CC BY
256
£ ■о-
Дмитрий Менделеев -великий химик и государственник России
К 180-летию со дня рождения Дмитрия Ивановича Менделеева
Начало жизненного пути
Дмитрий Иванович Менделеев родился 27 января (8 февраля) 1834 г. в селе Верхние Аремзяны неподалеку от Тобольска семнадцатым и последним ребенком в семье Ивана Павловича Менделеева, в то время занимавшего должность директора Тобольской гимназии и училищ Тобольского округа. Дед Дмитрия по отцовской линии был священником и носил фамилию Соколов, фамилию Менделеев получил отец Дмитрия в духовном училище в виде прозвища, что соответствовало обычаям того времени. Мать Менделеева, Мария Дмитриевна, происходила из старинного, но обедневшего купеческого рода Корнильевых.
В 1850 г. Д.И. Менделеев поступил на отделение естественных наук физико-математического факультета Главного педагогического института в Санкт-Петербурге. Среди профессоров института были тогда такие выдающиеся ученые, как физик Э.Х. Ленц, химик А.А. Воскресенский, математик Н.В. Остроградский. В 1855 г. Менделеев окончил институт в 21 год с золотой медалью и был назначен старшим учителем гимназии в Симферополь, но из-за начавшейся Крымской войны перевелся в Одессу, где работал учителем в Ришельевском лицее.
В 1856 г., в 22 года, Менделеев блестяще защитил в Санкт-Петербургском университете магистерскую диссертацию на тему «Изоморфизм в связи с другими отношениями формы к составу», в 1857 г. был утвержден приват-доцентом этого университета и читал там курс органической химии. В 1859-1861 гг. молодой 25-летний ученый находился в научной командировке в Германии, где работал в лаборатории Р. Бунзена и Г. Кирхгофа в Гейдельбергском университете. К этому периоду относится одно из важных открытий Менделеева - определение «температуры абсолютного кипения
8 февраля 2014 г. исполнилось 180 лет со дня рождения великого русского ученого-энциклопедиста Дмитрия Ивановича Менделеева, автора Периодической системы элементов, открытие которой стало фундаментом всей современной химии. Биография Менделеева демонстрирует поистине безграничные возможности человеческого разума. «Сам удивляюсь, чего я только не делывал на своей научной жизни. И сделано, думаю, недурно» — так оценивал себя сам Дмитрий Иванович
Периодический закон явился фундаментом, на котором Менделеев создал свой учебник. При жизни Менделеева «Основы
химии» издавались в России восемь раз
жидкостей», известной ныне под названием критической температуры.
Вернувшись в Россию в 1861 г., Менделеев продолжил чтение лекций в Санкт-Петербургском университете. В 1861 г. на базе собственного курса лекций им был создан первый учебник по органической химии на русском языке, удостоенный академией наук Демидовской премии. В 1864 г. Менделеев был избран профессором химии Санкт-Петербургского технологического института. В 1865 г., в возрасте 31 года, он защитил докторскую диссертацию «О соединении спирта с
водой» и тогда же был утвержден профессором технической химии Санкт-Петербургского университета, а через два года возглавил кафедру неорганической химии.
Приступив к чтению курса неорганической химии в Петербургском университете, Менделеев, не найдя ни одного пособия, которое мог бы рекомендовать студентам, начал писать свой классический труд «Основы химии». В предисловии ко второму выпуску первой части учебника, вышедшему в 1869 г., Менделеев привел таблицу элементов под названием
«Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве», а в марте 1869 г. на заседании Русского химического общества Н.А. Меншуткин (один из основателей и делопроизводитель Русского химического общества) доложил от имени Менделеева его Периодическую систему элементов. Периодический закон явился фундаментом, на котором Менделеев создал свой учебник. При жизни Менделеева «Основы химии» издавались в России восемь раз, еще пять изданий вышли в переводах на английский, немецкий и французский языки.
