какую систему открыл менделеев

Все за сегодня

Политика

Экономика

Наука

Война и ВПК

Общество

ИноБлоги

Подкасты

Мультимедиа

Наука

Dagens Nyheter (Швеция): в феврале 1869 года Менделеев навел порядок в химии

6 марта 1869 года Дмитрий Менделеев представил Русскому химическому обществу способ организации химических элементов. Чтобы отпраздновать 150-летний юбилей этого события, Генеральная ассамблея ООН и ЮНЕСКО объявили 2019 год Международным годом периодической системы.

Когда французский химик Поль Эмиль Лекок де Буабодран (Paul-Émile Lecoq de Boisbaudran) в 1875 году исследовал минералы Пиренейских гор, он открыл новый элемент, которому дал название галлий в честь римского названия Франции. Он сообщил о своем открытии, но вскоре получил письмо, в котором его просили еще раз исследовать плотность элемента, потому что он, вероятно, измерил ее неверно. Де Буабодран так и сделал и обнаружил, что отправитель письма, российский химик Дмитрий Менделеев, был прав. Плотность элемента была не 4,7 грамма на квадратный сантиметр, как он изначально думал, а 5,9 — практически такая, как предсказал Менделеев.

«Именно после этого таблица Менделеева и прославилась на весь мир», — говорит Майкл Гордин (Michael Gordin), профессор современной истории в Принстонском университете и автор книги «Хорошо упорядоченная вещь: Дмитрий Менделеев и тень периодической таблица» (A Well-Ordered Thing: Dmitrii Mendeleev and the Shadow of the Periodic Table).

Все началось в Санкт-Петербурге в феврале 1869 года. Дмитрий Менделеев писал учебник по химии в двух томах. Первая часть уже была готова: первые 500 страниц книги он посвятил четырем элементам — углероду, кислороду, водороду и азоту. В последней главе Менделеев описывает так называемые галогены: фтор, хлор, бром и йод — группу элементов, чьи свойства очень похожи. Например, они легко реагируют с металлами и образуют соли, такие как хлорид натрия, то есть обычная пищевая соль.

Второй том должен был стать не менее толстым. Но из 63 известных элементов химик рассказал в первой части лишь о восьми.

«У него оставались 55 элементов, которые следовало представить во втором томе. Поэтому он пытался найти способ организовать их так, чтобы можно было описать их как можно более экономично», — говорит Майкл Гордин.

Контекст

Science: российская лаборатория создает новые химические элементы

Newsweek: 150-летие гениального творения Дмитрия Менделеева

Менделеева убрать! Он же русский

Для начала Дмитрий Менделеев задумался о щелочных металлах — литии, натрии, калии и рубидии. Все это мягкие и легкие металлы, которые активно взаимодействуют с водой, образуя щелочную основу, иными словами — раствор с высоким pH. Сравнив их атомный вес, или атомную массу (показатель, сколько весит один атом вещества), он обнаружил, что разница между двумя щелочными металлами очень похожа на разницу между двумя галогенами.

«Он начал думать, что, возможно, существует некая естественная система, объясняющая это явление», — говорит Майкл Гордин.

Есть много распространенных мифов о том, как Дмитрий Менделеев додумался до периодической системы. Одни говорят, что у него была карточная игра со свойствами химических элементов на картах, другие — что финальное решение пришло к нему во сне. Но, по словам Майкла Гордина, это не соответствует действительности. Документы Менделеева свидетельствуют, что он выстраивал таблицу шаг за шагом, в процессе работы отталкивался от галогенов и щелочных металлов, а затем старался найти подходящие места для других элементов.

Наконец он понял, что все готово, переписал начисто рукопись и отправил ее в печать. Работа вышла 17 февраля 1869 года, что на самом деле означает 1 марта 1869, ведь тогда Россия еще не перешла на грегорианский календарь. Заголовок Дмитрий Менделеев написал на русском и на французском: «Опыт классификации элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве» (склонности реагировать с другими элементами). Затем он передумал и вычеркнул слово «классификация», написав вместо нее «система», но забыл внести поменять артикль во французском варианте: оставил une от classification («классификация», женский род) вместо un для système («система», мужской род).

«Вот откуда в самых первых печатных версиях периодической системы опечатка», — объясняет Майкл Гордин.

