Создатель периодической системы
Дмитрий Иванович Менделеев родился 27 января 1834 г. в Тобольске в семье директора гимназии. Дмитрий был в семье последним, семнадцатым ребёнком. Из семнадцати детей восемь умерли ещё в младенчестве (троим из них родители даже не успели дать имён), а одна из дочерей, Маша, умерла в возрасте 14 лет в середине 1820-х годов в Саратове от чахотки. В год его рождения отец ослеп и вынужден был оставить службу и уйти на скудную пенсию. Воспитание детей и все материальные заботы легли на плечи матери, женщины умной и энергичной. Она взяла на себя управление стекольным заводом брата, чтобы улучшить материальное положение семьи.
У деда Д. Менделеева было четверо сыновей. Все они имели разные фамилии, которые им давали в духовном училище учителя. В автобиографии Д. Менделеев писал: "Фамилия Менделеев дана отцу, когда он что-то выменял, как соседский помещик Менделеев менял лошадей. Учитель по созвучию "мену делать" вписал отца под фамилией Менделеев. Так мне рассказывали"
В год рождения Дмитрия отцу его было 51 год, а матери - 41 год. Митя, "младшенький", был любимцем матери. Он отличался впечатлительностью, хорошей памятью и способностью к счёту. Митя выходил победителем в играх, где требовалось смекалка, но больше всего он любил играть в учителя, причём своих "учеников" он строго наказывал.
В 1841 г. Менделеев по просьбе родителей (по возрасту, он ещё не подходил для учёбы) был принят со своим старшим братом в первый класс Тобольской гимназии. Учился он неровно, особенно не любил закон божий, но по математике, физике, истории успевал хорошо. Только благодаря совету гимназии он успешно переходил из класса в класс. На склоне лет, будучи опытным педагогом, Менделеев оценил мудрость своих учителей: «По нынешним временам, вероятно бы, меня много раз оставляли и даже исключили бы из гимназии, так как у меня из латыни очень часто были худые отметки ... но общая подготовка и должное развитие всё же у меня были, и оставление в классе только бы испортило, вероятно, всю мою жизнь. Дело обучения лежит на совести учителей».
Мать была самым любимым человеком Д. Менделеева. Она всегда понимала и любила его. В 1848 г. сгорел стекольный завод, которым управляла мать Дмитрия.
Окончив в 15 лет гимназию, Менделеев едет к брату матери в Москву, чтобы поступить в университет. Но, так как окончившие гимназию принимались только в университеты своего учебного округа, его не принимают в Московский университет. Оставшись почти без средств, Менделеев отправляется в Петербург. Не имея возможности поступить в Петербургский университет, Менделеев, по совету друга его отца, решил поступить в Медико-хирургическую академию. Но приступы тошноты и головной боли в анатомическом театре заставили его отказаться от этой мысли.
Оставался педагогический университет, который в своё время закончил его отец. Но и здесь его ждали неприятности. Набор студентов производился раз в два года, и осенью 1850 г. приёма не было. Пришлось обращаться в министерство с просьбой сделать Менделееву исключение. И его приняли на физико-математический факультет. Правда, пришлось дать расписку, что он обязуется отработать восемь лет после окончания института учителем.
Поступив на год позже, Д. Менделеев должен был догонять своих сокурсников и самостоятельно изучать большое количество материала. Огромное напряжение сказалось на его здоровье, он был вынужден в итоге повторить первые два года обучения.
Через несколько месяцев после того, как Менделеев стал студентом, умерла его мать. Шестнадцатилетний студент остался сиротой. Последними словами матери, ставшими Дмитрию заветом на всю жизнь, были: «Настаивай в труде, а не на словах».
