Дмитрий Иванович
Менделеев
1834-1907гг.
Отец Д.И. Менделеева Иван Павлович Менделеев родился в селе Тихомандрицы Вышневолоцкого уезда Тверской губернии в 1783 г. Его отец (дед Дмитрия Ивановича) Павел Максимович Соколов имел четырех сыновей: Василия Покровского, Ивана Менделеева, Тимофея Соколова и Александра Тихомандрицкого. Все они имели различные фамилии, которые им давали в духовном училище учителя. В автобиографии Д. И. Менделеев впоследствии писал: «Фамилия Менделеев дана отцу, когда он что-то выменял, как соседний помещик менял лошадей. Учитель по созвучию «мену делать» вписал и отца под фамилией Менделеев ».
Менделеев родился в 1834 г. Он был последним ребенком в семье. В год его рождения отец ослеп, ему было 51 год, матери 41 год. Пришлось ехать в Москву, где врачи сделали операцию, сняли катаракту. Операция прошла удачно, но, возвратившись в Тобольск, он узнал, что на место директора Тобольской гимназии назначен другой. Ивану Павловичу пришлось уйти на пенсию.
Митя был любимцем матери. Его отличали впечатлительность, рано проявившаяся хорошая память и способность к счету. Он выходил победителем в играх, где требовалась смекалка, но больше всего любил играть в учителя, причем в роли учителя он обычно предпочитал оставаться долго и в течение всей игры строго наказывал «учеников».
Осенью 1841 года оба брата Павел и Митя поступили в Тобольскую гимназию, причем Дмитрий поступил в гимназию на два года раньше положенного с условием, что он будет оставаться в первом классе 2 года, пока ему не исполнится восемь лет.
В гимназии Д.И. Менделеев учился сначала посредственно. В сохранившихся в его архиве четвертых ведомостях много удовлетворительных оценок, причем их больше в младших и средних классах. В старших классах Менделеев заинтересовался физико-математическими науками, а также историей и географией, интересовало его и строение Вселенной. В выпускном аттестате было только две удовлетворительные оценки: по закону Божьему (предмет, который он не любил) и по русской словесности. В последние годы учебы в Тобольской гимназии Дмитрий подружился с учителем русской литературы и словесности Петром Павловичем Ершовым. Менделеев и Ершов искренне любили свою профессию, неоднократно вносили различные усовершенствования в учебный процесс, писали записки в министерство, впрочем, оставшиеся без внимания.
Незабываемыми были также встречи и беседы с декабристами, близкими семье Менделеевых. Влиянием декабристов можно объяснить начало формирования свойственной Менделееву подлинной интеллигентности, возвышенно-благородного отношения к жизни.
После смерти мужа случился пожар, уничтоживший стекольный завод. Тогда Мария Дмитриевна решила увезти Дмитрия из Сибири и определить в высшее учебное заведение.
Когда стремление поступить в Московский университет не увенчалось успехом (выпускникам Тобольской гимназии полагалось поступать в Казанский университет). Тогда Менделеев подает документы в Петербургскую Медико-хирургическую академию, однако первого же испытания – присутствия в анатомическом театре – он не выдержал. От медицинской карьеры пришлось отказаться. Мать подсказала другой путь – стать учителем. Но в Главный педагогический институт набор производился через год, и как раз в 1850 г. приема не было. К счастью, повлияло ходатайство одного из друзей отца, преподававшего там математику. Менделеев дал расписку отработать учителем после окончания института на восемь лет и был зачислен в институт на казенное обеспечение.
Для шестнадцатилетнего юноши началась новая жизнь, полная впечатлений и новых испытаний. Сначала слегла мать. Ей становилось все хуже и хуже. 15 сентября 1850г. она пишет сыну последнее письмо-завещание. Зимой, в феврале 1851г., умирает дядя, Василий Дмитриевич, материально поддерживавший Дмитрия и его сестру Лизу. А через год, весной 1852г., умирает от чахотки Лиза в возрасте 25 лет. В Петербурге у Дмитрия не остается ни кого, кроме старшей сестры Ольги, с которой он встречался редко.
Сырой петербургский климат подвергает испытаниям здоровье самого Менделеева, которое было не крепким. В семье, очевидно, была туберкулезная интоксикация, так как отец и две сестры умерли от туберкулеза. Дмитрий подолгу лежит в институтском изоляторе, много читает, стремясь не отстать от курса.
Однако жажда жизни и все усиливающаяся любовь к занятиям побеждает болезнь. Если на первом году обучения успехи его были посредственны, то в 1855 г. Д.М. Менделеев блестяще окончил институт с золотой медалью. Ему было присвоено звание старшего учителя.
Для раскрытия и развития его способностей были благоприятны условия обучения в Главном педагогическом институте. Здесь преподавали лучшие профессора того времени, те же, что в университете.
Группы, в которых профессора читали лекции и руководили практическими занятиями, были небольшими 5-1 человек. Тем, кто добросовестно занимался в течение года, не приходилось даже готовиться перед экзаменами.
Дмитрий Иванович уже на втором курсе увлекся занятиями в лабораториях, интересными лекциями. Несмотря на то, что он часто болел, и ему приходилось иногда готовиться к экзаменам, находясь в лазарете, его знания и любовь к науке восхищали и сокурсников и профессоров. Он получил прекрасную математическую подготовку у знаменитого академика М.В. Остроградского, а занятиями по физике руководил всемирно известный ученый – академик Э.Х. Ленц, который сформулировал носящее его имя правило для определения направления индукционного тока и который независимо от Дж. П. Джоуля открыл закон теплового действия тока. С достижениями биологии познакомил Менделеева на лекциях и практических занятиях академик Ф.Ф. Брандт. Под его руководством Д.М. Менделеев выполнил серьезные исследования: «Человек как тело природы», «О грызунах Петербургской губернии». Эти ранние исследования были связаны с проблемами систематизации и классификации, которые в середине ХIХ в. именно в биологии решались наиболее успешно.
Товарищей Д.И. Менделеева по институту поражало также его «пристрастие к чистой математике» и глубокий интерес к физике и биологии. Несмотря на очень строгий режим занятий, он успевал также посещать лекции на историко-филологическом факультете.
Однако больше всего Д.И. Менделеев работал в химических лабораториях под руководством профессора А.А. Воскресенского, который создал одну из первых научных химических школ в России.
Дипломное сочинение Д.И. Менделеева «Изоморфизм в связи с другими отношениями кристаллической формы к составу» было опубликовано в 1856 г. На выпускных экзаменах Д. И. Менделеев получил по педагогике, минералогии и химии «5», а по ботанике и зоологии «5+». В списке студентов, которых конференция института просила оставить еще на один год при институте для дальнейшего усовершенствования по избранным наукам и для подготовки к экзаменам на степень магистра, первой значилась фамилия Д. И. Менделеева. Однако состояние здоровья не позволило Д. И. Менделееву воспользоваться этим ходатайством. Он уехал работать в Симферопольскую гимназию с надеждой на то, что теплый южный климат поможет восстановить его силы и здоровье.
27 августа 1855 г. Д.И. Менделеев получил документ о назначении его старшим учителем и подорожную на право свободного следования в Симферополь. Заканчивалась Восточная война 1853-1856 гг. Менделеев поселился в небольшой каморке при гимназическом архиве. Учебные занятия ввиду военного положения были прекращены на неопределенный срок. Менделеев уже начал жалеть, что не остался в Петербурге.
Пользуясь перерывом в занятиях, он разыскал знаменитого хирурга Н.И. Пирогова, к которому у него было рекомендательное письмо от лейб-медика Н.Ф. Здекауэра. Петербургский врач находил у Менделеева туберкулез и писал, что, по его мнению, жить Менделееву осталось несколько месяцев. Н. И. Пирогов внимательно осмотрел молодого учителя и не согласился с мнением Здекауэра. Поняв пылкую творческую натуру Менделеева, он не советовал ему, как другие врачи, совершенно избегать трудной работы, а, наоборот, предложил ему не сковывать своего порыва, но разумно чередовать труд и отдых. Юноше, очарованному миром, увлеченному наукой и с детских лет привыкшему трудиться, именно такой совет и был нужен.