Первая таблица Дмитрия Менделеева не была похожа на периодические системы, которые сейчас висят в каждом классе химии по всему миру. Но его идея была правильной, а прорыв в науке — настолько значительным, что Генеральная ассамблея ООН и ЮНЕСКО объявили 2019 год Международным годом периодической системы, чтобы отметить ее 150-летний юбилей.

Удивительнее всего, что Менделеев не мог знать, почему его таблица выглядит именно так. Элементы в ней упорядочены по атомному номеру, то есть по количеству протонов в ядре атома. Но британский физик Генри Мозли (Henry Moseley) выяснил это только в 1913 году — через шесть лет после смерти Менделеева. То, в какой столбец попадает элемент, определяется организацией электронов на валентной оболочке атома, но электроны были открыты лишь в 1897 году Джозефом Джоном Томпсоном (Joseph John Thomson), другим британским физиком.

«Менделеев относился к электронам с большим подозрением, он не определился, верить в них или нет. И он точно ничего не знал о квантовой механике. Нильс Бор (Niels Bohr) сформулировал периодическую систему в терминах квантовой теории лишь в 1923 году», — рассказывает Майкл Гордин.

С самого начала Дмитрий Менделеев понял, что в его таблице не хватает как минимум трех элементов. Когда в 1871 году он опубликовал улучшенную версию таблицы, он дал им названия экабор, экаалюминий и экакремний, где «эка» значит «один» на санскрите. Он также сделал очень подробные предсказания об их свойствах и о том, как их можно обнаружить. Вот почему он был настолько уверен, что Буабодран неверно измерил плотность галлия, ведь все остальные его свойства совпадали с экаалюминием. Затем в 1879 году был открыт скандий, а в 1886 — германий.

«В первую очередь германий невероятно напоминал экакремний. Когда его открыли, это был блестящий успех периодической системы, который по-настоящему прославил Менделеева на весь мир», — говорит Майкл Гордин.

Материалы ИноСМИ содержат оценки исключительно зарубежных СМИ и не отражают позицию редакции ИноСМИ.

Источник

Открытие периодического закона: три загадки и одна легенда

История открытия периодического закона сложна и таит в себе множество загадок. В статье рассмотрены три из них: как Д. И. Менделеев, не признававший атомную теорию, создал Периодическую систему элементов; почему он не торопился лично доложить о своем открытии научному сообществу; почему спустя год и девять месяцев после открытия периодического закона Менделеев резко изменил тематику своих исследований. Кроме того, в статье приводятся факты, противоречащие распространенной версии, согласно которой периодическая таблица явилась ее автору как озарение во сне.

Об авторе

Игорь Сергеевич Дмитриев — доктор химических наук, директор Музея-архива Д. И. Менделеева Санкт-Петербургского государственного университета. Член правления Санкт-Петербургского отделения Российского химического общества им. Д. И. Менделеева, член History of Science Society (США), член редколлегии журнала «Природа». Автор 150 научных работ, в том числе монографии «Человек эпохи перемен: очерки о Д. И. Менделееве и его времени». Область научных интересов — интеллектуальная революция XVI–XVII вв., история науки в России XVIII — начала XX в.

Распределение работ Д. И. Менделеева по областям знаний

Дмитрий Иванович Менделеев был ученым-энциклопедистом. Однако при всем разнообразии его интересов и плодотворных начинаний открытие периодического закона представляется все же главным достижением исследователя. Вместе с тем история этого открытия (как, кстати, и сам Периодический закон) таит в себе множество неясностей и неожиданных поворотов. Назовем их (с известной долей условности) загадками. Кроме того, весьма популярна легенда, будто периодическая таблица явилась Менделееву во сне. Я остановлюсь только на трех загадках, которые можно разъяснить, опираясь на известные факты и дошедшие до нас документы.

Менделеев против атомов

Первая статья Менделеева о периодическом законе начиналась следующими словами: «Систематическое распределение элементов подвергалось в истории нашей науки многим разнообразным превратностям» [1, с. 10]. Это так. Но об одном обстоятельстве Дмитрий Иванович умолчал: проблема «систематического распределения элементов» была для научного сообщества сугубо маргинальной, а то и просто недостойной внимания серьезного ученого. К примеру, когда один из предшественников Менделеева — Джон Ньюлендс (J. Newlands) — представил Лондонскому химическому обществу свой вариант классификации элементов (так называемый закон октав), один из присутствовавших заметил: «А не пытался ли он [Ньюлендс] расположить элементы по алфавиту? Ведь любое расположение их может представлять случайные совпадения (occasional coincidences)» [2, p. 113].

