Недавно по решению ООН мир отмечал Год периодической таблицы Менделеева — одного из величайших интеллектуальных достижений человечества. Открытие Менделеева можно сравнить с работой Дарвина в биологии и Эйнштейна — в физике: это системообразующий фундаментальный научный прорыв, показавший, что свойства элементов определяются их строением. Сегодня, в день рождения Дмитрия Ивановича Менделеева, «Мел» рассказывает о его интереснейшей судьбе.

«Иртыш, превращающийся в Ипокрену»

Дмитрий Иванович Менделеев родился 8 февраля 1834 года в Тобольске в семье Ивана Менделеева, директора гимназии и училищ Тобольского округа. В семье было 17 детей — и Дмитрий был младшим, 17-м из них. Восемь из его братьев и сестер умерли младенцами (что дает впечатляющую картину детской смертности той эпохи), столько же дожили до совершеннолетия.

История семьи Менделеевых совершенно захватывающая. Во-первых, никакой династии тобольских Менделеевых не было — собственно говоря, история фамилии Менделеевых начинается с Ивана Менделеева, отца знаменитого химика, — точнее назвать его Иваном Соколовым.

Он был сыном Павла Максимовича Соколова — священника небольшого села в Тверской губернии. Как было принято в то время в кругах разночинного духовенства, после окончания семинарии четверо его сыновей поменяли фамилии: Тимофей остался Соколовым, Александр стал Тихомандрицким, по селу, где служил отец, Василий — Покровским, а Иван получил фамилию тверских помещиков Менделеевых — просто по соседству.

После семинарии Иван Менделеев поступил в Главный педагогический институт в Петербурге, который окончил с отличием, и в 1807 году был назначен учителем гимназии в Тобольск. Там в 1809 году он женился на Марии Корнильевой. Это была удивительная женщина из старой сибирской купеческой семьи меценатов, книгопечатников, библиофилов и просветителей. Им принадлежали одни из первых в Сибири стекольных заводов (запомните эту деталь, она сыграет свою роль), бумажных фабрик и первая в Сибири частная типография, в которой выходил журнал «Иртыш, превращающийся в Ипокрену» (тоже первый в Сибири).

Менделеев-старший служил учителем в Тамбове и Саратове, но когда получил назначение на пост директора Тобольской классической гимназии, семья вернулась в Тобольск. Иван Павлович был хорошим педагогом: Петр Ершов, автор «Конька-горбунка», был его учеником, — и сам потом учил младших Менделеевых.

В год, когда родился Дмитрий, Иван Павлович ослеп: у него развилась катаракта. После операции зрение вернулось, но не в полном объеме, и Иван Павлович вышел на пенсию, а когда Дмитрию было 13, его отец умер. Семья осталась без средств к существованию.

Мать, Мария Дмитриевна, решила пойти работать (это было абсолютно нетривиальным решением для матери 17 детей в середине XIX века), и Менделеевы переехали в село Аремзянское, где была небольшая стекольная фабрика брата Марии — Василия, жившего в Москве. Мария Дмитриевна стала управляющей фабрики, семья была спасена.

У Марии Менделеевой не было никакого образования: курс гимназии она прошла самостоятельно, когда там учились ее братья

Младший сын рос сообразительным, мать в него очень верила и во что бы то ни стало решила дать ему высшее образование. Когда Дмитрий окончил гимназию, они с матерью на лошадях отправились в Москву — проехали две тысячи километров по степям, пересекли Уральские горы. Мать мечтала, что Дмитрий поступит в Московский университет. Но его туда не взяли: по правилам той поры выпускники гимназий из Сибири могли поступить только в Казанский университет.

Что ж, пришлось ехать в Санкт-Петербург: там Дмитрий Иванович поступил в Главный педагогический университет, который оканчивал его отец. В том же году его мать умерла.

Стекла, растворы и минералы

Сначала петербургский климат сыграл с Менделеевым злую шутку: он хворал, у него временами даже шла горлом кровь. По совету друзей он смог попасть на консультацию к знаменитому хирургу Н. И. Пирогову, который осмотрел его и выдал заключение: «Вы всех нас, батенька, переживете».

Менделеев был превосходным студентом — учился он с огромным интересом, но был известен как человек не очень-то покладистый. В 1855-м он выпустился с золотой медалью физико-математического факультета (и должностью «старший учитель») из Главного педагогического института в Санкт-Петербурге.

