ко дню рождения Д.И.Менделеева

Начало пути

Многие крупные естествоиспытатели (разумеется, и химики) девятнадцатого столетия, достигая зрелого возраста, заканчивая или даже закончив обучение, часто смутно представляли себе, какая область знаний окажется для них основным предметом исследований – исследований, которые со временем прославят их имена. Своеобразной на этом фоне выглядит научная судьба Дмитрия Ивановича Менделеева.

Иван Павлович Менделеев, отец Д.И.Менделеева

Кстати говоря, почему великий ученый носил столь редкую на Руси фамилию? Вот какие предположения имеются на сей счет.
Дед Дмитрия Ивановича имел приход в селе Тихомандрицы Вышневолоцкого уезда (неподалеку от города Вышний Волочок на пути из Москвы в Санкт-Петербург). Четверо его сыновей закончили местное духовное училище. По бытовавшим в то время традициям наставники давали выпускникам новые фамилии: так, сын Василий стал Покровским, Александр – Тихомандрицким, Иван получил фамилию Менделеев. Брат Дмитрия Ивановича Павел впоследствии рассказывал: «Фамилия Менделеева дана отцу, когда он что-то выменял, как соседний помещик менял лошадей и проч. Учитель по созвучию “мену делать” вписал и отца под фамилией Менделеев».
По другой версии фамилия Ивана происходит от фамилии помещиков Менделеевых. Современные историки установили, что в те времена в окрестностях Вышнего Волочка проживало несколько семейств Менделеевых. Скорее всего это были обрусевшие немцы, фамилия которых происходила от слова «мандель» – «миндаль», но по извечному российскому обычаю была переиначена. За Тимофеем сохранилась отцовская фамилия Соколов.
...Судьба могла сложиться и так, что эта фамилия осталась бы и за Иваном. И тогда мы говорили бы о периодическом законе и периодической системе Дмитрия Ивановича Соколова, именовали элемент № 101 «соколовий» и время от времени проводили традиционные Соколовские съезды...
Право же, мы не сочли за труд сделать это небольшое, но любопытное отступление.

В семье Ивана Павловича и Марии Дмитриевны (урожденной Корнильевой) родилось семнадцать детей. Некоторые из них умерли ко времени появления на свет последнего – Дмитрия (родился 8 февраля 1834 г.). В этом же году ослеп отец, и все заботы по содержанию семьи выпали на долю матери. Она твердо решила дать Дмитрию высшее образование. В июне 1849 г. он окончил Тобольскую гимназию. По существовавшим тогда правилам Дмитрий мог поступить только в Казанский университет, поскольку гимназия относилась к Казанскому учебному округу. Тогда Мария Дмитриевна решила направиться в Москву, где жили ее близкие родственники, в частности брат Василий, который был заметной фигурой в городе.
Мария Дмитриевна рассчитывала на то, что он поспособствует поступлению Дмитрия в Московский университет, однако эти упования оказались напрасными. Теперь путь сына и матери лежал в Санкт-Петербург: попытать счастья в одном из столичных учебных заведений. Понадобилась протекция, прежде чем Дмитрий 9 августа 1850 г. был утвержден в звании студента Главного педагогического института (небезынтересно, что это учебное заведение в 1807 г. окончил его отец). Спустя полтора месяца Дмитрия постигло большое горе: после непродолжительной болезни 20 сентября скончалась Мария Дмитриевна...