Джон Ньюлендс (1837–1898), английский физик и химик. В 1864 г. опубликовал таблицу, в которой расположил все известные элементы в порядке увеличения их атомных весов, используя данные С. Канниццаро. Ньюлендс пронумеровал элементы, сопоставил их номера с их свойствами и, отметив, что элементы с аналогичными свойствами регулярно повторяются, сделал вывод: «восьмой элемент, начиная с данного элемента, является своего рода повторением первого, подобно восьмой ноте октавы в музыке. ». Хотя термин «периодичность» он не употреблял, но по сути речь шла именно о периодическом изменении свойств элементов

Но этого мало. Атом в 19-м столетии понимали не как некий «кирпич мироздания», нечто неделящееся, но как минимальное количество элемента, которое присутствует во всех его соединениях и сохраняется в ходе химических превращений. Иными словами, словом «атом» фактически обозначали стехиометрический минимум для данного элемента. При этом подразумевалось (теми, кто вообще принимал атомную гипотезу), что кроме этих «химических» атомов есть еще атомы истинные, «физические», о которых мало что известно, и одновременно молчаливо допускалась принципиальная возможность открытия ранее неизвестного соединения элемента такого состава, что придется принятый атомный вес элемента уменьшить в разы (скажем, для азота принять N = 7 или какое-то иное значение). Менделеев, вполне осознававший это обстоятельство, пошел дальше. Он всю свою научную жизнь предостерегал окружающих против увлечения атомистикой. Вот несколько подтверждающих это цитат.

«. Химики постоянно употребляют атомическую гипотезу для более ясного представления многих фактов, хотя можно было бы обойтись и без нее. Но атомическую теорию не нужно принимать как настоящую гипотезу о структуре тела, в этом отношении она не привела еще почти ни к каким результатам. Она должна быть принята как облегчение рассуждений» (1864) [5, с. 25].

«. Само название (атомный вес) заключает в себе, конечно, гипотезу об атомном строении тел, но. речь идет не о названии (мне кажется, что, заменяя название „атомный вес“ названием „элементарный вес“, можно достичь устранения представления об атомах, когда речь идет об элементах), а о понятии, которое им условлено означать» (1871) [6, с. 104].

«. В атомах есть простота представления, но нет уверенности» (1906 г. — последнее издание учебника Д. И. Менделеева «Основы химии») [7, с. 485].

Итак, ученый, открывший периодический закон, согласно которому «физические и химические свойства элементов, проявляющиеся в свойствах простых и сложных тел, ими образуемых, стоят в периодической зависимости. от их атомного веса» [8, с. 907], не верил в атомную теорию. В этом состоит первая странность или загадка менделеевского открытия. Что же он тогда классифицировал? Что заложил в основание своей классификации?

Прежде всего, Менделеев еще до создания Периодической системы строго разграничил понятия «элемент» и «простое тело». Он с самого начала строил именно систему химических элементов, а не простых тел. Понятие элемента соотносилось им с наименьшим весовым количеством материи определенного вида, входящим в частицы (молекулы) тел. Элемент в понимании Менделеева — это «отвлеченное понятие», «материя, содержащаяся в простом теле и могущая без изменения в весе переходить во все тела, получающиеся из этого тела» [9, с. 199].

Менделеев подчеркивает, что элемент может принимать различные конкретные формы (например, элемент углерод может находиться в форме угля, алмаза и графита, а также входить в состав разнообразных соединений). Элемент, по мысли Менделеева, будучи «не конкретным телом», но «материально однородным» «весомым веществом с суммою ему одному принадлежащих свойств» [10, с. 239], потенциально содержит в себе весь спектр возможных форм, свойств и состояний, которые этот «стехиометрический минимум» способен выявлять и развертывать в определенных условиях. Возможность (или невозможность) образования тех или иных соединений, аллотропных модификаций, металлических или иных состояний и т. п. — все это в «свернутом» виде включено, «втянуто» в понятие элемента, в силу чего систематика элементов обретает общехимическое (а потому и общенаучное) значение. Скажем, простое тело озон — одна из актуализаций того, что потенциально наличествует в идеальном химическом объекте, — элементе кислород. Таким образом, Менделеев классифицировал «элементарные индивидуумы», природа которых определялась их атомным весом (Дмитрий Иванович предпочел бы говорить об «элементарном весе», но не пошел против устоявшейся терминологии).