Окрыленный напутствием талантливого врача, не только утешившего его, но и предсказавшего ему долгую жизнь, Д.И. Менделеев просит у директора Симферопольской гимназии небольшой отпуск и 30 октября 1855 года выезжает в Одессу. Менделеев с самого начала был назначен туда, и только ошибка писаря в министерстве стала причиной его направления в Симферополь. Директор гимназии при Ришельевском лицее в Одессе принимает Менделеева на должность старшего учителя, и сам берется похлопотать у попечителя Одесского учебного округа и в министерстве об оформлении перевода по службе.
В Одессе военного положения не было. Д.И. Менделеев с головой уходит в работу. Он преподает сначала математику и физику, а со второго полугодия и биологию, кроме того, разрабатывает проект организации при гимназии кабинета естественных наук и приступает к его осуществлению. По вечерам он пишет магистерскую диссертацию «Удельные объемы» и готовится к магистерским экзаменам. Об обширности и глубине рождающихся у него в этот период замыслов, помимо диссертационных, говорит сохранившийся отрывок из записи в его рабочей тетради от 24 февраля 1856 г.
Как только в гимназии кончаются занятия, Д.И. Менделеев едет в Петербург, а мае – июне успешно сдает магистерские экзамены, летом завершает работу над диссертацией «Удельные объемы», а 9 сентября 1856 г. защищает ее. Несколько позже, 21 октября 1856 г., он читает пробную лекцию «Строение кремнеземистых соединений» и получает право читать лекции в университете. Приват-доцентом Петербургского университета Д.И. Менделеев был утвержден 9 января 1857 г. Это означало, что он, не имея твердого жалованья, получает в конце года за чтение лекций большую или меньшую сумму денег в зависимости от состояния университетской казны и добрых намерений начальства.
Полагаться исключительно на этот заработок не приходилось, и это вынуждает его много работать дополнительно.
Он преподает физическую географию во втором кадетском корпусе и становится научным обозревателем раздела «Новости естественных наук» в «Журнале Министерства народного просвещения». За два года Д.И. Менделеев опубликовал там свыше 70 статей.
Много времени у Менделеева отнимают частные уроки, на которые приходилось отправляться в разные концы города. В эти же годы (1857-1858) он исполняет обязанности секретаря физико-математического факультета университета.
Лето 1857 г. Менделеев проводит в Финляндии, в Икати-Гови, на даче у родителей своей невесты Сонечки Каш, в прошлом жителей Тобольска. Казалось, ничто не может омрачить радужных надежд молодого влюбленного человека, но вдруг все его планы рушатся буквально за один день. Сонечка еще очень молода и наивна; дома ей не давали читать ничего, кроме сказок. Она плачет и признается своей няне, что не хочет выходить замуж, чтобы не покидать папеньку и маменьку. Отказом невесты, возвратившей ему по настоянию родителей обручальное кольцо и подарки, Менделеев был потрясен до глубины души. И это не удивительно, так как он был искренне влюблен и вообще по натуре был человеком, который в вопросах устройства личной жизни всегда был чужд каких-либо ухищрений и холодных расчетов.
В апреле 1859 г. магистра химии Петербургского университета, талантливого молодого ученого Д.И. Менделеева направляют за границу «для усовершенствования в науках». Ему предоставляется право выбрать для проживания и работы город, который будет ему наиболее удобен. Посещая многие университетские города Европы, он знакомится с видными учеными, осматривает их лаборатории, закупает оборудование, необходимое ему для исследований. В течение месяца Менделеев находится в Париже. Париж произвел на него сильное впечатление, особенно парижские рабочие. Как в этот первый приезд, так и в последующие годы Менделеев заказывал многие необходимые ему приборы у известного парижского механика Саллероне.
Для выполнения намеченных исследований Д.И. Менделеев избирает немецкий город Гейдельберг, где он снимает небольшую квартиру, в одной из комнат которой он живет, а в другой оборудует свою домашнюю химическую лабораторию. В Гейдельберге тогда работали знаменитые ученые Р. Бунзен и Р. Кирхгоф со своими многочисленными учениками. Однако Д.И. Менделеев очень недолго работал в лаборатории Р. Бунзена, так как был уже сложившимся химиком и серьезно интересовался исследованиями в области физической химии, в частности капиллярных явлений. Одним из результатов его самостоятельных работ в этой области было открытие температуры абсолютного кипения, при которой жидкость теряет свойственные ей силы сцепления и мгновенно превращается в пар. Следствием этого открытия был вывод о том, что любой газ можно превратить в жидкость, но лишь при условии, что он охлажден ниже критической температуры.
Работал Д.И. Менделеев в своей лаборатории подолгу, рассчитывая каждый час своего времени, иногда до изнеможения, до полной потери сил. И тогда в его дневнике появлялись записи, говорящие о том, что ему кажется, будто он уже не сможет работать в избранном направлении дальше. Однако проходит несколько дней отдыха в поездке за приборами или реактивами, и Менделеев опять полон сил, от прежнего неверия в свои возможности не остается и следа. Так напряженно работал он всю жизнь, потому что считал, что без полной отдачи, может быть и сказывающейся иногда на состоянии здоровья, в науке многого не достичь.
Запомнились Менделееву на всю жизнь и немногие дни отдыха, проведенные с друзьями в поездках. Особенно интересны и полезны были для него поездки в Альпы и Италию, которые он совершал вместе с И.М. Сеченовым и А.П. Бородиным.
Русская, занимавшаяся наукой молодежь, обосновавшаяся в Гейдельберге, часто собиралась на квартире Д.И. Менделеева, чтобы почитать новинки русской литературы, «Колокол» А.И. Герцена, встретиться с прибывшими из России соотечественниками. Волнения и ожидания предреформенной России передавались и им, а сам состав их дружеского круга создавал обстановку энтузиазма, веры в возможности человека, неизмеримо возрастающие с развитием и распространением научных знаний.
В 1860 г. Д.И. Менделеев участвовал в Первом Международном съезде химиков, проходившем в немецком городе Карлсруэ. Д.И. Менделеев работал на съезде плодотворно, участвовал в подготовке его решений. После съезда развитие химии во многих направлениях пошло по новому пути.
Решающими для последующих работ Менделеева оказались представления, развитые итальянским ученым С. Канниццаро, которые привели к правильному пониманию различий в употреблении понятий «молекула» и «атом» в органической и неорганической химии, различий между понятиями «атомная масса» и «эквивалент», а также к разработке новых методов определения атомных масс, главным образом металлов. Д.И. Менделеев впоследствии вспоминал, что решающим моментом в развитии мысли о периодическом законе он считает 1860 г., съезд химиков в Карлсруэ, в котором он участвовал, и идеи, высказанные на этом съезде итальянским химиком С. Канниццаро. Его Д.И. Менделеев считал своим предшественником, так как установленные им атомные массы дали необходимую точку опоры.
Возвращение на родину было волнующим. Февральский Петербург встретил холодно. Нужно было искать жилье, работу. Вакансий не было никаких: зима, разгар учебных занятий.
Много значила для него поддержка профессора А.А. Воскресенского, который летом 1861 г. рекомендует Д.И. Менделеева на свое место на кафедре химии в Инженерной академии. Воскресенский, и в прежние годы отечески относившийся к Д.И. Менделееву, став в декабре 1861 г. ректором университета, получает возможность оказывать ему более существенную помощь. Однако до начала учебного года Д.И. Менделеев мог зарабатывать на жизнь только литературным трудом.
Трудности личные усугубились осложнением обстановки в университете в связи с преследованиями революционно настроенных студентов. О размахе студенческих волнений говорит тот факт, что многие студенты были заточены в Петропавловскую крепость, а кто-то из сочувствующих им крупными буквами написал на ее стенах: «Петербургский университет».
Д.И. Менделеев, всегда остро чувствовавший пульс политических событий, но не имевший возможности активно выразить свой протест, 12 октября 1861 г. подает заявление об увольнении из университета. Однако, к счастью, друзья уговорили его взять заявление обратно.