Мария Дмитриевна Менделеева (урожд. Корнильева), мать Д.И.Менделеева

И все же можно сказать, что судьба пошла навстречу Менделееву, ставшему студентом Главного педагогического института. Не будем фантазировать, как бы сложилась его научная деятельность, поступи он в «законом положенный» Казанский университет, хотя именно в его стенах возникла первая отечественная химическая школа, разрабатывавшая главным образом проблемы органической химии.
Впоследствии Менделеев вспоминал, что «обязан Главному педагогическому институту всем своим развитием... профессора его были первоклассными учеными своего времени». Среди них блистал выдающийся математик М.В.Остроградский, один из крупнейших отечественных физиков того времени Э.Х.Ленц. Химию читал А.А.Воскресенский, причем Менделеев говорил, что именно он привил ему навыки к самостоятельным химическим исследованиям. Маститым ученым и преподавателем слыл минералог С.С.Куторга. Ботанику читал профессор И.О.Шаховской, зоологию – академик Ф.Ф.Брандт. Подобное «созвездие» преподавателей сделало бы честь любому университету.
Учебный процесс в институте строился так, что на последних двух курсах выделялись специальные отделения – математических и естественных наук. Менделеев выбрал второе. Математические и физические дисциплины на этом отделении не изучались. Основное внимание уделялось химии и химической технологии, минералогии, ботанике и зоологии.
Его внимание привлекали лекции по зоологии Брандта. Часть лета 1854 г. Менделеев провел в качестве репетитора на даче в его семье. Здесь же он собирал материалы для большого гербария флоры Петербургской губернии по заданию Шаховского. Эти юношеские работы определенным образом повлияли на формирование исследовательских методов Менделеева. Они воспитывали в нем необходимые навыки и умения – выделять главное, систематизировать отдельные факты. На протяжении всей научной деятельности Менделеев всегда отличался четко выраженным стремлением к использованию метода систематизации (наиболее яркий тому пример – работа над периодической системой элементов).
Особую роль сыграл его интерес к минералогии. По заданию Куторги в химической лаборатории Воскресенского Менделеев провел анализ нескольких минералов, в частности ортита, одного из пироксенов, а также селенгинской умбры. Все эти минералы имеют сложный состав, и работа над ними потребовала большого труда.
Многие видные химики начинали свои поиски в студенческие годы с химических анализов минералов, и впоследствии это играло немаловажную роль в их научной деятельности. Однако Менделеев в своих исследованиях позднее почти не прибегал к химическому анализу, более того, его самостоятельные попытки в этой области нередко заканчивались конфузом (достаточно назвать его усилия по разделению редкоземельных элементов и поиску предсказанного им экасилиция).
Между тем именно анализы ортита и одного из пироксенов стали стимулом для выбора темы диссертационной работы. Эти минералы давали благодатные примеры для иллюстрации явления изоморфизма. Менделеев вспоминал: «...я выбрал изоморфизм, потому что заинтересовался тем, что нашел сам... и предмет казался мне важным в естественно-историческом отношении... Составление этой диссертации вовлекло меня более всего в изучение химических отношений. Этим она определила многое...» Диссертация называлась «Изоморфизм в связи с другими отношениями кристаллической формы к составу».

Дмитрий Иванович Менделеев

Явление изоморфизма уже несколько десятилетий детально изучалось западноевропейскими учеными. В России же Менделеев, по существу, оказался среди первых в этой области. Позднее он назовет свои исследования изоморфизма одной из «предтеч», способствовавших открытию периодического закона. Он дал такое определение изоморфизма: «Сходство кристаллических форм по причине одинаковости атомного строения и одинаковости объема атомных атмосфер». Но отсюда логически вытекала необходимость исследования объемов атомов и молекул.
Проблема была рассмотрена Менделеевым в магистерской диссертации «Удельные объемы». В ней ученый проанализировал отношения, существующие между удельными объемами твердых и жидких тел, «сходственных по составу, форме и свойствам». По его мнению, образование кристаллов зависело от сил сцепления между частицами, от этих же сил зависели многие другие свойства: плавкость, твердость, упругость, теплоемкость. Чисто качественных характеристик здесь было уже недостаточно. Требовался эксперимент: определение сил сцепления с помощью измерения поверхностного натяжения жидкости (капиллярности) при различных температурах. Именно с этой целью он выхлопотал в январе 1859 г. заграничную командировку («для усовершенствования образования», как указывалось тогда в командировочных предписаниях).
Если многие его соотечественники отправлялись в Европу, довольно смутно представляя цели конкретных исследований, то Менделеев пересек границу, имея детально разработанный план. В Гейдельберге он отказался работать в знаменитой лаборатории Р.Бунзена, поскольку ее «химическая» атмосфера была непригодной для его тонких исследований со специально изготовленными стеклянными приборами. Ученый в небольшом домике оборудовал собственную лабораторию, где «занимался... почти исключительно капиллярностью, полагая найти в ней ключ к решению многих физико-химических задач».
В Гейдельберге Менделеев совершил выдающееся экспериментальное открытие: установил существование «температуры абсолютного кипения» (критической температуры), при достижении которой (в определенных условиях) жидкость мгновенно превращается в пар.
Фактически Менделеев работал в Гейдельберге как экспериментатор-физик, а не химик. Ему не удалось решить поставленную задачу – установить «истинную меру для сцепления жидкостей и найти ее зависимость от веса частиц». Петербургские «наставники» Менделеева, «властителем умов» которых была главным образом органическая химия, не понимали и не разделяли логики его работы, поэтому продления командировки не последовало.
Важным событием для ученого стало участие в Первом международном конгрессе химиков, который состоялся в немецком городе Карлсруэ 3–5 сентября 1860 г. Этот конгресс обсуждал важнейшие понятия атомно-молекулярного учения: атом, молекула, эквивалент. В них было много путаницы, что в немалой степени затрудняло нахождение учеными общего языка и, следовательно, более быстрое развитие химии.
Хотя на конгрессе не установилось единства мнений, однако он сыграл большую историческую роль. Для Менделеева он оказался полезным в том отношении, что ученый сумел составить собственное мнение о реальной сущности важнейших химических понятий, в особенности той области, которая касалась величин атомных весов элементов. Позднее он говорил, что именно конгресс стал для него как бы исходной точкой для размышлений о возможных систематиках элементов.