Такая постановка задачи наряду с другими факторами позволила ученому создать Периодическую систему, но представление об элементарных индивидуумах помешало ему принять открытие радиоактивности, электронов и многие крупные достижения науки конца XIX — начала XX вв. Он корил современную ему научную мысль за то, что она «запуталась в ионах и электронах» [9, с. 436].

Дыра от сыра

Беловой вариант «Опыта системы элементов» с датой: 17 февраля (ст. ст.) 1869 г.

Как известно, в понедельник 17 февраля ** 1869 г., который считается днем открытия периодического закона (а если выражаться точнее, совершения Менделеевым прорыва в поисках рациональной классификации элементов), Дмитрий Иванович должен был отправиться в командировку в Тверскую губернию для того, чтобы обследовать артельные сыроварни Н. В. Верещагина (брата известного художника-баталиста). Однако полученные им после долгих поисков первые результаты в построении системы элементов вынудили его отложить поездку на 12 дней, чтобы закончить статью «Соотношение свойств с атомным весом элементов». В эти дни Менделеев упорно работал, часами стоя за конторкой. Дописав статью, он передал рукопись Н. А. Меншуткину для публикации в «Журнале Русского химического общества» (РХО) и для сообщения об открытии периодического закона на предстоящем заседании РХО; просмотрел корректуру статьи; разослал листки с «Опытом системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве» (далее — сокращенно: «Опыт») многим отечественным и зарубежным химикам (сразу скажем, что реакции, естественно, никакой не последовало); написал предисловие к первой части «Основ химии» и 1 марта отправился на сыроварни. Меншуткин исполнил просьбу Менделеева и 6 марта сделал от его имени сообщение о периодическом законе на заседании РХО (реакции, естественно, никакой, если не считать сказанных позднее слов академика Н. Н. Зинина: «Дмитрий Иванович, пора заняться работать».

Почему Менделеев не воспользовался случаем лично сообщить в РХО о своем открытии, а поручил это сделать Меншуткину? Допустим, тяга к артельным сыроварням оказалась непреодолимой. Но ведь можно было выступить по возвращении из Тверской губернии. Менделеев же, вернувшись из поездки 12 марта, спустя восемь дней выступает в Вольном экономическом обществе с докладом. об артельном сыроварении. 10 апреля он вновь выступает публично там же, на этот раз с сообщением о доходности молочного скотоводства и о результатах анализа почв с опытных полей. Создается впечатление, что сельскохозяйственные проблемы волновали его по крайней мере не меньше, чем химические. И это тоже представляется на первый взгляд странным. Но, если вдуматься, ничего удивительного здесь нет.

Один из листков с «Опытом системы элементов», отпечатанных в типографии и разосланных Менделеевым в феврале 1869 г. ряду отечественных химиков. Несколько аналогичных листков, но с заглавием на французском языке было, как предполагается, послано иностранным ученым. Однако списка этой «рассылки», преследовавшей главным образом приоритетные цели, не сохранилось

Создание «Опыта» стало началом той фазы работы Менделеева, когда он, убедившись, что «способ распределения элементов по их атомному весу не противоречит естественному сходству, существующему между элементами, а напротив того, прямо на него указывает» [1, с. 18–20] и что в подмеченных им закономерностях «случайности допустить. невозможно» [7, с. 619], уже мог сформулировать первые фундаментальные выводы, составившие ядро учения о периодичности, и предложить графическое (пока несовершенное) представление почти полной для того времени системы элементов. Но самая трудная часть работы была впереди, и на нее у Менделеева ушел год и девять месяцев.

«Опыт» определенно не удовлетворял ученого, поскольку был не «естественным», а компромиссным вариантом системы элементов. Не забывал Менделеев и о весьма прохладном отношении многих коллег-химиков к чисто теоретическим, в особенности к таксономическим работам. Учитывая эти обстоятельства, он не торопился выступать с докладом о своем открытии. Но и медлить с публикацией не мог — хотя бы потому, что вопросами систематики элементов занимались в то время многие. В сложившейся ситуации Менделеев избрал единственно правильную тактику: поскольку доклад в РХО был нужен ему лишь для публикации статьи в «Журнале» Общества, его друг Меншуткин, отвечавший за издание «Журнала», был выбран им в качестве докладчика. Как заметил острый на язык и недолюбливавший Д. И. Менделеева В. В. Марковников (письмо А. М. Бутлерову от 31 октября 1867 г., т.е. периодический закон еще не открыт), «Менделеев. до такой степени привык царствовать в факультете, что не может равнодушно выслушивать каких бы то ни было возражений. Меншуткин у него не более как приказчик» [11, с. 246].