С глубокой признательностью вспоминал Менделеев годы учёбы в институте. В институте он прослушал курс химии, который читал "дедушка русских химиков" А.А.Воскресенский, и работал под его руководством в лаборатории. Лекции по физике читал Э.Х.Ленц, по математике — М.В.Остроградский. В институте Менделеев выделялся необычайными способностями и трудолюбием. Иногда у него горлом шла кровь, и врачи полагали, что у него началась последняя степень чахотки. Он лежал в клинике педагогического института, где он учился, когда однажды во время обхода главный лекарь, думая, что Менделеев уснул, сказал директору: "Ну этот-то уже не поднимется...". А "этот", услышав свой приговор, сел на кровати, достал тетради и тут же погрузился в записи с лекциями. Институтские друзья сумели устроить для Менделеева аудиенцию у придворного медика Здекауэра, и тот, прослушав его, деликатно посоветовал ехать на юг.
Его направляют в Симферополь, но в связи с начавшейся Крымской войной, он вынужден был вскоре перевестись в Одессу учителем Ришельевской гимназии. В Крыму Менделеев показался Пирогову. Великий врач с неожиданной внимательностью осматривает столь странного здесь пациента и... дарует ему жизнь! Менделеев навсегда запомнил то, что сказал ему Пирогов: "Нате-ка вам, батенька, письмо вашего Здекауэра. Сберегите его, да когда-нибудь ему и верните. И от меня поклон передайте. Вы нас обоих переживете".
Полгода в Одессе, и вот Менделеев вновь в Петербурге. Приехал он не с пустыми руками: работа, которую он привёз — тончайшее и кропотливейшее исследование по удельным объемам.
В возрасте 21 года Менделеев блестяще выдержал выпускные экзамены, Учёный совет присудил ему титул "Старший учитель" и наградил золотой медалью. Менделеев стал читать курс органической химии в Петербургском университете. А его дипломная работа о явлении изоморфизма была признана кандидатской диссертацией.
9 сентября 1856 г. Менделеев защитил в Петербургском университете магистерскую диссертацию "Удельные объёмы", сыгравшую важную роль в утверждении в химии закона Авогадро.
Лето 1857 г. Менделеев провёл в Финляндии, на даче у родителей своей невесты Сонечки Каш. Сонечка была очень молода и наивна, она не хотела расставаться с папенькой и маменькой и возвратила жениху обручальное кольцо и подарки. Менделеев был потрясён до глубины души, т.к. он был искренне влюблён и вообще по натуре был человеком, которому были чужды ухищрения и холодный расчёт. От случившегося он даже заболел, но любимая работа вернула его в привычную колею.
В 1857 г. он становится приват-доцентом Петербургского университета, а через два года за свои выдающиеся достижения был направлен для завершения научной подготовки заграницу.
В 1859-1861 годах он находился в командировке в Гейдельберге "для усовершенствования в науках", работал в лабораториях Бунзена и Кирхгофа. С помощью созданного этими учёными спектрального анализа оказалось возможным открывать новые элементы. Бунзен, занятый своими опытами, встретил молодого русского коллегу вежливо, но сдержанно. А в лаборатории, где Менделееву выделили место, было всё как нельзя более нескладно: в тесноте толпились студенты, не хватало посуды, реактивов. Менделеев тотчас понял, что здесь он лишь потеряет время. С видом глубочайшего сожаления сказал Бунзену, что он нездоров, поблагодарил за столь радушное гостеприимство и тут же съехал с университетской квартиры. А вскоре снова в путь. На этот раз — в Париж, к мсье Салерону — тому самому Салерону, лучше которого никто не мог делать химические приборы и инструменты. Менделееву нужны были самые точные из всех точных весов, потому что для его работы не годились другие. Вернувшись в Гейдельберг, он снял крохотную комнатенку под лабораторию и углубился в работу.
В Гейдельберге Иван Сеченов, Александр Бородин и Дмитрий Менделеев - маленькая "могучая кучка" - с увлечением занимались химией. Позже к ним присоединился Илья Мечников. Они дали клятву помогать друг другу и сдержали её.
Особенно Менделеев сблизился с Бородиным, который отлично писал маслом и рисовал, лепил, играл на многих музыкальных инструментах, был композитором.
В Гейдельберге у Менделеева был роман с актрисой Агнессой Фойхтманн, которой он впоследствии посылал деньги на ребёнка, хотя в своём отцовстве уверен не был.
