，熔点也提高到130摄氏度以上，特别是抗拉强度提高了3～ 4倍。

由于生产聚乙烯的催化剂研制得很成功，齐格勒的成果还转让给意大利的一家公司。这家公司有一位高级技术顾问，名叫纳塔（1903～1979）。他是米兰聚合物技术学院的教授。纳塔仔细地研究了齐格勒的催化剂，在1954年发表了对催化剂进行改进的论文。他还成为获取有应用价值的聚丙烯材料的研究专家。

所谓的乙烯和丙烯，在天然气和石油中含量很高，后来乙烯被开发出生产聚乙烯的工艺，但是对于丙烯的聚合则未能成功。不过，人们一直在寻找聚合丙烯的方法。当时能得到的丙烯聚合物只是一种黏稠物，尚不能形成固体的材料，纳塔的研究表明，这是由于黏稠物中分子的排列并不整齐。如果能提高高分子排列的规整性，这才能得到聚丙烯。

借助分子结构的知识，人们对丙烯聚合物进行了分析。通常，聚合物的结构有3种形式。如果将分子的主干架放在一个平面上，甲基（-CH3）都处在平面的一侧，这种结构被称为全同立构。如果这些甲基一个在一侧、一个在另一侧，它们交替排列，这种结构被称为间同立构。如果甲基排列是完全无序或无规则的，则被称为无规立构。

对于丙烯来说，如果呈现的是黏稠状，则说明它是无规立构的状态。只有使分子排列成全同立构，在常温下聚丙烯才是固体的，并可以纺成丝，制成纤维或别的制品。正是这种分子结构的知识才使科研人员了解到材料（宏观上）的性能与（微观上）结构是相关的，科学家必须仔细设计材料的分子结构，以得到理想性质的材料。

正是这种观点，它启发纳塔去寻找实现具有全同立构或间同立构的聚丙烯的途径。为此，纳塔提出新的理论，以说明他如何改进齐格勒催化剂的理论，进而说明催化剂如何形成全同立构或间同立构的聚丙烯。后来，人们按照齐格勒-纳塔的理论，不仅合成了丙烯的聚合物，而且在合成其他的聚合物也发挥了指导的作用，如乙丙橡胶和异戊二烯橡胶等。

合成聚乙烯的成功，使聚乙烯成为人们应用于生产和生活中的重要材料。聚乙烯在塑料中的密度最小，可在120摄氏度的温度下长期使用。它无毒、无臭，耐（折叠）疲劳，成纤维的性能也很好。这些优良的性能使聚乙烯具有广泛的用途，如包装、绳索、纤维、食品容器，等等。

由于齐格勒和纳塔在聚合理论上的创新，他们一起荣获了1963年度的诺贝尔化学奖。不过，令人遗憾的是，二人都没有出席颁奖的仪式。纳塔是重病缠身，无法到达颁奖现场；而齐格勒认为，纳塔窃取了他的成果，他不想与纳塔一起出席这样的仪式。而且，直到他们先后去世，他们也一直未曾谋面。不过，他们的理论创新则表明，要重视物质的微观研究，借此来说明材料在宏观上的性能展示，为此提出“分子设计”的观点，希望能制备出性能更好的材料。