Д.И. Менделееву была свойственна черта подлинных гуманистов: в самые трудные для себя дни оставаться добрым по отношению к другим людям, смотреть на жизнь светло, оптимистично, не брюзжать, не чувствовать себя обиженным. Ее мы находим у русских классиков, как поэтов, так и ученых. Д.И. Менделеев неоднократно отмечал, что доброе настроение – основа успехов в работе и жизни, без него невозможен творческий труд.
Первым блестящим результатом трудов Д.И. Менделеева в 1861 г., после возвращения из-за границы, стала «Органическая химия», написанная в рекордно короткий срок – за несколько недель. Прекрасную оценку этой книге дал К.А. Тимирязев: « Его превосходный по ясности и простоте изложения учебник, «Органическая химия», не имел себе подобного в европейской литературе, и, кто знает, насколько именно эта книга способствовала тому, что в этом, главным образом, направлении, двинулось вперед ближайшее поколение молодых русских химиков ».
«Органическая химия» получила на конкурсе первую Демидовскую премию, что составляло 1428 рублей, и Менделеев мог рассчитаться с долгами.
И в личной жизни ученого наступили большие перемены: веной 1862 г. Д.И. Менделеев обвенчался в церкви Инженерного училища с Феозвой Никитичной Лещевой, Они были знакомы давно, еще в Тобольске. Приемным отцом Ф.Н. Лещевой был директор Тобольской гимназии поэт П.П. Ершов.
С Дмитрием Ивановичем ее связывали дружба и длительная переписка в период пребывания его за границей. Отвечая согласием на предложение Дмитрия Ивановича, она втайне мечтала смягчить некоторые острые углы его характера, «переделать любовью». Со своей стороны Дмитрий Иванович, хотя и хорошо знал Феозву Никитичну, долго не решался сделать предложение, так как не был глубоко влюблен в нее. Помолвку ускорила его старшая сестра Ольга Ивановна, которая после смерти матери считала себя обязанной помочь брату в устройстве личной жизни.
Несмотря на несходство характеров и разницу в возрасте (Феозва Никитична была старше на 6 лет), молодые в первые годы супружества были счастливы, деля радости и горести. Летом 1862 и 1864 гг. они совершили путешествие за границу. В марте 1863 г. у Феозвы Никитичны родилась дочь Маша. Она умерла от простудного заболевания через 6 месяцев. Дмитрий Иванович находился в это время в командировке в Баку. В 1865 г. родился сын Владимир, а в 1868 г. - дочь Ольга. Впоследствии у Менделеева возникли осложнения в отношениях с женой, закончившиеся разводом. Однако Дмитрий Иванович всю жизнь заботился о Феозве Никитичне и о детях. Феозва Никитична умерла в 1906 г., за несколько месяцев до смерти Менделеева.
В первой половине 60-х годов деятельность Д.И. Менделеева была обширной. Работать приходилось в нескольких учебных заведениях, везде имея лишь по несколько часов лекционных или лабораторных занятий в неделю. Он часто бывал в университете, где работали его учителя и коллегии: Воскресенский, Советов, Пузыревский. С ними он встречался и на заседаниях химического кружка, на которых обсуждались научные новости, учебные дела. Готовился новый устав университета, который был утвержден 18 июня 1863 г. и в целом был прогрессивным. Достаточно сказать, что впоследствии, в пору реакции 80-х годов, он был отмечен как дающий слишком много свобод преподавателям и студентам. Кроме университета, Дмитрий Иванович преподавал в Технологическом институте (до 1872 г.) в Инженерной академии (до 1866 г.), в Институте инженеров путей сообщения (до 1864 г.), во втором кадетском корпусе (до 1862 г.).
В конце 1863 г. Д.И. Менделеев получает должность профессора химии в Технологическом институте и переселяется в казенную квартиру при институте. В лабораториях Технологического института Менделеев блестяще проводит исследование водноспиртовых растворов, которое представляет в качестве свой докторской диссертации ученому совету физико-математического факультета университета 31 января 1865 г.
Диссертация называлась «Рассуждение о соединении спирта с водой». Ее защита состоялась 4 февраля 1865 г.
С участием Менделеева как редактора в 1862-1869 гг. вышло 9 выпусков «Технической энциклопедии», которая начала выходить как перевод «Технологии по Вагнеру», а затем была значительно переработана и дополнена, прежде всего, самим Д.И. Менделеевым. В январе 1865 г. он работает в комиссии по составлению проекта правил для получения степени инженера-технолога. Следует обратить внимание на этот факт биографии Менделеева: роль технолога он ставил исключительно высоко. Он даже считал, что крупные инженеры за выполненные ими выдающиеся технические и технологические работы могут быть избраны в Академию наук. Одновременно с преподаванием технической химии Менделеев как химик-практик занимается получением химических продуктов из нефти. Эти работы он начал в августе 1863 г., когда совершил первую поездку в Баку по приглашению одного из нефтепромышленников.
Д.И. Менделеев придавал особое значение нефти как сырью для химической переработки. Его мысль о недопустимости использования нефти только в качестве топлива, высказанная в одной из его экономических статей, была подкреплена многими его исследованиями по вопросам происхождения, добычи, переработки нефти. Он сконструировал специальные аппараты для непрерывной перегонки нефти, развивал мысль о целесообразности постройки нефтепроводов, специальных нефтеналивных судов и цистерн, а также идею об организации нефтеперерабатывающих заводов в верхнем и среднем течении Волги, на одном из которых, в поселке Константиново под Ярославлем, он сам успешно работал.
Работа в области технической химии подготовила Д.И. Менделеева настолько, что он был назначен техническим экспертом от России на Всемирной выставке в Париже в 1867 г.. Результатом его пребывания на этой выставке стала книга «О современном развитии некоторых химических производств в применении к России и по поводу Всемирной выставки 1867 года». В 1865 г. Менделеева избирают профессором университета по кафедре технической химии, а затем – после ухода А.А. Воскресенского – он переходит на кафедру химии и приступает к чтению неорганической химии.
24 ноября 1866 г. Д.И. Менделеев поселился в казенной квартире университета, непосредственно примыкающей к помещениям химических лабораторий. Теперь его стремление к целенаправленной работе, к наиболее рациональному сочетанию научной и преподаватель кой деятельности было как никогда близко к осуществлению. Именно здесь при чтении лекций студентам у его появилась мысль написать «основы химии», в процессе работы над которыми им был открыт периодический закон.
Следует подчеркнуть, что деятельность Д.И. Менделеева представляла единство, гармонию не только научной и преподавательской, но и общественной работы. Это подтверждается, в частности, историей возникновения Русского химического общества.
Первые вести о необходимости объединения сил русских химиков мы находим еще в 1862 г., когда в номере газеты «Русский инвалид» от 17 августа была напечатана заметка о возможности организации в Петербурге химического общества. Д.И. Менделеев был назван в ней в числе известнейших химиков.
Велика была роль Н.Н. Зинина и других представителей старшего поколения русских химиков (Воскресенский, Фрицше, Энгельгардт, Ильенков): в их лабораториях работала талантливая молодежь.
Непосредственно рождение общества подготовили собрания химиков у Д.И. Менделеева в течение 1868 г. Устав общества был утвержден 26 октября, а первое организационное собрание состоялось 6 ноября 1868 г. Председательствовал на собрании Д.И. Менделеев. Президентом общества был избран академик Н.Н. Зинин, однако организатором и душой общества был, безусловно, Д.И. Менделеев. На одном из первых заседаний общества 6 марта 1869 г. Н.А. Меншуткин от имени отсутствовавшего Менделеева сделал сообщение «О соотношении свойств с атомным весом элементов». Это событие вошло в историю мировой науки – открыт периодический закон.
Русское химическое общество, так же как Техническое и Вольное экономическое, в деятельности, которых Д.И. Менделеев принимал активное участие, выполняли совместно с университетами ту авангардную роль в развитии науки и промышленности, были тем штабом науки, какие, по мысли Д.И. Менделеева, должна была стать уже в то время Петербургская академия наук.