В 1860г. появились в печати две статьи Менделеева по проблемам физической химии. В этом же году он принял участие в знаменитом Международном конгрессе химиков в Карлсруэ, цель которого - обсудить и преодолеть смешение понятий атомных, эквивалентных и молекулярных масс. Данная Канниццаро интерпретация молекулярной теории Авогадро побудила химиков заняться изучением связи между свойствами простых тел и атомными массами элементов.
В 1860-61г.г. Менделеев открыл существование "температуры абсолютного кипения жидкостей", которая была позднее названа критической температурой.
С подругой своей сестры Ольги Феозвой Лещёвой он познакомился ещё в Тобольске. Сделав ей предложение, Менделеев начинает сомневаться в правильности этого. Но он не умел причинять другим боль и решает жениться. В 1862 г. Менделеев обвенчался с Ф.Н. Лещёвой (падчерицей знаменитого автора «Конька-Горбунка» Петра Павловича Ершова). Она была старше его на шесть лет. Свадебное путешествие новобрачные провели в Европе за 1000 рублей Демидовской премии, полученной Менделеевым в предыдущем году за первый в России учебник «Органическая химия».
Несмотря на несходство характеров, они были счастливы в первые годы супружества. В этом браке родились три ребёнка: дочь Мария (1863) — она умерла в младенчестве, сын Володя (1865—1898) и дочь Ольга (1868—1950). Впоследствии в их отношениях возникли осложнения. Менделеев всю жизнь заботился о своей бывшей жене (она умерла за несколько месяцев до его смерти) и о детях — сыне Владимире и дочери Ольге.
В 1863г. вышел его учебник "Органическая химия" — первый русский учебник по этой дисциплине, который был удостоен Демидовской премии.
Став в этом же году профессором химии Петербургского технического института, Менделеев в своих лекциях активно выступал за промышленное развитие России. "Лучшее время жизни и её главную силу взяло преподавательство" - говорил Менделеев в конце своей жизни.
В 1865 г. он защитил докторскую диссертацию на тему” О соединениях спирта с водой" и стал профессором неорганической химии Петербургского университета (1867 г.). В стенах Петербургского университета Менделеев проработал 23 года и сделал свои основные открытия. Преподавал Менделеев и в других высших учебных заведениях. Принимал активное участие в общественной жизни, выступая в печати с требованиями о разрешении чтений публичных лекций, протестовал против циркуляров, ограничивающих права студентов, обсуждал новый университетский устав.
В 1865 году учёный приобрел имение Боблово в Московской губернии, где занимался агрохимией и сельским хозяйством. Менделеев был одним из организаторов Русского химического общества (1868).
В 1868-1871г.г. вышли три выпуска "Основ химии”, этой энциклопедии химических знаний того времени. "В них мой образ,– писал Менделеев,– мой опыт педагога и мои задушевные мысли”.
Книга выдержала 13 изданий, была переведена на английский, немецкий, французский языки и оказала большое влияние на состояние химической науки. В 1871-72г.г. Менделеев написал серию работ, посвящённых изучению газов.
Менделеев был сторонником изнуряющего стиля в работе, всем доказывая, что непрерывные долгие усилия необходимы, даже если вредят здоровью. В 26 лет, работая над книгой "Органическая химия", он не отходил от письменного стола два месяца. Знаменитые "Основы химии" писал тоже неистово, склонившись над бумагой, кричал во весь голос, угрожая математической формуле: "У-у-у, рогатая! Ух, какая рогатая. Я тебя одолею...". В его трудолюбии, терпении и упорстве была какая-то богатырская сила. А когда его называли гением, он морщился, махал руками и ворчал: "Какой там гений! Трудился всю жизнь, вот и стал гением". Поворчать он любил. В лаборатории бранил студентов: "Ни одна кухарка не работает так грязно, как вы... "
Своим предшественникам в деле создания периодической системы элементов Менделеев считал С. Канниццаро, "так как установленные им атомные веса дали необходимую точку опоры".