Николай Васильевич Верещагин (1839–1907), общественный деятель, зачинатель отечественного масло- и сыроделия

Однако анализ архивных документов показал: уже в феврале 1869 г. Менделеев создал так называемую «короткую форму» системы, которая затем воплотилась в то, что он назвал «Естественной системой элементов» и опубликовал в феврале 1871 г. (датирована 29 ноября 1870 г., доложена на заседании РХО 3 декабря того же года). И впоследствии Дмитрий Иванович делал вид, что никакого «Опыта» не было. Почему же он сразу не предложил «короткую форму» системы?

Дело в том, что эта форма объединяет в одной группе элементы, которым отвечают абсолютно разные простые тела. А кроме того, их сходные по составу «низшие» соединения (т. е. соединения, в которых элементы находятся в низших степенях окисления) также заметно различаются по свойствам. Например, в 7-й группе оказываются столь непохожие элементы, как хлор и марганец, в 6-й — сера и хром и т. д. Да, они стоят в разных подгруппах (Менделеев не использовал понятия подгруппы, он делил каждый период на два ряда, и тогда, скажем, хлор и марганец оказывались в разных рядах — первый в нечетном, второй в четном), но, тем не менее, в одной группе. В чем их сходство? Оно проявляется только в высших соединениях. Например, высшая степень окисления и хлора, и марганца равна номеру группы (7), и соответствующие высшие соединения (Cl₂O₇ и Mn₂O₇, KClO₄ и KMnO₄ и т. д.) проявляют сходные свойства. Менделеев об этом знал и до 1869 г. Более того, об этом знали многие химики до него, но оставался вопрос: это сходство высших (скажем, кислородных) соединений обусловлено сходством самих элементов, оказавшихся в особом, «предельном» состоянии, или же в этих соединениях так много кислорода, что он нивелирует различия в природе самих элементов?

Николай Александрович Меншуткин (1842–1907), русский химик, основные работы посвящены исследованию скоростей химических превращений органических соединений. Автор учебника «Аналитическая химия» (1871), выдержавшего 16 изданий (последнее — в 1931 г.)

Только к концу 1869 г. или к началу 1870-го Дмитрий Иванович понял, что предельные (высшие) формы кислородных соединений и их свойства определяются не «самими свойствами кислорода» и наличием «грани О₄» [10, с. 246], т. е. особо устойчивой группировки из четырех кислородных атомов (например, H₂SO₄

HMnO₄ и т. д.), но «состоянием», т.е., в конечном счете, природой элемента, образующего эти соединения. И пока Менделеев бился над этим вопросом, Лотар Мейер в марте 1870 г. в небольшой статье (датирована декабрем 1869 г.) публикует короткую форму Периодической системы (только повернутую по отношению к менделеевской на 90°). Замечу, что Мейер, создавая систему элементов, исходил из иных посылок, нежели Менделеев, что видно из первых строк статьи немецкого химика: «То, что пока еще не разложенные химические элементы абсолютно неразложимы, в настоящее время представляется по меньшей мере весьма неправдоподобным. Напротив, атомы элементов — это, по-видимому, отнюдь не последние (letzten), но лишь ближайшие составные части (die näheren Bestandtheile) молекул» [12, S. 354]. Заметим, и Мейер, и Менделеев весьма скептически относились к атомной теории, но это не помешало им создать сходные системы элементов, опираясь на принятые тогда атомные веса. Но вернемся к нашему герою.

Итак, рассуждая фактически о структурных вопросах в неструктурных терминах, описывая разнообразие валентных возможностей элементов, критикуя при этом саму концепцию валентности («атомности»), отказываясь от традиционных таксономических методов и приемов, Менделеев, идя сложным и противоречивым путем, сумел-таки прийти к естественной системе, которая не только позволяла объяснить уже известное, но и обладала мощным прогностическим потенциалом.

К ноябрю 1870 г. проблема построения естественной системы была решена. Это, разумеется, не означало, что серьезных трудностей не осталось (достаточно указать на вопрос о положении в системе редкоземельных элементов). Но главное было сделано.