Величайший закон современного
естествознания
История сурова. Она придирчиво сортирует все, что найдено и создано человеком. Очень немногое она хранит в течение века. Удивительная и привычная простота и четкость менделеевской таблицы из школьного учебника наших дней скрывает теперь от нас ту непостижимую, гигантскую, кропотливую работу по освоению и переработке всего, что было найдено и познано до Менделеева, которую пришлось ему выполнить, чтобы стала возможной и осуществимой гениальная интуитивная догадка о существовании в мире закона периодичности свойств элементов.
В 1869 г., когда Дмитрию Ивановичу Менделееву исполнилось 35 лет, он совершил главное открытие своей жизни.
Вопрос о методе работы гения, конечно, очень интересен и важен. Много серьезных научных исследований было посвящено истории открытия Менделеева. Если поверить ему самому, то все было очень просто: нужно было только расположить все элементы в ряд по возрастанию их атомных весов - и периодическая повторяемость их химических свойств сразу себя наглядно проявила. Для этого достаточно быть хорошим химиком, знать химию.
Так ли это было на самом деле? Вряд ли. Скромность великого ученого может ввести в заблуждение.
Мы теперь знаем более 100 элементов. В 1869 г. на своем первом листочке Менделеев разместил всего только 63 элемента, но уже и тогда оставил четыре пустых места. А из всех этих известных тогда элементов достаточно хорошо изученными, такими, у которых были надежно определены атомные веса, можно считать всего только 48 элементов. Атомный вес всех остальных элементов был из-
£ Со-
вестен химикам времен Менделеева неточно или неверно. Совокупность всех знании об элементах в то время не могла привести «хорошего химика» к периодичности.
Расположив элементы в ряд по возрастанию неверных (о чем тогда никто не знал) значений атомных весов, ни один химик в мире не мог бы обнаружить никакой общей закономерности в их свойствах, тем более что о существовании еще не известных элементов в те времена вообще никто не мог подозревать.
У Менделеева были предшественники. Много больших и славных ученых, заслуженно ставших известными за свои попытки установить закономерность в мире химических элементов, искали истину. Они много сделали для подготовки открытия великого закона природы, много важных отдельных закономерностей было ими подмечено. Но великая тайна осталась для них недоступной.
Все они хорошо знали химию, но этого было мало. Они не подозревали, что во всей необъятной сложности сведений, накопленных наукой, есть «пустые места» и грубые ошибки. Эти пустые места и грубые ошибки нельзя
было преодолеть без периодического закона, а закон нельзя было вывести, пока были пустые места и грубые ошибки. Его нельзя было открыть, опираясь только на известное. Нужна была прозорливость гения, способного почувствовать великий порядок в видимом хаосе уже познанных свойств вещества. Нужна была непостижимая способность к обобщению, чтобы в бесконечном многообразии увидеть всеобъемлющую простоту закона. Нужна была могучая интуиция, продвигающая познание за пределы известного. Нужна великая научная смелость. В науку должен был прийти Менделеев.
Немало законов природы открыто человеком. Они различны и по объему познанного, и по тому, в каких областях познания мира они действенны. Их трудно сравнивать между собой. Но есть все же непреложный критерий сравнения: законы можно сравнивать по самому главному - по возможности предсказания нового, предвидения неизвестного.
Закон Менделеева в этом не имеет равных себе. Даже при самой первой формулировке закона - при составлении первого варианта периодической
таблицы - Менделеев должен был основывать размещение элементов в таблице на предсказаниях, вытекающих из самого периодического закона. Для того чтобы расположить химические элементы на самом первом листочке в соответствии с периодическим законом и построить свою первую периодическую таблицу, Менделеев оставил в ней пустые места и принял новые значения атомных весов для многих элементов. По существу, уже это было предсказанием.
Эти пустые места и исправленные значения атомных весов, определяющие положение химических элементов в системе, были абсолютно недопустимы с точки зрения химика прошлого столетия и абсолютно необходимы для установления периодического закона.