Титульный лист диссертации, представленной по окончании Главного педагогического института

Покидая Гейдельберг, Менделеев написал: «Главный предмет моих занятий есть физическая химия. Еще Ньютон был убежден, что причина химических реакций лежит в простом молекулярном притяжении, обуславливающем сцепление и подобном явлениям механики.
Блеск чисто химических открытий сделал современную химию совершенно специальною наукой, оторвав ее от физики и механики, но, несомненно, должно настать время, когда химическое сродство будет рассматриваться как механическое явление...»
Для понимания его научного мировоззрения этот рукописный документ имеет огромное значение. Эта «программная установка» сыграла фатальную роль в том, что ученый с большой осторожностью отнесся к оценке некоторых фундаментальных открытий в физике и химии конца XIX в.
Он был убежден в решающей роли массы как коренного свойства элементов (атомов), признавая их материальность как «последних граней физико-химической делимости веществ». Менделеев не осознал всей значимости открытий явления радиоактивности и электрона, равно как и результатов, связанных с этими открытиями. Химия «запуталась в ионах и электронах», сетовал он даже в 1903 г., полагая, что «в электронных представлениях очень большую роль играют в начале еще очень неясные “радиоактивные” явления и учение об “электролитической диссоциации”, а все опирается на электричество, для которого и поныне нет еще ясного представления уже по одному тому, что сама первичная (в историческом смысле) энергия – тяготение остается со времен Ньютона в состоянии почти невыясненном». Лишь после посещения в апреле 1902 г. лаборатории А.Беккереля в Париже Менделеев резко пересмотрел свое негативное отношение к радиоактивности и называл открытие радия одним из ярчайших открытий науки.

Но все это будет много позже. Возвращение в Петербург не сулило ему лавров. По существу, приходилось искать настоящие дела и заботиться о хлебе насущном. Роль случая проявилась и здесь. На протяжении всей своей научной деятельности равнодушно относясь к органической химии, Менделеев волею судеб написал в 1861 г. учебник «Органическая химия» – первый оригинальный отечественный учебник по этому предмету.
Химик-органик из Менделеева не получился. В декабре 1869 г. он написал письмо Н.Н.Зинину, которое, правда, не отправил. В нем, в частности, содержались такие слова: «Разработку фактов органической химии считаю в наше время не ведущей к цели столь быстро, как это было 15 лет тому назад, а потому мелочными фактами этой веточки химии заниматься не стану...» Письмо стало ответом на ворчливое замечание Зинина, обращенное к Менделееву: «Пора заняться работать...»
Но к тому времени Менделеев уже выбрал одно из генеральных направлений своей творческой деятельности – прежде всего начал и успешно продолжал разработку учения о периодичности свойств химических элементов.

Д.Н.ТРИФОНОВ