Конец 60-х годов был периодом творческих дерзаний Д.И. Менделеева в нескольких областях науки и техники. В поле его зрения оказалась и агрохимия. В 1869 г. Менделеев уже имел возможность подвести первые итоги опытов, которые проводил в приобретенном им в 1865 г. имении Боблово Клинского уезда Московской губернии, называемом им «моя сельскохозяйственная станция». Проведенные под его руководством химические исследования почв и продуктов, опытных полей Симбирской, Смоленской, Московской и Петербургской губерний не только заслужили восхищение специалистов XIX в., но и, по отзывам современных ученых, не имели себе равных и в последующие сто лет. Однако Д.И. Менделеев не ограничился анализом образцов почв в химической лаборатории университета. Он изучал применение удобрений, машин, рациональных систем земледелия на полях в Боблове. За пять лет ему удалось удвоить урожаи зерновых, и, когда крестьяне соседних деревень спрашивали его с любопытством и восхищением, «талант» у него или «счастье», он не без гордости отвечал: «Талант, братцы, талант». «В таланте заслуги больше» - так объяснял он свой ответ друзьям.
Служба Д.И. Менделеева на благо отечественной промышленности началась, как он сам отмечал, с забот о промышленности сельскохозяйственной. И это было не случайно, потому что он предвидел важность и трудности ее развития на сто и более лет вперед, когда говорил: «Мы живем в эпоху, когда богатство и сила народов определяются преимущественно индустриею, а наши дети или внуки, вероятно, доживут до того, что богатство и вся сила народная будут определяться умелым сочетанием индустрии с сельским хозяйством».
70-е годы – годы активной научной и педагогической работы Д.И. Менделеева в Петербургском университете. Уже через три года после того, как он стал руководить кафедрой технической химии и химической лабораторией, ему, молодому профессору, было поручено подготовить отчет о деятельности университета.
Он сопоставил имевшиеся в его распоряжении статистические данные и изучил наиболее важные работы, выполненные как в самом университете, так и за его пределами.
Одним из важных результатов деятельности Менделеева в университете стал выход в 1868-1873 гг. первого и второго, а в 1877 г. третьего изданий «Основ химии», заменивших устаревший учебник химии Г.И. Гесса и ставших настольной книгой студенчества на последующие по крайней мере пятьдесят лет.
Осенью 1872 г. Д.И. Менделеев приступает к исследованию упругости газов. Работы продолжались вплоть до 1881 г. Однако основные результаты, приведшие к изменению и поправкам известного закона Мариотта, были получены уже в начале 70-х годов. Д.И. Менделеев и его помощники нашли, что при давлениях ниже 10 в пятой степени Па газы расширяются менее, чем это следовало из закона Бойля- Мариотта. Исследования субсидировались Русским техническим обществом и были необходимы для обороны страны. Газы изучались не только при малых, но и при больших давлениях, что было необходимо для совершенствования огнестрельного оружия: в армии имелись случаи разрывов стволов орудий. Опыт исследования упругости газов пригодился Д.И. Менделееву впоследствии при разработке технологии производства бездымного пороха.
Друзья Д.И. Менделеева знали, что по средам после трех часов дня его всегда можно было застать дома. Сначала посетителями менделеевских «сред» были в основном химики и преподаватели университета. Постепенно круг участников расширялся. Здесь чествовали первых русских женщин-ученых – Софью Васильевну Ковалевскую, Юлию Всеволодовну Лермонтову и других. Д.И. Менделеев был деятельным сторонником женского образования в России. С 1870 по 1877 гг. он постоянно читает лекции на Владимирских женских курсах, а в 1878 г. при его активном содействии открылись Бестужевские курсы, давшие высшее образование сотням женщин, стремившихся к знаниям.
В квартире Менделеева устраивались также художественные «среды», на которых бывали И.Е. Репин и В.В. Стасов, А.И. Куинджи и Н.А. Ярошенко, И.Н. Крамской и В.Е. Маковский, И.И. Шишкин и И.Я. Гинцбург. Вспоминая об этих вечерах, их участники отмечали, что «среды» Дмитрия Ивановича носили особый характер – обывательские мелочи исчезали. По простоте обстановки «среды» напоминали студенческие собрания: чай, горы бутербродов. Все чувствовали себя легко и свободно.
Встречи художников-передвижников и Менделеева были встречами единомышленников. И художники, и Менделеев ясно сознавали, что прогрессивные, гуманистические цели искусства и науки, в конечном счете, едины.
Д.И. Менделеев регулярно посещал выставки художников, часто бывал в музеях и, находясь за границей, никогда не упускал случая осмотреть художественные коллекции. Ценнейшая коллекция репродукций была собрана им самим.
В октябре 1874 г. академики Н.Н. Зинин, А.М. Бутлеров, А.Н. Савич и О.И. Сомов вносят предложение об избрании Д.И. Менделеева в адъюнкты Академии наук по химии. Однако одиннадцатью голосами против восьми это предложение было отклонено. Лишь в ноябре 1876 г. Д.И. Менделеев был избран членом- корреспондентом Академии наук, и то не по химии, а по физике. Академиком Д.И. Менделеев так и не был избран. В 1880 г. его кандидатура была забаллотирована. Отношение руководства академии к Менделееву определялось в кабинете царских сановников, не пожелавших допустить профессора-вольнодумца на научный Олимп.
В 1876 г. вместе с химиком В.А. Гемилианом, хорошо знавшим английский язык (сам Дмитрий Иванович владел французским и немецким языками), Менделеев совершил поездку в США на всемирную выставку, приуроченную к столетию США. Познакомившись в штате Пенсильвания с нефтяными промыслами, Менделеев дал высокую оценку американским специалистам-нефтяникам, но отрицательно отнесся к процветавшим в Америке формам капиталистического предпринимательства, к господству чистогана, к свободе производства и продажи оружия и т.п.
Научным итогом поездки стала книга Менделеева «Нефтяная промышленность в североамериканском штате Пенсильвания и на Кавказе», опубликованная в 1877 г. и укрепившая его авторитет как эксперта по нефтяным вопросам в промышленных и правительственных кругах.
В 1878/79 учебном году Д.И. Менделеев не читал лекций в университете, так как предыдущей зимой он длительно и тяжело болел плевритом. Известный клиницист С.П. Боткин настоятельно рекомендовал ему провести год в теплом климате, что оказалось осуществимым, так как Д.И. Менделееву была предоставлена командировка на год для сбора сведений об успехах воздухоплавания на Западе.
Д.И. Менделеев работал во Франции ив Италии, где изучал старую и новейшую литературу по вопросам воздухоплавания, а в апреле 1879 г. присутствовал на метеорологическом конгрессе в Риме. Итогом этой командировки стала книга «О сопротивлении жидкостей и воздухоплавании», которая, по отзыву профессора Н.Е. Жуковского, была настольной книгой специалистов по аэро- и гидродинамике, так как сочетала исторический подход и ясное видение проблем этой области науки на десятилетия вперед.
Одним из поводов отъезда на длительное время за границу было желание переменить обстановку, не встречаться Анной Ивановной Поповой, подругой его племянницы. Однако разлука только усилила любовь, увеличила душевные волнения. Видя отчаяние Дмитрия Ивановича, друзья уговорили Феозву Никитичну дать согласие на развод. В начале 80-х годов Анна Ивановна Попова, окончившая к тому времени Академию художеств, стала женой Д.И. Менделеева. В феврале 1881 г. в связи с волнением революционно-настроенных студентов он отправился в Рим к Анне Ивановне. В марте 1881 г. Д.И. Менделеев приезжает в Рим, где встречается с Анной Ивановной, и вместе они отправляются в путешествие. Маршрут их путешествия проходил через Неаполь, Капри, Париж, Севилью, Мадрид, Толедо, Биарриц, Петербург, Москву, Константиново под Ярославлем. В Константинове Дмитрий Иванович работает на нефтеперегонном заводе В.И. Рагозина до осени. 29 декабря 1881 г. у Анны Ивановны родилась дочь Любовь.