Чтобы решиться на столь далеко идущие предсказания, каждое из которых должно быть доказано, нужна страстная вера в истинность, в свою правоту, нужны непревзойденная решимость и смелость. Это и отличает Менделеева от всех его предшественников, которые не соглашались с ним или оспаривали приоритет открытия. Никто из них не смог подняться до воз-
к
-о1
можности предсказания. Лотар Мей-ер, видный немецкий исследователь, ближе других подошедший к обнаружению естественного закона химических элементов, критикуя взгляды Менделеева, считал, что вообще «было бы поспешно изменять доныне принятые атомные веса на основании столь непрочного исходного пункта», имея в виду периодический закон.
Почти 40 лет работал Менделеев над открытием и развитием периодического закона. Основываясь на своей уве-
ренности в его истинности, в том, что это подлинный закон природы, Менделеев сам предсказал существование 12 новых неизвестных науке элементов, о которых никто в мире до него и подозревать не мог. Он не только подробно описал свойства некоторых элементов и свойства их соединений, но даже предсказал те способы, при помощи которых они впоследствии будут найдены. Интересно, что уже в первом издании «Основ химии» Менделеев предусмотрел пять свободных
мест за ураном в конце таблицы, как будто почти за 100 лет предвидел открытие трансуранов.
Уже только предсказания Менделеева стали великой задачей для химии на будущее. Указан был путь направленного поиска. Химики после Менделеева знали, где и как искать неизвестное. Он научил химию предвидеть. Много больших ученых, пользуясь методом Менделеева, следовали его примеру и тоже предсказывали и описывали неизвестные, еще не найденные элементы. Все предсказанное на основе периодического закона самим Менделеевым и его последователями - все новые элементы, все подтвердилось. История науки не знает другого подобного триумфа.
О соединении спирта с водой
Вокруг Менделеева всегда ходило множество легенд. Вопреки одной из них водку он вовсе не изобретал - она существовала задолго до него. Он лишь рассчитал идеальное соотношение спирта с водой - 38 градусов, но для упрощения расчетов налога на алкоголь чиновники округлили его до 40.
Что же было на самом деле? В 1864 г. Д.И. Менделеев защитил диссертацию «Рассуждение о соединении спирта с водою». Эта монография была его первой серьезной работой по растворам и, как оказалось впоследствии, она явилась основой для создания гидратной теории растворов. Но отыскать в этом труде обоснование рецепта «идеальной» русской водки при всем старании не удастся. В нем есть лишь указание на специфические свойства смеси из одной части спирта и трех частей воды, однако данный молекулярный состав никоим образом не соответствует 40 объемным процентам.
Воздухоплавание
Изучение Д.И. Менделеевым разреженных газов стало исходной точкой для нескольких исследовательских направлений:
- физика жидких и газовых сред (сопротивление среды);
- метеорология;
- измерение температуры верхних слоев атмосферы.
В 1878 г. Д.И. Менделеев публикует работу «О сопротивлении жидких и газовых сред». Н.Е. Жуковский выделил эту работу как капитальное руководство при изучении кораблестроения, воздухоплавания и баллистики.
Задолго до создания герметической гондолы покорителем стратосферы Огюстом Пикаром Менделеев в одной
Вокруг Менделеева всегда ходило множество легенд. Вопреки одной из них, водку он вовсе не изобретал, она существовала задолго до него. Он лишь рассчитал идеальное соотношение спирта с водой - 38 градусов
из своих статей выдвинул идею «прикреплять к аэростату герметически закрытый, оплетенный, упругий прибор для помещения наблюдателя, который тогда будет обеспечен сжатым воздухом и может безопасно для себя управлять шаром». В 1887 г. (53 года) под руководством Менделеева был построен воздушный шар «Русский», на котором он совершил полет для проведения метеорологических замеров и наблюдения солнечного затмения. Стартовав возле Клина, он приземлился в Тверской губернии. Этот полет обсуждался во всем мире, а Французская академия метеорологического воздухоплавания присудила ему диплом «За проявленное мужество при полете для наблюдения солнечного затмения».