Естественная система химических элементов Д. И. Менделеева (конец 1870 г.)

Вольный сын эфира

Теперь о третьей загадке в истории создания Периодической системы. Почему Менделеев с 1872 г. переключается на совершенно иную тематику, не связанную, казалось бы, с периодическим законом? Действительно, 20 декабря 1871 г. в его рабочем дневнике появляется неожиданная запись: «Опыт. Шмидт, Кирпичев и я с насосом Ягно» [13]. Зачем Менделееву понадобились насосы? Он же открыл периодический закон, который содержал в себе колоссальный тематический ресурс для дальнейших исследований! Пожалуй, почти любой исследователь на его месте всю оставшуюся жизнь посвятил бы главным образом (если не исключительно) совершенствованию форм системы, поискам новых корреляций между разнообразными формами и состояниями простых тел и соединений в свете учения о периодичности и тому подобным вопросам, т.е. просеиванию сквозь сито этого учения всех крупных и мелких фактов и теорий. Таков был бы путь естествоиспытателя, специалиста-химика. Однако Менделеев, будучи по характеру и разнообразию своих интересов, стилю работы, мегаломании в постановке задач и профетическим наклонностям скорее натурфилософом, нежели ученым (scientist), пошел по иному пути.

Фрагмент лабораторной тетради Д. И. Менделеева с первой записью, свидетельствующей о начатых им с помощниками исследованиях газов

Юлиус Лотар Мейер (1830–1895), немецкий химик, иностранный член-корреспондент Петербургской академии наук с 1890 г. Между ним и Менделеевым в 1880 г. разгорелся приоритетный спор, в котором у каждой стороны были свои доводы, заслуживающие внимания. В 1882 г. Лондонское королевское общество присудило золотые медали Г. Дэви совместно Менделееву и Мейеру с формулировкой «За открытие периодических соотношений атомных весов». Менделеев на вручение не поехал, но прислал телеграмму с благодарностью, которая заканчивалась словами: «Да узнают будущие поколения русских своих Ньютонов, Дальтонов и Дэви!»

Периодический закон таил в себе много загадок, «не поддающихся рациональной концепции». Одна из самых глубоких касалась физических причин явления периодичности. Поскольку свойства элементов находились в периодической зависимости от их атомных весов, то, как полагал Менделеев, объяснение природы периодичности «возможно только в смысле динамического представления, могущего и долженствующего прежде всего разъяснить самое понятие о весе». Отсюда его интерес к вопросу о «причине веса и притяжения» [8, с. 805], а также к свойствам среды, передающей свет и тяготение, т.е. к мировому эфиру. Он был глубоко убежден в том, что «объяснить и выразить периодический закон — значит объяснить и выразить причину закона кратных отношений, различия элементов и их атомности и в то же время понять, что такое масса и тяготение» [7, с. 617] Более того, изучение природы мирового эфира открывало путь к постижению природы электрических и магнитных явлений, гравитации и химического сродства, т.е. вело к разгадке самых глубоких мировых тайн, и на этом фоне открытие периодического закона представлялось Дмитрию Ивановичу лишь ступенью (возможно, не самой крутой) в реализации его великого замысла.

По мнению Менделеева, одним из способов доказательства существования эфира могло быть исследование сильно разреженных газов, ибо в этих условиях свойства «обычного» вещества перестали бы маскировать свойства эфира.

Уже с 70-х годов, — вспоминал Менделеев, — «у меня назойливо засел вопрос: да что же такое эфир в химическом смысле? Он тесно связан с периодическою системою элементов, ею и возбудился во мне» *** [14, с. 474]. На личном экземпляре «Естественной системы» (оттиск из второй части первого издания «Основ», 1871 г.) около символа водорода Менделеев делает запись: «Легче всех эфир, в миллионы раз».

Фрагмент личного экземпляра Менделеева «Естественной системы химических элементов» с его пометками. В левом верхнем углу перед символом водорода сделана запись о мировом эфире

Исследования по газам субсидировались Императорским Русским техническим обществом (РТО), благодаря чему у Менделеева появилась уникальная возможность реализовать широко задуманную экспериментальную программу. Однако этот цикл его работ не дал сколько-нибудь значимых результатов, хотя ученый и обещал поклониться в пояс тому, кто сделал бы больше.