К лету 1882 г. Д.И. Менделеев выстроил по своему проекту дом в Боблово, где его новая семья стала жить как на даче. Он сам приезжал туда летом на короткое время отдохнуть, но по воспоминаниям Анны Ивановны, работа была его стихией, и в деревне он так же сидел над книгами, рукописями, как и в Петербурге. Интенсивно проводить сельскохозяйственные эксперименты из-за отсутствия времени он не мог уже с 1872 г. В декабре 1883 г. у Анны Ивановны родился сын, его назвали Иваном.
С 1883 по 1887 г. Менделеев пишет «Исследование водных растворов по удельному весу», которое вышло отдельной книгой с трогательным посвящением матери – Марии Дмитриевне Менделеевой.
Углубленные занятия в химической лаборатории, долгие раздумья в тиши кабинета говорят о том, что Д.И. Менделеева занимают не только конкретные вопросы естествознания, но и серьезные философские проблемы.
Его работы отличает глубокое проникновение в суть вещей и явлений, все большее приближение к пониманию истины жизни, 19 марта 1884 г. Дмитрий Иванович пишет письма-завещания детям: одно - Володе и Оле, другое – Любе и Ване, вскрыть которые они могли по достижении совершеннолетия, но не ранее его смерти.
Д.И. Менделеев постоянно и глубоко интересовался достижениями ученых Великобритании, его интерес распространялся не только на область химии, но и на другие области науки. В одной из своих записных книжек Д.И. Менделеев писал, что им был создан проект аэростата, допускающего возможность безопасно оставаться на больших высотах в атмосфере и подняться выше той высоты (9000 м), которой достиг английский воздухоплаватель Глейшер в своем полете 5 сентября 1862 г. Менделеева так занимала мысль подняться выше знаменитого англичанина, что он временно оставил другие занятия и стал изучать аэростатику.
Знаменательное событие произошло 7 августа 1887 г., когда Д.И. Менделеев совершил самостоятельный полет для наблюдения солнечного затмения на воздушном шаре «Русский», заполненном водородом. Д.И. Менделеев был не только инициатором полета, но и пилотом и исследователем одновременно. Поднявшись над облаками на высоту около 3 км, шар, гонимый ветром, пролетел над землей около 100 км.
Во время этого полета ученый производил измерения с помощью приборов, находившихся в корзине. Среди этих приборов был и сконструированный Менделеевым дифференциальный барометр, служащий для определения высот. За этот полет он получил медаль Французской академии аэронавтики.
Весной 1890 г., во время студенческих волнений, желая помочь молодежи и предотвратить столкновения с полицией, Д.И. Менделеев взял на себя миссию доставить петицию революционно настроенных студентов министру народного просвещения графу И.Д. Делянову. Однако вскоре петиция была возвращена на квартиру Д.И. Менделеева с замечанием, что ни министр и никто из состоящих на службе его императорского величества лиц не имеют права принимать подобные бумаги. Д.И. Менделеев принял решение оставить университет.
Собственно, это решение появилось у Менделеева уже в 1884 г., когда был принят реакционный устав университетов, отменявший университетскую автономию, студенческое самоуправление и ограничивший доступ «кухаркиных детей».
Государственную службу Д.И. Менделееву предложили в 90-е годы, когда он был назначен управляющим Главной палатой мер и весов.
Д.И. Менделеев хотел издавать большую газету «Подъем», но И.Д. Делянов, от которого зависело разрешение на ее издание, отказал ему в этом.
В 1891 г. Менделееву предложили стать редактором энциклопедии, которую издавали Ф.А. Брокгауз и И.А. Ефрон. Дмитрий Иванович согласился редактировать только химико-технологический раздел.
Работая над проблемой бездымного пороха, Д.И. Менделеев предпринял поездку в Англию и Францию. В литературе эту поездку часто представляют как некую «секретную миссию»: якобы путем разведки Менделеев сначала раскрыл тайну французского бездымного пороха, после чего англичане предоставили свои данные об изготовлении пороха.
Во Франции военным министерством был засекречен состав бездымного пороха. Встретившись с военным министром Фрейсине, Менделеев получил 2 г интересующего его пороха «как научный образчик для личного пользования». Несмотря на толь малое количество пороха, Менделеев сумел установить его основные компоненты и способ изготовления. Однако и французский порох имел свои недостатки. Он, как и английский, состоял из смеси различных веществ. Между тем Менделеев считал, что порох должен быть однороден. Ученый начал проводить опыты по установлению состава пороха в лабораториях университета в конце 1890 г. он нашел состав «огненного клея» из пироксилина и коллодия. Новый состав нитроклетчатки впервые дал однородную основу для бездымного пороха. За полтора года Менделеев изобрел порох для огнестрельного оружия всех калибров. Испытания пороха прошли успешно, но организация промышленного производства разворачивалась медленно, и перед войной 1914 г. Россия была вынуждена часть необходимого ей пороха закупать за границей.
Д.И. Менделеев становится во главе одного из важнейших направлений государственной службы страны – метрологии, обеспечивающей научно – технические основы для развития промышленности.
Экономические основы развития промышленности в России, пути защиты ее от конкуренции западных монополий Д.И. Менделеев разрабатывает также в начале 90-х годов в книге «Толковый тариф».
За 15 лет (1892-1907) Д.И. Менделеев превратил Главную палату мер и весов в действенное и хорошо оснащенное научное учреждение, по сей день остающееся одним из ведущих в нашей стране.
В 90-х годах снова стали довольно частыми поездки Д.И. Менделеева за границу. Как руководителю большого государственного учреждения, ему необходимо было присутствовать на международных конгрессах метрологов, хотя их ход и состав участников не всегда удовлетворяли его. На родине нужно было хлопотать о расширении помещений Палаты, о строительстве новых зданий для лабораторий и квартир сотрудников. Все это приводило к необходимости расходовать очень много энергии, ослабляло здоровье. Уезжая за границу, Д.И. Менделеев не переставал работать, много писал. Неожиданно возобновились горловые кровотечения, так беспокоившие его в молодости. Однако это не могло остановить трудового энтузиазма Д.И. Менделеева.
До 1895 г. он оставался на посту председателя отделения химии Русского физико-химического общества. Он организует, и сам читает публичные лекции в пользу голодающих Поволжья, входит в состав некоторых комиссий, организуемых другими научно-техническими обществами.
В 90-х годах становится еще более тесной дружба и сотрудничество Д.И. Менделеева с художниками-передвижниками, выразившиеся в том, что в 1893 г. Д.И. Менделеева избирают членом Академии художеств, а с 1896 г. – членом Совета Академии художеств. Менделеев получает право решающего голоса при обсуждении кандидатов к награждению на выставках, при решении вопросов о командировании художников за границу и в других академических делах.
В 90-х годах растет известность Д.И. Менделеева за рубежом. Выходят издания его «Основ химии» на английском (1891) и французском (1895) языках. Он участвует в праздновании юбилеев Кембриджского и Оксфордского университетов в Англии (1894). Оба университета избрали Менделеева своим почетным членом.
К этому времени почти все крупнейшие университеты, научные общества и академии мира отметили выдающиеся заслуги русского ученого присуждением ему почетных званий или избранием своим членом.
В 1899 г. состоялась поездка Д.И. Менделеева на Урал и в Тобольск. Одним из поводов для нее было желание Д.И. Менделеева побывать на своей родине, как он предчувствовал, в последний раз в жизни. Однако основная цель командировки обуславливалась необходимостью квалифицированного решения очень важных государственных проблем: в чем причины медленного развития железорудной промышленности на Урале, какое количество чугуна и железа могут давать металлургические заводы Урала. Можно ли производить их дешевле?
