Научная деятельность Д. И. Менделеева

Гениальный химик, первоклассный физик, плодотворный исследователь различных вопросов гидродинамики, метеорологии, геологии, оригинальный мыслитель в области учения о народном хозяйстве…

И это все об одном человеке - Д. И. Менделееве. Еще при жизни ученого называли гением. На что он отвечал, отшучиваясь: «Гений? Какой там гений? Работал всю жизнь – вот вам и гений!» Действительно, работал он чрезвычайно много.

К сожалению, поколение моих сверстников мало знакомо с научной деятельностью великого ученого и немногие этим интересуются.

Вот таким выдающимся ученым с разносторонними интересами был Д. И. Менделеев. О себе он говорил так: «Сам удивляюсь – чего только я не делывал в своей научной жизни». Именно его уникальная разносторонняя заинтересованность различными вопросами подтолкнула меня к выбору данной темы.

Мне захотелось самому глубже рассмотреть некоторые вопросы его научной деятельности и донести их до своих сверстников.

Интересно, что круг его интересов не был замкнут только в сфере науки. Менделеев был большим поклонником музыки и театра, разбирался в живописи и литературе, был неплохим шахматистом, славился как «чемоданных дел мастер».

Разве это не достойно уважения и того, чтобы современное поколение граждан России знали об этом? Ведь всю свою жизнь ученый служил России. И о себе говорил: «…Мне не в чем каяться, ибо ни капиталу, …ни своему достатку я ни на йоту при этом не служил, а только старался … дать плодотворное промышленно-реальное дело своей стране.»

1855—1867 гг. (Одесса, СПб., Гейдельберг, СПб.). Уже первые студенческие работы по химическому анализу двух минералов ввели Менделеева в область изучения кристаллических форм веществ в их связи с химическим составом. Продолжая работать в этом направлении, он пишет в 1854—1855гг. по окончании института диссертацию «Изоморфизм в связи с другими отношениями формы к составу» (опубликована в «Горном журнале», 1856, №8 и 9). Написание этой работы вовлекло начинающего ученого в изучение химических отношений веществ и явилось первым направлением по пути к открытию периодического закона.

Не имея возможности приступить к учительству в Симферополе, Менделеев переезжает из Крыма в Одессу и становится учителем лицейской гимназии. Здесь он пишет магистерскую диссертацию «Удельные объемы» как прямое продолжение своей первой диссертации, в которой был уже поставлен вопрос о том, что химические и кристаллографические отношения веществ находятся в связи с их удельными объемами (V). Но так как V = М/d (для соединений) и V=A/d (для простых веществ, т. е. элементов в их свободном виде), то тем самым в круг исследования вводились атомные веса (А) и молекулярные веса (М), а также удельные веса (d) веществ. Так определялся второй путь к периодическому закону.

Два года (1859, 1860) Менделеев провел в научной командировке в Гейдельберге. Он начал работать у Р. Бунзена, но вскоре создал собственную лабораторию, где изучал капиллярные явления, отступления газов и паров от законов идеальных газов я в 1860 г. экспериментально открыл критическую температуру, назвав ее «абсолютной температурой кипения». Это открытие состояло, в следующем. В общей форме Менделеев установил, что для всякой жидкости существует особая температурная точка, при которой частицы жидкости перестают сцепляться и вся жидкость переходит сразу в пар. Умножая силу сцепления a2d на М, Менделеев получил значение молекулярного сцепления = Ма2d. Так была найдена одна из зависимостей между весом (М) и мерой их взаимного (физического) притяжения (а2d). Это вновь наводило на мысль искать зависимость физических и химических свойств частиц от их массы. Менделеев был убежден, что сила химического сродства тождественна с силой сцепления, и считал, что работает в той научной отрасли, которая связывает химию е физикой и механикой и является физической химией.

В 1860 г. Менделеев участвовал в работе первого Международного химического конгресса в Карлсруэ, созванного по инициативе А. Кекуле. Цель конгресса была в том, чтобы установить основные понятия химии (атом, молекула, эквивалент) и их весовые значения. Существовавшая в этих вопросах неясность сильно мешала развитию химии. На конгрессе Менделеев познакомился лично со многими учеными: Дюма, Вюрцем, Канниццаро, Зининым.

Конгресс дал толчок развитию всей химии, выдвинув на первое место вопрос об истинных атомных весах химических элементов. К этому вопросу с тех пор было приковано внимание и Менделеева.

С января 1864 г. Менделеев—профессор Петербургского технологического института (до декабря. 1866 г.) и штатный доцент университета. Ежегодно ездит в заграничную научную командировку на 3—4 месяца, пишет книги, редактирует переводы, участвует в «технической энциклопедии» по вопросам химических производств, технической химии, в том числе производства спирта и алкоголометрии (1862).

Переломным моментом в жизни и научной деятельности Менделеева было занятие кафедры химии в Петербургском университете (октябрь 1867 г.). До этого кафедру химии занимал А. А. Воскресенский, ставший ректором университета. Положение внутри науки определялось тогда предшествующими великими естественнонаучными открытиями второй трети XIX в.: клеточная теория (1837—1838), о которой Менделеев слышал в лекциях по зоологии и ботанике в педагогическом институте; учение о единстве сил природы (закон сохранения и превращения энергии, 1845—1847), на которое он опирался, как на исходный пункт при изучении связи химических свойств и явлений с физическими и механическими; эволюционная теория в биологии (1859); теория химического строения органических соединений свидетельствовавшая о всеобщей связи и развитии в живой (1861), говорившая о единстве и общности органических веществ. В конце 60-х гг. очередь настала и для неорганической химии, Так что периодический закон был продолжением общей цепи всех этих открытий. Позднее У. Крукс назвал учение Менделеева «неорганическим дарвинизмом», ибо Менделеев для веществ неживой природы сделал по сути дела то, что Дарвин — для живой природы.