Его первые научные работы были сделаны в институте; его занимали химические анализы силикатов — минералов из Рускеалы, в то время части Финляндии. Минералы сложны по составу; их изучение и сравнение позволяет построить изменяющийся по химическому составу изоморфный ряд.

Кремнекислые соединения и химия силикатов, как и изучение стекла (вы же помните стекольные заводы?) — а Менделеев был замечательным экспериментатором, сконструировал множество тонких измерительных приборов для опытов, — дали Дмитрию огромный опыт и понимание смысла химического соединения вообще. Но во время учебы Менделеев занимался не только химией: он написал ряд работ по истории, биологии, физике, педагогике и даже археологии! Недоброжелатели (их у него всегда будет много) говорили: «Разбрасывается!» Сочувствовавшие поправляли: «Широкий кругозор».

После окончания института Менделеев в 1855 году получает место старшего учителя естественных наук Симферопольской мужской гимназии. Он расстроен и подавлен: его, подающего надежды, отправляют в глухую провинцию! Но за Менделеева хлопочут его учителя и добиваются перевода в Ришельевский лицей в Одессе (где он получает свою первую лабораторию). В том же году 22-летний вчерашний выпускник в Петербурге защищает диссертацию «Удельные объёмы» — огромное (20 печатных листов!) исследование, где понятие «объем атома» выступает критерием сравнения элементов и соединений.

Уже тогда Менделеев показал себя не только вдумчивым экспериментатором, но и будущим теоретиком: начал задумываться о закономерностях классификации элементов, о том, как элементы ведут себя в разных состояниях и соединениях и что это говорит об их свойствах.

В 1856-м он получает право читать лекции и защищает кандидатскую диссертацию; ему присваивают звание магистра химии и приват-доцента Санкт-Петербургского университета по кафедре химии, тут он будет преподавать до 1890 года — всего 33 года.

«Дмитрием Ивановичем никто никогда не руководил!»

В начале 1859 года 25-летний Дмитрий Менделеев получил разрешение на командировку в Европу «для усовершенствования в науках». Он собирался исследовать связи химических и физических свойств веществ в ряде интересных опытов на поверхностное натяжение жидкостей в Гейдельбергском университете.

Гейдельберг был в то время Меккой для молодых ученых из России: возможности заниматься наукой здесь, в тихом городе в окружении замечательной природы, располагающей к прогулкам, и среди выдающихся ученых, были безграничны. В то время в Гейдельберге работали знаменитые химики Бунзен и Кирхгоф, в 1860-м они совершат выдающееся открытие — спектральный анализ; великий физик и математик Гельмгольц; известные медики. Сюда стремились на учебу лучшие студенты Москвы и Петербурга, будущие звезды русской науки — Иван Сеченов, Александр Бородин, Дмитрий Зинин. В городе сложилась настоящее русское землячество, тут бывали Тургенев, Герцен, останавливались русские путешественники.

Молодые люди встречались после занятий, путешествовали по Швейцарским и Итальянским Альпам, восходили на вершины и поднимались на перевалы; исследовали города и музеи Европы. Но прежде всего они учились и работали.

Менделеев попал в лабораторию именитого Бунзена, но сработаться с ним не смог: в лаборатории было шумно, суетно; не хватало нужного оборудования и реактивов, к тому же Дмитрий Иванович всегда отличался непростым характером и часто резко спорил. Когда через годы его спросят, кто был его учителем в Гейдельберге, он ответит: «Дмитрием Ивановичем никто никогда не руководил!»

Менделеев снял квартиру и сделал из нее лабораторию, провел газ, сконструировал приборы для синтеза и очистки соединений (съездил за ними в Париж к знаменитому механику Саллерену) и начал опыты по изучению явлений, происходящих в жидкостях: исследовал поверхностное натяжение, физико-химические свойства. Это было счастливое время дружбы с единомышленниками (Бородин останется его другом на всю жизнь), совместного занятия наукой, увлечения искусством.

Менделеев был известен среди своих молодых товарищей целеустремленностью и силой воли — все свои идеи он доводил до конца.

И все же не только наука занимала молодого ученого. Вопреки своим же правилам, в этот период он увлекся молодой актрисой Агнессой Фойгтман, от которой у него родилась незаконная дочь. Дмитрий Иванович финансово помогал ей всю жизнь.

«У Менделеева две жены, но Менделеев-то у меня один!»

Со временем возвращения из-за границы Менделеев, конечно, угадал. Вся Россия бурлила в преддверии отмены крепостного права; в 1860–1861 годах университет лихорадило: «новые студенты» против «старых профессоров», бунты, протесты, манифестации… После беспорядков университет закрыли на три года.