Итогом поездки стала объемная (более 1000 с.) книга «Уральская железная промышленность в 1899 году». Основной вывод экспедиции состоял в том, что имеющиеся на Урале сырье и топливо достаточны для перспективного развития этого края. Однако условий для дальнейшего развития не было, так как много земель находилось в руках крупных земледельцев, а государственные земли осваивались медленно, поскольку средств казна отпускала недостаточно. Поэтому Д.И. Менделеев сделал вывод, что полный расцвет горной и металлургической промышленности в России не может совершиться без коренных изменений в законах, касающихся недр Земли. Он считал, что «нужда Урала» не в запасах руд. А, прежде всего в разумном использовании тех богатств, которыми обладает государство.
Последние годы жизни Д.И. Менделеев работает главным образом над изданиями: «Основы химии», «Заветные мысли» и «К познанию России». Большую известность принесли его статьи по педагогическим вопросам, печатавшиеся сначала в газете «Россия», а затем объединенные в книгу «Заметки о народном просвещении России».
В 1900 г. министр народного просвещения П.С. Ванновский предлагал Менделееву быть его заместителем (товарищем). Однако к этому времени направление государственной службы Д.И. Менделеева уже определилось. Палата мер и весов играла очень важную роль в организации науки и промышленности, Менделеев даже предлагал переименовать ее в «Управление мер и весов» и предоставить большую самостоятельность в решении метрологических вопросов. Поэтому Дмитрий Иванович отказался от предложения П.С. Ванновского.
Однако развитию народного образования он придавал огромное значение, относя его к одной из главных надобностей России. Наиболее крупной работой Менделеева по педагогическим вопросам стал «Проект училища наставников» (1906), в котором рассматривались вопросы организации высшего педагогического учебного заведения, в том числе состав учащихся и педагогов, местность, помещение, оборудование и т.д. Училище предполагалось построить где-нибудь на берегах Волги, вдали от больших городов с их шумом и отвлечениями, поскольку «истина, - как считал Менделеев, открывается в тиши тем, кто ее разыскивает». Проект был одобрен, но не осуществлен ввиду недостатка средств.
Д.И. Менделееву было отказано в одобрении строительства ледокола для путешествия в высоких широтах Арктики. Лишь в 1960-х годах приют был восстановлен по черновикам, хранившимся в архиве Д.И. Менделеева. Испытания модели ледокола Менделеева показали, что по ходовым качествам он не уступает современным ледоколам.
В 900-х годах растет число событий, которые стали для Менделеева причиной тяжелых переживаний: смерть брата Павла, сына Владимира, внука Мити. Но, как вспоминают близкие Д.И. Менделеева, наиболее тяжело он переживал поражение России в русско-японской войне. Когда пришло известие о гибели русской эскадры у Цусимы, Менделеев сказал, что этого могло не случиться, если бы для эскадры был проложен путь по северным морям. Защита престижа Родины была глубоким мотивом многих его работ.
В 1906 г. Д.И. Менделеев начал большую работу над книгой «К познанию России», которую он выполнял, пользуясь обширными статистическими сведениями о развитии России в сравнении с другими странами. Очень интересны выполненные Менделеевым определения центра поверхности и центра народонаселения России, проведенные им с сыном Иваном - студентом математического факультета университета. Центр поверхности России, по расчетам ученого, находится на Крайнем Севере, между великими сибирскими реками Обью и Енисеем, рассчитанный им на основании переписи населения России в 1897 г., находился тогда примерно около Тамбова. Однако центр населенности в связи с развитием производительных сил и освоением новых земель непрерывно перемещается. Д.И. Менделеев предсказал, что центр населенности через несколько десятилетий действительно имеет место в наши дни.
В четверг, 11 января 1907 г. Палату мер и весов посетил министр торговли и промышленности Д.А. Философов. Дмитрий Иванович очень долго водил министра по лабораториям и простудился на сквозняке в вестибюле здания Палаты. Сразу в постель не лег, в результате развилось сильное двустороннее воспаление легких. Принятые врачами меры оказались безрезультатными. Приехавший в понедельник поздно вечером профессор Яновский нашел у Дмитрия Ивановича крупозное воспаление легких.
«В пятницу 19 января, в последний день своей жизни, Дмитрий Иванович почти все время был в забытьи, дышал очень тяжело и сильно страдал, когда приходил в себя. Но все просил, чтобы ему читали вслух. Ему читали в этот день «Путешествие к Северному полюсу» Жюля Верна. Если замолкали, когда он впадал в забытье, то, приходя в себя, он говорил:
-Что же вы не читаете, я слушаю…
Он не прощался ни с кем и ничего не говорил о смерти, хотя вообще он не боялся ее и в последние годы часто писал и говорил о конце и делал посмертные распоряжения своей жене и детям. А может быть, он и знал, что умирает, но не хотел тревожить и волновать заранее семью, которую любил горячо и нежно».
В 5 ч. 20 мин. 20 января 1907 г. Дмитрий Иванович Менделеев скончался. Похоронен он на Волковском кладбище в Петербурге, недалеко от могил своей матери и сына Владимира.
В 1911 г. инициативе передовых русских ученых был организован Музей Д.И. Менделеева, куда вдова вскоре перевезла библиотеку и личные вещи ученого.
Педагог и физикохимик Д.И. Менделеев открыл периодический закон, сформулировал химическую теорию растворов, вывел формулу для взаимосвязи основных параметров, характеризующих поведение газов, открыл температуру абсолютного кипения жидкостей.
В своих самостоятельных трудах, таких как кандидатская (так называли тогда студенческую выпускную работу), магистерская диссертация, статьи о взаимосвязи физических и химических явлений, об изучении сцепления молекул и о поднятии жидкостей в капиллярных трубках, Менделеев формулирует программу своих физико-химических исследований. Он считал необходимым изучать такие явления и свойства – изоморфизм, плотность жидкостей, коэффициент сжатия, - которые позволяли бы количественно оценить изменения, происходящие при химическом превращении, как бы заглянуть в невидимый мир взаимодействия атомов.
В 1853-1861 гг. Менделееву удалось выяснить внутреннюю механику частиц (или молекул). В ходе выполнения работ Менделеев овладел экспериментальными методами изучения веществ: их приготовлением, очисткой, подготовкой измерительных приборов и химической посуды к проведению эксперимента, познакомился с математическими методами обработки результатов.
Разрабатывая вопросы классификации соединений, Д.И. Менделеев подошел к решению более общего вопроса – к классификации элементов. Оба эти понятия – химическое соединение и химический элемент – определили особенности разработки Менделеевым естественной системы элементов. Соотношение между индивидуальными характеристиками атома и более общими характеристиками – свойствами класса соединений – вот что находится в центре внимания Д.И. Менделеева. На долю Менделеева выпала задача разработать классификацию элементов на основе всей совокупности сведений о составе, свойствах, а иногда – и строении соединений. Анализ формировавшихся и развивавшихся понятий ему приходилось вести с учетом специфики двух основных областей химии – органической и неорганической. С рассмотрения некоторых свойств и явлений, получивших широкое развитие в этих областях изоморфизма и удельных объемов – началась научная деятельность Д.И. Менделеева. Первыми элементами, выделяющимися среди других своей индивидуальностью, на которые он обратил главное внимание, были кремний и углерод.
Один из важнейших вопросов, которым занимался Менделеев в 50-60-е годы, был вопрос о неопределенных соединениях, о том, какие элементы способны их образовать, кроме кремния Ими оказались, в первую очередь, бор и фосфор.
Рассматривая научную деятельность Д.И. Менделеева 1854-1868 гг., можно сделать следующие выводы об основных чертах и особенностях его научного творчества, что, в свою очередь, позволяет понять, почему именно Менделееву принадлежит такая роль в развитии общей и неорганической химии второй половины XIX в. Эти особенности таковы: 1. рассмотрение взаимосвязи всех существующих понятий и выявление главнейших из них; 2. всесторонний историко-химический и логический анализ учения о химическом соединении; 3. стремление к сопоставлению различных свойств элементов, в особенности количественно измеримых.
Поиски классификации
Менделеевское учение о формах соединений является дальнейшим развитием представления о типах соединений, так как признает равноправие всех составных частей вещества при химических реакциях, индивидуальность соединения. Говоря о целостности соединения, Менделеев подчеркивал, что атомы или их комплексы имеют способность удерживать друг друга и замещать друг друга.