Трое суток, почти без отдыха, проработал Менделеев, но интуитивно чувствовавшаяся им закономерность в таблицу не складывалась. Крайняя усталость свалила его с ног, и он заснул. "Вижу во сне таблицу, где все элементы расставлены, как нужно. Проснулся, тотчас записал на клочке бумаги, - только в одном месте оказалась нужна поправка". Говорят, что легенду, будто бы Периодическая таблица приснилась ему во сне, Менделеев придумал сам, для настырных поклонников науки, не понимающих, что такое озарение.
Периодическая система элементов родилась 1 марта 1869 г., а уже в августе Менделеев придал таблице тот вид, к которому мы привыкли. Известные в то время элементы были размещены так же, как и сейчас. Это было самое главное в открытии Менделеева, позволявшее связать воедино все казавшиеся до этого разрозненными группы элементов. Неожиданные сбои в этом периодическом ряду Менделеев совершенно правильно объяснил тем, что науке известны ещё не все химические элементы. В своей таблице он оставил незаполненные клеточки, однако предсказал атомный вес и химические свойства предполагаемых элементов. Он также поправил ряд неточно определенных атомных масс элементов, и дальнейшие исследования полностью подтвердили его правоту.
В 1869 г. Н.А. Меншуткин представил членам Русского химического общества небольшую работу Менделеева «Соотношение свойств с атомным весом элементов». Сам Менделеев на заседании не присутствовал (его не было в Петербурге), поэтому он не был свидетелем того, как равнодушно его коллеги восприняли это сообщение. Позднее Пауль Вальден писал: «Большие события слишком часто встречают незначительный отклик, и тот день, который должен был стать знаменательным днём для молодого Русского химического общества, в действительности оказался обычным будничным днём».
В 1869г. Менделеев в статье "Соотношение свойств с атомным весом элементов" впервые в истории естествознания привёл систему химических элементов, которая оказала основополагающее влияние на дальнейшее развитие химии. Менделеев разместил элементы в порядке возрастания их атомных масс. Он избрал этот принцип, потому что проанализировал работы Дальтона по установлению связи между качественными и количественными свойствами веществ. Важнейшим из количественных свойств элементов, известных в то время, была атомная масса. Менделеев считал, что свойства элементов и их соединений периодически зависят от величины атомных масс элементов. Этот закон лёг в основу периодической системы элементов.
Всю жизнь Менделеева занимал вопрос: почему, собственно, периодическая система должна начинаться с водорода? Что мешает существованию неких элементов с атомным весом меньше единицы? Не имея возможности это объяснить, он в 1905 году в качестве «начального» элемента назвал мировой эфир, поместив его в нулевую группу над гелием.
Менделеев знал, что атомная масса лишь приблизительно определяет положение элементов в таблице. И всё же каким-то одному ему известным способом он сумел их упорядочить, а уже затем пронумеровал. Но имеет ли эта нумерация глубокий смысл, существует ли глубокая внутренняя связь между химическими свойствами элемента и его порядковым номером в таблице? За сто с лишним лет существования таблицы нумерация элементов в ней ни разу не изменялась. Разгадку такой устойчивости таблицы удалось найти лишь через 44 года. В 1913 году голландец Ван ден Брук (1870 - 1926) опубликовал работу, в которой высказал предположение: порядковый номер элемента в таблице Менделеева равен заряду ядра его атомов»
В этом же 1913 - ом году, изучая рентгеновские спектры различных элементов, доказал эту гипотезу один из лучших учеников Резерфорда Генри Гвин Джефферс Мозли (1887 - 1915). Мозли не завершил своё исследование : в солнечный день 10 августа 1915 года в бухте Сува на Дарданеллах в окопах под Галлиполи офицер связи сапёрной роты Генри Мозли был убит прямым попаданием в голову. После работ Мозли система химических элементов была установлена окончательно, и оставалось только понять её особенности.
Периодичность созданной системы химических элементов и последовательное применение периодического закона при изучении различных веществ является главным отличием работы Менделеева от аналогичных исследований других учёных.
Установление периодического закона исключило случайность в изу-чении химических элементов. Менделеев не только открыл периодический закон и построил периодическую систему элементов, но и способствовал устранению пробелов в таблице и улучшению её. В 1871г. он существенно уточнил массы двадцати из известных в то время шестидесяти элементов. "Законы природы исключений не терпят"- говорил он.