Нефть и уголь
В 1876 г., когда единственным ценившимся нефтепродуктом был керосин, используемый только для освещения, Д.И. Менделеев писал: «Мне рисуется в будущем нефтяной двигатель, размерами и чуть-чуть не ценою немного превышающий керосиновую лампу, он родит движение, когда нужно...», писал о выгодности и удобстве двигателя, под поршнем которого взрывается смесь воздуха и летучих частей нефти, то есть бензина.
Пристальное внимание его как ученого сосредотачивается на нефти, и еще в 1863 г. Д.И. Менделеев начинает исследования бакинской нефти, дает ценные рекомендации как по ее переработке, так и транспортировке. По мнению Менделеева, перекачка нефти и керосина по трубопроводам и перевозка по воде в наливных судах должны были резко сократить транспортные расходы.
Менделеев стоял у истоков создания трубопроводного транспорта, он считал, что строительство трубопроводов обеспечит надежную основу развития нефтяной промышленности и выведет российскую нефть на мировой рынок.
В 1876 г. он выезжает в США для знакомства с нефтяным делом, результатом этой поездки стала книга «Нефтяная промышленность в Севе-ро-Американском штате Пенсильвания и на Кавказе» (1877).
В 1880 г. Д.И. Менделеев командируется на Кавказ, к этому времени у него складывается своя гипотеза образования нефти, которая была опубликована в материалах Венского геологического института.
Его отчет «Бакинское нефтяное дело» стал, по сути дела, последним его крупным исследованием по нефти,
которой он интересовался и так много занимался в течение десяти лет.
В 1880 г. имело место публичное (отраженное в печати) столкновение Д.И. Менделеева с Людвигом Нобелем - владельцем механического завода в Петербурге и главой нефтяного «Товарищества братьев Нобель» (братом изобретателя динамита Альфреда Нобеля) - крупнейшего производителя керосина. В этом производстве бензин и тяжелые остатки считались бесполезными отходами и уничтожались.
И вот эти-то бросовые остатки Д.И. Менделеев предлагал превращать в масла, которые в три-четыре раза были дороже керосина. Это могло нанести удар по нефтяной империи Нобелей, так как его российские конкуренты могли бы тогда успешно с ним соперничать при гораздо меньших затратах.
Во время этой полемики Д.И. Менделеева поддержал русский промышленник В.И. Рогозин, который в соответствии с рекомендациями ученого начал на построенном на Волге заводе полностью перерабатывать нефть, получая из нее кроме керосина смазочные масла хорошего качества.
В 1881 г. Д.И. Менделеев сконструировал нефтеперегонный куб непрерывного действия емкостью 100 пудов, испытания которого прошли на заводе Рогозина вблизи Ярославля; затем в 1982 г. аппарат был установлен под Москвой на нефтеперегонном заводе Губонина.
Это был первый куб непрерывного действия в нефтеперегонной промышленности. Когда в 1883 г. Нобель установил на своем заводе в Баку кубовую батарею для непрерывного процесса перегонки нефти, фирма сообщила,
что ей удалось применить «...не известную дотоле ни в Америке, ни в Европе систему непрерывной перегонки нефти в последовательно сообщающихся кубах».
Аппарат был широко разрекламирован под названием «нобелевская батарея», в действитель- , ности же ее сконструировал известный русский инженер В.Г. Шухов на основе принципа аппарата непрерывного действия Д.И. Менделеева.
В 1882 г. Д.И. Менделеев начал заниматься вопросами развития каменноугольной промышленности. Идея подземной газификации каменного угля впервые зародилась у Д.И. Менделеева, судя по его записным книжкам, в начале 80-х гг. XIX в., когда Д.И. Менделеев отметил, что достаточно поджечь уголь под землей, превратить его в светильный, или генераторный, или водяной газ и отвести его по трубам из бумаги, пропитанной смолой и обвитой проволокой.
В 1888 г., обобщая свои труды по исследованию каменноугольных богатств Донбасса, в статье «Будущая сила, покоящаяся на берегах Донца» Д.И. Менделеев писал: «Настанет, вероятно, со временем далее такая эпоха, что угля из земли вынимать не будут, а там, в земле, его сумеют превращать в горючие газы и их по трубам будут распределять на далекие расстояния».