В трудах Д. И. Менделеева особое место отведено рассмотрению реакций замещения (или обмена). В основу классификации Менделеевым положено равенство или различие обменов начальных и конечных веществ. Впоследствии, наряду с изучением объемов реагирующих веществ (газы), Менделеев принимал во внимание изменение тепловых эффектов реакций, сжатие при образовании растворов, изменение объемов при образовании оксидов и хлоридов металлов, теплоемкость и т.п.
Любая классификация простых и сложных веществ оказывалась относительной. Для того чтобы установить связь между ними, надо было подняться на более высокую ступень абстракции. Таким абстрактным понятием являлось понятие «химический элемент».
Приведем определения понятий «химическое соединение» (1864) и «химический элемент» (1869), которые принадлежат Д.И. Менделееву: «Химическим соединением вообще называют такое соединение двух или более тел, продукт которого представляется нам однородным, однообразным во всех своих мельчайших частицах». «Элементы суть материальные составные части простых и химически сложных тел, которые обуславливают их физическое и химическое отношение».
Вклад Д.И. Менделеева в учение о химическом соединении определялся, с одной стороны, физико-химическим подходом к рассмотрению свойств соединений, а с другой стороны, методологическим анализом всей совокупности сложившихся понятий. Сочетание двух этих факторов, опытом работы в различных областях химии, ранней научной самостоятельностью, наконец, педагогическими целями отличался Д.И. Менделеев от многих своих современников. Открытие периодического закона и естественной системы как комплексной проблемы оказалось не случайным в творческой биографии ученого.
Изучение особенностей изменения свойств соединений в зависимости от состава и агрегатного состояния, в конечном счете, и привело Менделеева к открытию общей систематики элементов. Центральными понятиями этого учения явились понятия о периодичности изменения свойств элементов и о «месте элемента» в системе, свидетельствующие о своеобразии отражения закона в форме системы. Важными категориями, характеризующими взаимоотношения разнообразных свойств элементов, являются здесь категории общего (единого), специфического (особенного) и индивидуального (единичного).
Под общими свойствами понимаются свойства, прежде всего относящиеся к понятию «элемент» и являющиеся конкретными едиными характеристиками атома как целого. Такие свойства Д.И. Менделеев называл «коренными», и первым из них он считал атомный вес (атомную массу) элемента. Закон периодичности можно формулировать следующим образом: свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел стоят в периодической зависимости от их атомного веса.
Представление о трех типах свойств, их взаимосвязи между собой и путях отыскания закономерностей общего характера и индивидуальных проявлений лежит в основе учения о периодичности, развитого Д.И. Менделеевым во второй половине XIX в.
Само изучение взаимосвязи свойств с составом заставило Менделеева анализировать сначала свойства отдельных элементов (что проявилось в изучении изоморфизма, удельных объемов, в сопоставлении свойств углерода и кремния), затем естественных групп (атомные массы и химические свойства) и всех классов соединений (совокупность физико-химических свойств), включая простые вещества.
Еще до Менделеева было сделано немало попыток разработать классификацию элементов, каждая из них, однако, еще не давала ключа к открытию систематики элементов, но анализ совокупности подобных работ дал Менделееву возможность по-новому рассмотреть вопрос о типах аналогии в химии. Важно заметить, что Менделеев не ограничивался изучением разностей атомных масс или рассмотрением характера изменения других измеримых свойств всех элементов, в том числе редких. Он стремился охватить всю совокупность свойств элементов и понять причины многообразия возможных их классификаций по составу, свойствам, агрегатному состоянию.
Одна из задач науки – систематизация материала. Так родилось представление о различных классах простых и сложных веществ.
Простые вещества делили на основании физических свойств, например их электрической проводимости, на металлы и неметаллы. Сложные вещества можно было классифицировать по составу: бинарные соединения, оксиды, хлориды и более сложные или, как говорили в старину, соединения второго порядка, например хлорид аммония NH4CI. Химики классифицировали соединения и по свойствам, прежде всего таким, как кислотные и основные. Другим критерием разделения были окислительные и восстановительные свойства. Когда удалось определить строение соединений, стали пользоваться и такой информацией: предельные углеводороды С – С, непредельные =С=С= и т.д.
Итак, простые вещества и сложные вещества изучали в соответствии с принятыми в науке классификациями: во-первых – по физическим свойствам, во-вторых – по химическим свойствам.
Понять научный подвиг Менделеева мы можем в том случае, если раскроем объяснительную и предсказательные функции периодического закона.
Что же был призван объяснить периодический закон? Прежде всего – характер взаимосвязей между элементами. Они угадывались уже до Менделеева. Еще лет за сорок до открытия периодического закона ученые, в частности Деберейнер, отмечали сходство химических свойств некоторых элементов.
Знания о внутреннем строении химических соединений (химической связи) и свойствах атомов химикам середины XIX в. приходилось получать косвенным путем: изучая химические реакции, сопоставляя свойства аналогичных элементов и сходных по составу соединений. Этот путь познания внутреннего на основе изучения внешнего был громоздким, длинным и извилистым. Под давлением новых фактов погибла не одна из ранее высказанных гипотез, не одно остроумное предположение.
Встала задача объединить все элементы воедино одной классификацией. Нужна была идея, которая легла бы в ее основу. Предшественники Менделеева пытались найти эту идею, располагая элементы в виде различных таблиц. Д.И. Менделеев понял: нужно пересмотреть всю систему химических понятий. Он на первых порах выступил как реформатор, Проведя историко-логический анализ, он разработал иерархию химических понятий.
Менделеев понял и в лекциях по теоретической химии 1864 г. ясно заявил, что, во-первых, химическая активность не является свойством элемента, а зависит от многих причин: степени насыщения, партнера, условий взаимодействия, т.е. от «состояния атома». Во-вторых, Менделеев понял, что химические свойства зависят от физического состояния атома: чем выше степень окисления, тем более атом теряет свою индивидуальность и приобретает черты, делающие его сходным с атомами других элементов.
И вот финал. Формируется иерархия понятий. Центральным понятием является понятие «химический элемент». Закон взаимосвязи элементов – особый закон. Он охватывает две идеи: повторение и развитие. Менделеев понял, что нужно одной идеей – периодической повторяемости свойств у высших форм соединений – объединить элементы, составляющие те две совокупности сходных элементов, о которых говорил еще Дюма. Тогда в периодической системе оказались в единстве выраженными две идеи: горизонтального и вертикального сходства, которые на разных участках системы, чередуясь, выражены в разной мере. Каждый ряд, как и группа, имеет свои особенности. Их изучение и составляет предмет неорганической химии.
Периодический закон позволил не только обосновать научную классификацию элементов и их соединений, но и позволил установить четкую взаимосвязь многих важнейших химических понятий. Развитие неорганической химии с тех пор проходит в рамках учения о периодичности. Периодический закон позволил предсказать свойства многих еще неоткрытых элементов. Предсказания Менделеева вскоре оправдались. Это был триумф теории. С его помощью, а, также используя такие достижения физики, как открытия электрона и радиоактивности, Э. Резерфорд, Н. Бор и другие ученые предложили модель атома, разработали теорию строения атома, а затем и теорию химический связи.
Так была решена одна из центральных проблем химии: выяснение связи свойств с составом и строением тех объектов, которые она изучает.
Как при открытии периодического закона, так и в дальнейшем, в ходе его развития, Менделеев столкнулся с проблемами классификации соединений: по составу, по типам химических реакций, агрегатному состоянию и т.п.
Изучая вопросы классификации, он обращается к другим свойствам, которые, например, наряду с атомными объемами, помогли бы обнаружить природу явления. Так, на основе изучения теплоемкости, позволившей уточнить данные о «частичном составе», он проводит классификацию веществ.
Главная заслуга Менделеева состояла в том, что он сумел в эпоху формирования, становления и ломки теоретического аппарата общей химии выработать такие понятия, которые бы в максимальной степени охватывали все объекты и все явления. Он стремился при этом сохранить «диалектику вещей» в «диалектике понятий». Теперь хорошо известно, что эта задача была настолько сложной, что никто из ученых XIX в. не смог избежать больших или малых ошибок. Не избежал их и Д.И. Менделеев.