Двухъярусные весы для взвешивания газов конструкции Менделеева

Предложенное Менделеевым уравнение состояния идеального газа, которое, по уверениям авторов «Летописи», является «основным результатом [его] работы. в области физики газов» [15, с. 179], к тому времени (1874–1875) уже использовалось в литературе, а потому его выведение Менделеевым могло иметь лишь методическое значение.

Наконец — и это главное — так называемые положительные отступления от закона Бойля — Мариотта при очень низких давлениях, которым Менделеев придавал особое значение, впоследствии не подтвердились.

Портрет Менделеева кисти И. Н. Крамского (1878). Художник очень точно передал психологическое состояние своего героя, для которого конец 1870-х — начало 1880-х годов стало временем глубокого душевного кризиса

Но если ограничиться чисто научной стороной ситуации, то следует сказать, что провал широко задуманной исследовательской программы по физике газов стал для Менделеева сильным ударом. Положение усугублялось тем, что в эти годы физическая химия, к которой он с молодости питал особый интерес, заметно изменила свой характер. Внимание ученых сконцентрировалось на таких вопросах, как электропроводность и ионные равновесия в растворах, скорость диффузии ионов, электродные потенциалы, химическая кинетика и т. д. В физико-химических работах все шире использовались термодинамические методы, аппарат теории дифференциальных уравнений и т. п. Серьезные изменения намечались и в физике. Все это в целом было непривычно, а подчас и чуждо Менделееву. И более всего ему были чужды даже не отдельные идеи и теории (многие из которых он критиковал вполне заслуженно), а сам стиль и строй физико-химических работ новой волны. В результате он оказался в оппозиции по отношению к многим крупным открытиям в естествознании второй половины XIX в. Открыв периодический закон и встав в конце 1871 г. перед выбором — заняться далее «химической стороной дела» (к примеру, кропотливыми аналитическими исследованиями редкоземельных элементов, которые он начал было проводить с декабря 1870 г.) или же обратиться к поискам физических причин периодичности, — Менделеев, последний великий натурфилософ 19-го столетия, пошел по второму пути, оказавшемуся тупиковым. Триумф Периодической системы стал прологом трагического одиночества ее создателя: «я опять очутился один» [16, с. 188].

И одна легенда.

Александр Александрович Иностранцев (1843–1919), выдающийся русский геолог, профессор Санкт-Петербургского университета, член-корреспондент Петербургской Академии наук (с 1901 г.)

Коллега и друг Д. И. Менделеева, выдающийся русский геолог А. А. Иностранцев (1843–1919), в своих «Воспоминаниях» приводит такой эпизод:

«Как-то я зашел к нему [Менделееву] по какому-то делу и застал его в превосходном настроении; он даже шутил, что было крайней редкостью. Это было вскоре после его знаменитого открытия закона периодичности элементов. Я, воспользовавшись этим благодушным настроением Д. И., обратился к нему с вопросом, что натолкнуло его на знаменитое открытие, на что он сообщил, что уже давно подозревал известную связь элементов между собой и что много и долго думал об этом. В течение последних месяцев Д. И. перепортил массу бумаги с целью отыскать в виде таблицы эту закономерность, но ничего не удавалось. В последнее время он усиленно снова занялся этим вопросом и, по его рассказу, был даже близок к этому, но окончательно все-таки ничего не выходило. Перед самым открытием закона Д. И. провозился над искомою таблицею целую ночь до утра, но в ночь ничего не вышло, он с досады бросил работу и, томимый желанием выспаться, тут же в рабочем кабинете, не раздеваясь, повалился на диван и крепко заснул. Во сне он увидел вполне ясно ту таблицу, которая позднее была напечатана. Даже во сне радость его была настолько сильна, что он сейчас же проснулся и быстро набросал эту таблицу на первом клочке бумаги, валявшемся на его конторке» [17, с. 144].