Открытие галлия (1875) и германия (1886) подтвердило объективный характер периодического закона. В 1890 г. закон получил всеобщее признание. В этом же году, после 23 лет преподавания, Менделеев вынужден был уйти из Петербургского университета вследствие конфликта с министром народного просвещения, отказавшимся во время студенческих волнений принять переданную Менделеевым петицию студентов.
Новые сведения о строении атома, полученные в начале 20-го века уточнили периодический закон и позволили глубже понять его смысл.
С открытием периодического закона химических элементов химическая теория получила относительное завершение. Во времена классической химии основополагающими были три закона: закон сохранения массы, закон постоянных отношений элементов в веществах и долгое время не признававшийся закон Авогадро. Во второй половине 19-го века химическая теория обогатилась учением о строении органических соединений и периодическим законом. Научное рассмотрение производственных процессов превратило химию в непосредственную производительную силу. Большая заслуга в этом принадлежит Менделееву.
Открытие Д. И. Менделеевым в 1869 г. Периодического закона стало не только одним из крупнейших событий в истории химии XIX столетия, но и в известном смысле одним из самых выдающихся достижений человеческой мысли минувшего тысячелетия. И вместе с тем этот закон и Периодическая система химических элементов все ещё остаются для нас загадкой. До сих пор не удается понять глубокие физические причины периодичности, в частности, причины периодической повторяемости сходных электронных конфигураций атомов, хотя ясно, что феномен этот связан с непространственной динамической симметрией атомных систем. До сих пор ясно не очерчены границы применимости Периодического закона, и, в частности, не выяснено, какой тип свойств соединений какого структурного или топологического класса (или классов) изменяется периодически и почему.
Отдельные учёные в ряде стран, особенно в Германии, соавтором открытия считают Лотара Мейера. Существенное различие этих систем заключается в том, что таблица Л. Мейера — это один из вариантов классификации известных к тому времени химических элементов; выявленная Д. И. Менделеевым периодичность — это система, которая дала понимание закономерности, позволившей определить место в ней элементов, неизвестных в то время, предсказать не только существование, но и дать их характеристики.
Работая над проблемой состояния газов при высоком давлении, Менделеев вывел уравнение состояния газов (1874 г.), которое имело более общий вид, чем известное уравнение Клапейрона (1834 г.) (уравнение Клапейрона-Менделеева).
20 января 1877 г. непременный секретарь академии К. С. Веселовский уведомил ученого об избрании его членом-корреспондентом Академии наук "по разряду физических наук" и препроводил ему диплом на латинском языке. В русском переводе текст диплома звучал так: "Императорская Санкт-Петербургская Академия наук, согласно установленному порядку, избрала своим членом-корреспондентом по разряду физики славнейшего мужа Дмитрия Ивановича Менделеева, ординарного профессора химии Императорского Санкт-Петербургского университета, за исключительные заслуги в развитии наук и публично утвердила избрание декабря 29 дня 1876 г."
6 февраля 1880 г. химия понесла огромную утрату: скончался Н. Н. Зинин. При физико-математическом отделении академии освободилась кафедра технологии и химии. В шестимесячный срок она должна была быть заполнена. П. Л. Чебышев, Ф. В. Овсянников, Н. И. Кокшаров и А. М. Бутлеров подали представление об избрании в экстраординарные академики Д. И. Менделеева. В этом документе подробно перечислялись заслуги учёного. Баллотирование состоялось 11 ноября того же года. "Не признан избранным", — гласило заключение протокола голосования. Реакция русской общественности на случившееся событие оказалась мгновенной и исключительно резкой. Многие научные общества и университеты один за другим незамедлительно избрали Менделеева своим почётным членом. Из разных уголков России на его имя поступали телеграммы с выражением глубокого уважения и сочувствия.
Вопрос об избрании Менделеева в академики вставал ещё раз в декабре 1899 г. К тому времени он состоял уже членом десяти академий, почётным членом пяти университетов, нескольких десятков научных обществ разных стран. Менделеев в резкой форме раз и навсегда отказался от баллотирования в академию.