Это было трудное время — Менделеев хотел было даже стать фотографом (в то время довольно выгодное занятие для химика), но все-таки решил вернуться к науке. Именно в то время он вычисляет удельные объемы для химических элементов и понимает, что у похожих по свойствам хлора, брома, йода эти объемы близки. Над этим стоит подумать.

В 1861 году Дмитрий Иванович пишет «Органическую химию» — первый русский учебник на эту тему. За него он получает Демидовскую премию — высшую научную награду — 1428 рублей. Теперь у Менделеева (ему 28) достаточно денег, чтоб содержать семью, и в 1862-м он женится на 36-летней падчерице своего учителя Ершова Феозве Лещевой. У Дмитрия и Физы Менделеевых будет трое детей: Мария (в память о матери), Владимир и Ольга.

Но матримониальные приключения Менделеева на этом не закончились. В конце 1876 года уже знаменитым ученым 42-летний Дмитрий Менделеев с необыкновенной силой (это, кажется, его фирменная черта — напор и страсть) полюбит 16-летнюю казачку Анну Попову из Урюпинска. Он разведется с женой. По православным законам после расторжения церковного брака следующий можно заключить только через семь лет. Но Менделеев подкупит священника и обвенчается с юной супругой. Легенда гласит, что, когда чиновник пожаловался царю на двоеженство Менделеева, священник был расстрижен, а вот брак химика расторгнут не был. Царь отвечал: «У Менделеева две жены, но Менделеев-то у меня один!»

Во втором браке у Дмитрия Ивановича родилось четверо детей: Любовь (будущая жена поэта Александра Блока), Иван и близнецы Мария (вы уже помните, чье это имя) и Василий. Но это будет еще не скоро, пока Менделееву 28, и он увлечен наукой.

Периодически гениален

В 1862 году Дмитрий пишет работы о технологиях производства сахара, муки, спирта и стекла и становится известен как знающий химик-технолог. Но должность экстраординарного профессора химии ему не достается: у него нет докторской диссертации. Значит, ее надо написать!

Работа «О соединении спирта с водой» (известная как докторская «диссертация о водке») не была посвящена производству алкоголя, а закономерно вытекала из предыдущих интересов ученого — исследования физико-химических свойств жидкостей, водных растворов, капиллярности — и была успешно защищена. Знаменитые 40 градусов никак не фигурируют в диссертации, а вот вывод о том, что молекулы спирта и воды стабильны при концентрации раствора 46% спирта по массе и 52% по объёму — присутствуют. Но приписывание Менделееву рецептуры водки — миф.

В 1867 году Менделеев начал писать учебник «Основы химии» и сразу столкнулся с трудностями обработки фактического материала: фактов было очень много, а сроки сдачи материала в типографию поджимали. К середине февраля 1869 года, обдумывая структуру учебника, он понял, что простые вещества (химические элементы) и атомные массы что-то объединяет. Это была та же мысль, которая приходила к нему еще в студенческие времена. «Должен быть какой-то закон», — считал он.

Над периодизацией и систематизацией химических элементов думали в то время и другие знаменитые химики

В 1865 году ученый Джон Ньюлендс представил научному миру свой вариант таблицы — увы, провальный. Тогда благородные газы (от гелия до радона) еще не были известны, и в верхних рядах таблицы Ньюлендса было по семь элементов. Ньюлендс сравнил их буквально с нотами: «до-ре-ми-фа-соль-ля-си». Лондонское химическое общество вежливо не согласилось с открытием Ньюлендса.

Юлиуса Лотара Мейера в Германии и сегодня считают соавтором открытия Менделеева: он тоже работал в Гейдельберге у Бунзена и был значительным ученым: открыл взаимодействие гемоглобина с кислородом в красных кровяных тельцах. Мейер и Менделеев в 1882 году вместе получили престижную награду — медаль Дэви— с формулировкой «За открытие периодического закона».

В то время химики открыли 64 элемента, знали их атомные веса, так что фактический материал для работы был уже накоплен. 1 марта 1869 года Менделееву пришла свежая мысль — сравнить атомные массы элементов и их химические свойства. Он пытался понять, что их связывает и определяет свойства.

Был ли сон о таблице?

Менделеев использовал визитные карточки, на обратной стороне которых записал символы элементов: хлор Cl и калий K с близкими атомными массами (35,5 и 39). Получилось несколько похожих дуэтов: фтор F и натрий Na, бром Br и рубидий Rb, йод I и цезий Cs. Неметаллы и металлы с близкими массами: Менделеев складывал карточки в ряды и столбцы, смотрел на их атомные массы и свойства простых веществ.