Открытие периодического закона

17 февраля 1869г. - в этот день Д.И.Менделеев открыл периодический закон – так говорится во всех учебниках, справочниках, энциклопедиях… Но в этом утверждении содержится лишь доля истины. Собственно, тогда не было и речи об открытии закона. Понедельником, 17 февраля, ученый датировал таблицу «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве». Таблица еще была не периодической системой, а лишь ее прообразом. К четкой формулировке периодического закона и привычной для нас форме периодической системы Д. И. Менделеев шел два с половиной года, развивая основные положения учения о периодичности.

Однако, как Менделеев составил эту таблицу и пришел к ней, никто не знает. Есть несколько версий, основанных на личном архиве Дмитрия Ивановича. Наиболее убедительной я считаю версию, которую приводит советский философ и историк науки Б.М. Кедров в своей книге «День одного великого открытия».

Вот ее суть: вся работа по подготовке, разработке и оформлению таблицы была проделана Д. И. Менделеевым в течение одного-единственного дня 17 февраля. Это утверждение Б. М. Кедров обосновывает на протяжении большей части своей книги. Он приводит хронику событий, используя материалы, находившиеся в его распоряжении.

Утром 17 февраля Д. И. Менделеев намеревался отправиться в поездку для осмотра артельных сыроварен в Новгородской, Тверской и Московской губерниях. В те годы он живо интересовался вопросами сельского хозяйства и выполнял отдельные поручения Вольного экономического общества (ВЭО). Во время завтрака (около 9 ч) Д. И. Менделеев получил пакет из ВЭО с запиской секретаря Общества А, И. Ходнева. Поскольку в предшествовавшие дни он много размышлял о систематике элементов, то в момент получения письма у него возникли идеи, которые стали как бы исходной точкой разработки «Опыта системы...» На оборотной стороне записки Ходнева он делает первые наброски, и с этого момента вопрос о поездке отпадает: ученый целиком отдается работе, стремясь развить мелькнувшие у него мысли.

В течение первой половины дня он составляет «две неполные таблички элементов» .

Для набросков на ходнеевской записке Менделееву понадобилось 15-20 мин, а для составления табличек- 1,5-2 ч. В этот момент Д. И. Менделеева посещает профессор геологии Петербургского университета А. А.Иностранцев, которому Менделеев рассказывает о трудностях составления таблицы элементов. Так завершается первая половина дня.

Вторая половина дня: Д. И. Менделеев набрасывает список уточненных значений атомных весов элементов (20—30 мин). Затем в течение 2,5—3 ч изготовляет карточки, на которых записывает сведения об основных свойствах 63 известных элементов. Раскладывает «пасьянс» из карточек с целью нахождения рациональной формы таблицы и записывает «черновую» таблицу. На это уходит 4—5 ч. Переписывает ее начисто за 30—40 мин (этому предшествует кратковременный сон), «Беловую» таблицу, названную «Опытом системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве», (см. приложение, рис. 4) поздно вечером относит в типографию.

Резюме Б. М. Кедрова: «Значит, вся работа, как я предполагаю, была выполнена примерно в течение восьми с половиной — одиннадцати часов, что вполне укладывается в промежуток времени с 9 часов утра до 9 часов вечера, с коротким перерывом, вызванным приходом Иностранцева и отдыхом по окончании работы над «черновой» таблицей... Как мне кажется, [у Менделеева] имелась полная возможность в течение одного дня произвести все выкладки и записи, связанные с открытием периодического закона»

Теперь хотелось бы проанализировать содержание приведенных иллюстраций.

Сразу скажу: они представляются своего рода криптограммой, трудно поддающейся сколько-нибудь убедительной расшифровке. Как, например, трактовать запись в левом верхнем углу полулиста? Кедров расшифровывает ее как НСl=180. Но с тем, что крайний левый знак означает символ водорода, можно согласиться лишь с большой натяжкой. Далее Кедров комментирует: «Возможно, что сначала Дм. Ив. хотел записать молекулярный вес соляной кислоты НСl*8Н2О= 180, о которой говорилось в 1-й части «Основ химии»... Но может быть, это — удельный объем НСl в старом выражении... Затем он подписал К под Сl и тем самым сопоставил два полярно-противоположных элемента (галоген и щелочной металл), обладающих близкими атомными весами...».

Пусть приведенное выше толкование и содержит какие-то элементы истины, однако нет оснований принимать его как единственно возможное: Менделеев мог иметь в виду нечто совсем другое. Автор этих строк убежден: записи на письме Ходнева не могут рассматриваться как отправная точка открытия. Скорее всего, в разгар работы или даже позднее, уже после 17 февраля, Менделеев, пытаясь проверить какую-то мелькнувшую у него идею, сделал одному ему понятные наброски. Если бы они представляли для него ценность, то он нашел бы записке Ходнева подобающее место в своем архиве. Между тем она была обнаружена Б. М. Кедровым (вместе с официальным письмом, подписанным Ходневым) совсем в другом архиве и только в начале 1950-х гг. была передана в Архив Д. И. Менделеева.