Именно в это время возник его интерес к Анне Ивановне Поповой, бывавшей в их доме вместе со своей подругой, учительницей музыки дочери Менделеева Ольги. Анна была образованна, хорошо понимала живопись. Непринуждённо и свободно она чувствовала себя на вечерах, которые устраивались каждую среду в доме Менделеева, где собирались известные художники — Репин, Шишкин, Куинджи, друзья Менделеева.
Она была дочкой казачьего полковника и не походила на всех девушек, которых он встречал прежде. Была стройна, нетороплива, под густыми чёрными бровями светились большие серые глаза, а голову украшали длинные, тяжёлые косы. В Петербург она приехала, чтобы поступить в Академию художеств, и осталась в этом городе навсегда. Он влюбился в неё как мальчишка. Отец её, приехав в Петербург из Урюпинска, узнал, что его дочь и Менделеев любят друг друга. Однако надежд у них никаких не было. Феозва развод давать не соглашалась, и отец Анны велел ей потребовать у Менделеева, что он не будет искать с ней встреч. Менделеев обещал. Но обещал зря. Он просто не мог сдержать своё слово. Отец Анны предпринимает ещё один шаг: он отправляет дочь на зиму в Италию. А Менделееву подошло время ехать в Алжир — на химический съезд. Его друг — Бекетов, видя безнадежное отчаяние, с которым Менделеев собирался в дорогу, не вытерпел и помчался к Феозве в Боблово. На что он рассчитывал, зная её, было непонятно, однако вопреки всякой разумной логике сумел убедить её предоставить свободу мужу. Заручившись согласием на развод, Бекетов на крыльях полетел в Петербург и едва-едва застал Менделеева перед отъездом на пристань.
Пароход причалил в Алжире, но Менделеева на борту не было. Он был в Риме. Возле Анны. Из Рима — лишь бы остаться вдвоем, они кинулись в Африку, очутились в Египте, потом — в Испании.
Но до полного счастья было ещё далеко. Церковь наложила на брак Менделеева епитимью — запрет, и он семь лет не имел права жениться. Через год кронштадтский священник нарушил этот запрет и обвенчал Дмитрия Ивановича с Анной Ивановной Поповой и на другой же день в наказание был лишён своего сана. Вот такая у них была любовь. Во втором браке у Д. И. Менделеева родилось четверо детей: Любовь (1881), Иван (1882) и близнецы Мария и Василий (1884).
Исследования газов направили внимание Менделеева на изучение высотных слоев атмосферы. Так Менделеев пришёл к идее построения высотного аэростата, на котором хотел подняться в стратосферу. 7 августа 1887г. Менделеев совершил полёт на аэростате в Клину для изучения солнечного затмения. Международный комитет по аэронавтике в Париже за этот полёт удостоил Д. И. Менделеева медали французской Академии аэростатической метеорологии.
Менделеев ни в чём не терпел небрежности и легкомыслия. При этом он любил веселье, общество, музыку и литературу. Почти в пятьдесят лет он, не испугавшись пересуд общества, женился на семнадцатилетней девушке - татарке.
Менделеев отличался широтой интересов. Много внимания он уделял решению таких вопросов, как переработка нефти, подземная газификация угля, развитие угольной промышленности и металлургии.
Намереваясь усовершенствовать нефтедобывающее производство, Менделеев предпринял поездку в Америку, где знакомился с постановкой дела в нефтедобывающей промышленности. Заглядывая в будущее, он видел в нефти драгоценное сырьё для получения большого количества нужных органических продуктов. В связи с этим он произнёс вещие слова: топить нефтью всё равно, что топить ассигнациями.
В 1887 г. вышло его классическое сочинение "Исследование водных растворов по удельному весу".
В 1889 г. Лондонское химическое общество пригласило Менделеева прочитать фарадеевскую лекцию "О периодической законности химических элементов". Эта лекция оставила яркий след в истории учения о периодичности.
О популярности Менделеева среди студентов говорит тот факт, что у него в 1879 году было 384 слушателя, хотя аудитория была рассчитана на 100 человек.