Фрагмент промежуточного варианта «Опыта системы элементов», создав который, Менделеев смог перейти к его окончательному варианту

Почему этот рассказ Иностранцева вызывает сомнения? Во-первых, мемуарист работал над своими воспоминаниями в 1919 г., на 76-м году жизни, т. е. спустя полвека после описываемых им событий. Во-вторых, и это более важно, Менделеев, любивший рассказывать окружающим различные забавные и поучительные истории из своей жизни (были и небылицы), ни разу не упоминал об этом чудесном сне. В-третьих, дошедшие до нас наброски будущей системы элементов не позволяют выявить эффект внезапного озарения. На самом трудном, пиковом этапе создания «Опыта», когда Менделеев коренным образом изменил сам принцип построения системы элементов (суть закона — периодический характер изменения свойств элементов по мере возрастания их весов — к этому времени уже была ему ясна, и речь шла об адекватном графическом представлении идеи периодичности), ученый создал промежуточный вариант системы, от которого отталкивался в последующей работе и который в главной своей части практически совпал с таблицей Л. Мейера, впервые опубликованной в 1864 г. в монографии [18, S. 137], переведенной на русский язык в 1866 г.

Вариант таблицы химических элементов Л. Мейера (1864)

Есть еще один момент, связанный с рассказом Иностранцева и вызывающий вопросы: о массе «перепорченной бумаги». Менделеев имел привычку хранить все, что написал, каждую мелочь, и свой архив он систематизировал сам. Но почему-то из всего, что имело отношение к истории создания «Опыта», им было сохранено только пять рукописных листков.

Разумеется, число загадок, связанных с открытием и сущностью периодического закона, много больше, но рассказ о них выходит за рамки журнальной публикации.

Литература
1. Менделеев Д. И. Периодический закон. Основные статьи. Редакция, статьи и примечания Б. М. Кедрова. М., 1958.
2. Newlands J. The Law of Octaves, and the Causes of the Numerical Relations among the AtomicWeights // Chemical News. 1866; 13: 113.
3. Менделеев Д. И. Органическая химия. Менделеев Д. И. Соч. Т. 8. Л.; М., 1948; 35–602.
4. Менделеев Д. И. Лекции по общей химии. Менделеев Д. И. Соч.: В 25 т. Л.; М. (1934–1954). 1949; 15: С. 357–439.
5. Менделеев Д. И. Избранные лекции по химии. М., 1968.
6. Менделеев Д. И. Периодическая законность химических элементов (1871). Менделеев Д. И. Периодический закон. Основные статьи. Ред. Б. М. Кедров. М., 1958; 102–176.
7. Менделеев Д. И. Основы химии. СПб., 1906.
8. Менделеев Д. И. Основы химии. Часть II. Менделеев Д. И. Соч.: В 25 т. Л.-М. (1934–1954). 1949; 14.
9. Менделеев Д. И. Периодический закон. Дополнительные материалы. Ред. Б. М. Кедров. М., 1960.
10. Менделеев Д. И. Периодическая законность химических элементов (1898). Менделеев Д. И. Периодический закон. Основные статьи. Ред. Б. М. Кедров. М., 1958; 237–273.
11. Научное наследство. Естественнонаучная серия. Т. 4. Письма русских химиков к А. М. Бутлерову. М., 1961.
12. Meyer L. Die Natur der chemischen Elemente als Function ihrer Atomgewichte. Annalen der Chemie und Pharmacie. VII. Supplementband. 1870. S. 354–364.
13. Научный архив Менделеева, СПбГУ. I-B-23-I-62, 68.
14. Менделеев Д. И. Попытка химического понимания мирового эфира. Менделеев Д. И. Периодический закон. Основные статьи. Ред. Б. М. Кедров. М., 1958; 470–517.
15. Добротин Р. Б., Карпило Н. Г., Керова Л. С., Трифонов Д. Н. Летопись жизни и деятельности Д. И. Менделеева. Отв. ред. А. В. Сторонкин. Л., 1984.
16. Тищенко В. Е., Младенцев М. Н. Дмитрий Иванович Менделеев, его жизнь и деятельность. Университетский период, 1861–1890 гг. Отв. ред. Ю. И. Соловьев. М., 1993.
17. Иностранцев А. А. Воспоминания. Подготовка текста, вступительная статья и комментарии В. А. Прозоровского и И. Л. Тихонова. СПб., 1998.
18. Meyer L. Die Modernen Theorien der Chemie und Ihre Bedeutung für die chemische Statik. Breslau, 1864.

* В настоящее время принято выражение «атомная масса», но я буду придерживаться исторической терминологии.

** Далее даты, если не оговорено, приводятся по старому стилю, для перевода в новый стиль следует прибавить 12 дней.

*** Тут Дмитрий Иванович либо запамятовал, либо слукавил. Загадка мирового эфира занимала его еще в студенческие годы. Другое дело, что открытие периодического закона усилило его интерес к этой теме.

Источник