Многие ученые не рисковали всецело посвящать себя рассмотрению понятийного аппарата химии, ее методологическим и философским вопросам химии.
Вот почему следует высоко оценить вклад Менделеева в формирование методологии химии, а также общей химии – науки о коренных свойствах элементов, общих законах химии и методологических основах изучения специфики проявления этих законов при изучении определенных классов соединений и процессов. Основные результаты этого труда были изложены главным образом в «Основах химии» Менделеева.
«Четыре предмета составили мое имя: периодический закон, исследование упругости газов, понимание растворов как ассоциаций и «Основы химии» - так писал Менделеев на склоне лет о результатах своей пятидесятилетней научной деятельности.
Изучение растворов на всех этапах его творчества имело важное теоретическое и практическое значение. Уже в первых своих работах, занимаясь главным образом твердыми веществами, ученый пришел к выводу об особой роли растворов в решении проблемы химического соединения.
Он понимал, что ключ к решению вопроса о физической природе и структуре растворов лежит в изучении свойств и структуры жидкостей, и искал свойство (поверхностное натяжение, изменение объема при взаимодействии двух разных жидкостей), которое позволило бы познать механизм взаимодействия частиц. На первых порах это были органические соединения, и, хотя успех был на лицо (открыта критическая температура, или температура абсолютного кипения жидкостей, т. е. показано общее для всех жидкостей свойство), Д.И. Менделеев вскоре (1862) ставит новый вопрос: рассмотреть характер взаимодействия воды и спирта.
Менделеев подчеркивал в своих статьях и докторской диссертации «О соединении спирта с водой» (1864), что эта работа носит чисто практический характер и, хотя и ставит, но не решает всех возникших теоретических проблем. Рассмотрение взаимодействия спирта и воды – наиболее изученных веществ, одного органического, другого неорганического – позволило бы использовать все имеющиеся в распоряжении ученых данные о свойствах имеющихся веществ.
Когда в 1869-1871 гг. был открыт периодический закон, и разрабатывались основные сферы его приложения к различным проблемам химии, появилась возможность просмотреть материал, относящийся к растворам, и с этой точки зрения. Менделеева интересовали, с одной стороны, общие свойства растворов (состав образуемых гидратов в результате химического взаимодействия растворенных веществ с водой), а с другой стороны, связь свойств растворов с положением элементов в системе.
В 1868 г. Дмитрий Иванович выступает в печати по вопросу о составе кристаллогидрата поваренной соли, публикует в немецком химическом журнале изложение своей работы о соединении спирта и воды, выступает на заседании Русского химического и Физического обществ при обсуждении представленных для опубликования или появившихся в печати работ (Томсена, Щербачева, Гросгана, Гутри и др.). В 1873-1874 гг. Дмитрий Иванович читает студентам Петербургского университета «Растворы».
В «Органической химии» и лекциях, прочитанных в 1862-1864 гг., ясно виден физико-химический подход к изучению проблемы химического соединения. При этом Менделеев дал ясное представление о смесях, растворах и определенных химических соединениях, используя понятие однородности вещества, а также действия законов постоянства и эквивалентов.
В лекциях по теоретической химии (1864 г.) Д. И. Менделеев повторяет высказанное еще Бертолле положение: на основании однородности растворов они должны быть отнесены к химическим соединениям. Как говорил Менделеев, «при каждом сплаве количество одного металла можно увеличить или уменьшить, но нельзя прибавить или отнять в неопределенном отношении: достигается, наконец, известный предел, дальше которого идти нельзя и после которого сплав нарушает свою однородность».
В своих лекциях неопределенными соединениями Менделеев называл растворы, изоморфные смеси, сплавы и «кремнеземистые соединения» (т. е. силикаты).
В этом курсе особенно ясно выражена мысль о том, что образование определенных соединений или состав растворов может быть изучен в результате исследования сжатия, выделения или поглощения теплоты и других свойств, чувствительных к изменению состава (или действию законов эквивалентов).
Развивая учение о составе и строении неорганических соединений, Дмитрий Иванович сравнивал сплавы, растворы и изоморфные смеси и убедился в том, что в этом случае приходится говорить о «неопределенных соединениях». При этом его интересовал в первую очередь вопрос о том, какие элементы или их совокупности способны давать соединения определенные и какие неопределенные. Уровень современной Менделееву науки не позволял ему более широко решить вопрос о взаимосвязи свойств и состава (центральная проблема формировавшегося учения о периодичности).
Его первое крупное исследование по растворам – докторская диссертация «О соединении спирта с водой» (1865) – содержало результаты наблюдений о взаимосвязи плотности и концентрации растворов спирта вдвое, а также о методе обнаружения и изучения гидратов. В дальнейшем он сумел значительно развить этот подход, увеличив количество изученных растворов. Итог этой работы был представлен в опубликованном в 1887 г. классическом труде «Исследование водных растворов по удельному весу».
Дмитрий Иванович рассматривал растворы как жидкие динамичные системы, в которых соединения находятся в состоянии подвижного химического равновесия. При этом в такой системе одновременно может происходить несколько реакций, сущность которых выражается определениями «ассоциация» и «диссоциация».
Ученый считал, что движение атомов происходит и при химическом равновесии, оно является причиной химических явлений. Нагреванием, действием электрического тока ускоряют движение атомов, что приводит к возможности химического взаимодействия (в результате диссоциации частиц).
Менделеев высказывает весьма важную мысль о составе и строении молекулярных соединений: « Молекулярные соединения не представляют всегда соединений только двух частиц, - оно может происходить и между многими, чему пример, мы видим в соединении некоторых солей с несколькими паями воды. При таких соединениях, по-видимому, важную роль положение присоединенных частиц к частице присоединившей».
При образовании растворов - по мнению Менделеева – имеют место как бы два процесса:
1. образование определенного химического соединения в соответствии с законом эквивалентов (NH4
OH);
2. его распад, т. е. Сам раствор надо рассматривать как химическую систему, в которой есть молекулы гидрата аммиака, молекулы воды (избыток растворителя) и которая находится в равновесии с аммиаком, находящимся в газовой фазе при данной температуре.
Таких химических систем может быть много, они отличаются присущими им специфическими и даже индивидуальными свойствами(спирт и вода, хлористый водород и вода и т. д.).
В своей знаменитой книге «Основы химии» Д. И. Менделеев показал не только обширный фактический и теоретический материал, но и много внимания уделил идеям философии и методологии науки. В этой книге обсуждаются логика и науки, ее язык, терминология, важнейшие движущие силы науки: связь с производством и техникой, другими науками, интернациональные и национальные черты ее развития. О химии он писал образно, порой даже поэтически. Он рассматривал эту науку и как средство получения человеком материальных благ (материальное как результат процесса познания) и как «цель достижения истины».
Выход «Основ химии» был значительным событием научной жизни России того времени. Появились отзывы в официальных журналах, коллеги выражали свою оценку в письмах к Менделееву. С 1868 по 1906 г. в России было опубликовано 8 изданий, а после смерти их автора еще 5 изданий. Кроме того, «Основы химии» были переведены на английский, французский и немецкий языки. Руководством Менделеева пользовались студенты и ученые многих стран Европы, а также США.
Успеху этого учебника немало способствовало то обстоятельство, что, помимо изложения периодического закона и периодической системы- фундамента изучения неорганической химии, в этом руководстве излагались важные идеи для понимания общих принципов химии. Сам автор рассматривал соответствующий курс, читаемый в высших учебных заведениях, как курс общей химии, который был бы полезен не только будущим химикам, но и физикам, биологам, геологам, инженерам и т. д.
Итак, Дмитрий Иванович Менделеев – это величайший ученый своего времени, который внес огромный и незаменимый вклад в развитие мировой науки.
Литература
Люди науки. Д. И. Менделеев. А. А. Макареня, Ю. В. Рысев. Москва «Просвещение» 1988г.
|