В конце 90-х гг. Д.И. Менделееву пришлось участвовать в исследовании подземных пожаров, возникавших от самовозгорания угля на Урале. Исследования эти помогли ему в 1899 г. сформулировать весьма важные выводы о сущности химического процесса подземной газификации угля как о наиболее рациональном методе промышленной организации этого процесса. Д.И. Менделеев писал: «По поводу этих пожаров каменноугольных пластов мне кажется, что ими можно пользоваться, управляя ими и направляя дело так, чтобы горение происходило, как в генераторе, то есть при малом доступе воздуха. Тогда должна происходить окись углерода, и в пласте должен получиться воздушный или генераторный газ».
В труде «Учение о промышленности», вышедшем в 1900 г., Д.И. Менделеев придает особое значение сочетанию газификации углей и электрификации. Он особенно подчеркивает важность этого дела для Москвы, предлагая посредством подземного газа «получать
электрический ток около копей и проводить его до Москвы».
Принципиальные положения
Д.И. Менделеева о сущности процесса подземной газификации углей и о методе промышленной организации этого процесса и управления им легли в основу всей последующей научной и практической работы в этой области вплоть до середины 60-х гг. XX в.
Сам Д.И. Менделеев писал, что он имел три службы родине:
Первая служба «в научной известности, составляющей гордость не одну мою личную, но и общерусскую, так как все главнейшие научные академии, начиная с Лондонской, Римской, Парижской, Берлинской, Бостонской, избрали меня своим сочленом, как и многие ученые общества России, Западной Европы и Америки, всего более 50 обществ и учреждений».
Следует добавить, что к концу жизни Д.И. Менделеев получил свыше 130 дипломов и почетных званий от русских и зарубежных академий, университетов, научных обществ и организаций. Единственная уважаемая академия, действительным членом которой хотел стать и не стал Д.И. Менделеев, - Российская академия наук.
Вторая служба, «преподавательство», которое взяло «лучшее время жизни и главную ее силу».
Третья служба - советовать; это был его своеобразный способ вме-
шиваться в государственные дела, в хозяйственную жизнь страны.
Масштабность натуры Дмитрия Ивановича не позволяла ему ограничиваться кабинетными трудами, его всегда манила практическая к сторона дела. К концу 1880-х гг. к у Менделеева складывается А целостная система взглядов В на развитие русской промыш-Н ленности. Начав с изучения конкретных экономических и технологических проблем нефтяного комплекса, он выходит на общее «учение о заводской промышленности». Профессор химии пишет по этому поводу много, образно, ярко, энергично настаивая на том, что ограничиваться земледелием - значит отказываться от будущего.
В 1891 г. он подготовил свой собственный «Толковый тариф», в котором нашли отражение его мысли о текущем состоянии российской промышленности и зависимости ее будущего от государственной таможенной политики. Интерес к политэкономии Дмитрий Иванович сохранил до конца жизни. При подсчете всех его работ выяснилось, что большинство из них посвящено не периодическому закону, не химии, не естествознанию вообще, а социально-экономическому состоянию России и его перспективам. «Какой я химик, я - политэконом», - не без удовольствия иронизировал ученый.
За несколько лет до кончины Менделеев начинает работать над «Заветными мыслями» - книгой, обретшей большую популярность. Автор публиковал свой труд выпусками, по мере написания. По степени насыщенности философскими, экономическими и естественнонаучными идеями, страстности и полной раскованности изложения это произведение, пожалуй, не имеет себе равных даже среди менделеевских текстов.
Имя Менделеева носит химический элемент № 101 - менделевий, подводный горный хребет и кратер на обратной стороне Луны, ряд учебных заведений и научных институтов. В 1962 г. АН СССР учредила премию и золотую медаль им. Д.И. Менделеева за лучшие работы по химии и химической технологии; в 1964 г. имя Менделеева было занесено на доску почета Бриджпортского университета в США наряду с именами Эвклида, Архимеда, Н. Коперника, Г. Галилея, И. Ньютона, А. Лавуазье. ИТ^^^Н^^^^^В