На его стороне был опыт экспериментатора, знание каждого элемента, которые он годами изучал в лабораториях. Ориентируясь на свойства веществ, он предположил, что в некоторых случаях атомная масса была вычислена неправильно, уточнил формулы оксидов. Постепенно становились видны закономерности: среди элементов могут периодически повторяться определенные, но не все химические свойства, а основой классификации должен стать атомный вес каждого элемента, который является определяющей чертой каждого простого вещества. Это было гениальное озарение. И пришло оно к ученому, конечно же, не во сне.

Менделеев превосходно знал, как плавятся, пахнут и реагируют все элементы. Металлы, дьявольски сложные и противоречивые вещества, было сложнее всего систематизировать. Но Менделеев смог блестяще рассортировать элементы, известные на тот момент, по рядам и столбцам.

И Менделеев, и Мейер оставили в своих таблицах пустоты, в которые не получалось отнести никакие из известных к тому времени элементов. Менделеев даже решился предсказать, что новые вещества еще предстоит открыть, — назвал плотности и атомные веса будущих открытий. Все были потрясены, когда его прогнозы начали сбываться.

Открытые в 1890-х годах благородные газы не нарушили стройной систематики таблицы: к ней просто добавился еще один столбец. А 1 марта 1869 года первый вариант периодической системы химических элементов («Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве») выглядел так: 19 горизонтальных рядов и 6 вертикальных столбцов.

Менделеева ждали восхищение и скандалы. Он предсказал и описал свойства 11 еще не открытых элементов. И оказался прав.

Не в Нобеле счастье

Таблица была опубликована в конце марта 1869-го в первом издании «Основ химии», а уже в апреле стала достоянием мировой науки.

В работе 1872 года «Периодическая закономерность химических элементов» Менделеев сформулировал открытый им закон так: «Свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от их атомного веса».

Теперь закон надлежало проверить. И — как сказали бы мы сегодня — началось. В 1869 французский химик Лекок де Буабодран открыл новый элемент — галлий. Менделеев заявил, что открытие сделано на основе его описания экаалюминия, пропущенного элемента таблицы. Менделеев с его репутацией надменного и высокомерного ученого и Буабодран обменивались желчными статьями в зарубежной прессе: между делом Менделеев указал Буабодрану, что, согласно таблице, тот неверно исчислил атомный вес галлия, и оказался прав!

Но характер Менделеева еще сослужит ему дурную службу. В 1877 году он был избран член-корреспондентом Академии наук, но на выборах в Академию в 1880-м Дмитрий Иванович, у которого всегда была тьма недоброжелателей, оказался забаллотирован. Он так и не будет избран в Академию.

Менделеев не получит и Нобелевскую премию, хотя иностранные учёные выдвигали его в 1905, 1906 и 1907 годах (соотечественники — никогда)

«Нобели» были лично настроены против кандидатуры Менделеева: Дмитрий Иванович считал Альфреда Нобеля человеком «злой воли», манипулятором и спекулянтом нефтью.

У него было множество врагов. В 1890-м году Дмитрий Иванович покинул Санкт-Петербургский университет из-за конфликта с министром просвещения, которому Менделеев, симпатизировавший студенческим движениям, подал петицию студентов.

Чемоданы, варенье, вареники и компот

Но даже сварливый характер и неурядицы не повлияли на творческое и научное долголетие Менделеева. Кажется, что он увлекался и интересовался всем, — и сделал чрезвычайно много.

В 1892-м году он стал ученым-хранителем Палаты мер и весов — будущего института метрологии, где регулярно устраивал елку для детей служащих, угощал их фруктами и сладостями. Кстати, при Менделееве на работу в Палату мер и весов стали брать женщин. А еще Дмитрий Иванович тайно вносил двойную плату за обучение в гимназию — за своего сына и за того, кто не имел возможности заплатить.

Менделеев разработал формулу русского бездымного пороха (пироколлодия). Он увлекался воздухоплаванием и поднимался в воздух на аэростате и воздушном шаре «Русский», наблюдая солнечную корону во время затмения. Менделеев выступал за освоение Крайнего Севера и открытие Северного морского пути, принимал участие в конструировании ледоколов. Его интересовали таможенные тарифы и экономическая политика.

Всем известны легенды о водке и о приснившейся таблице (это мифы), но почему-то миф о чемоданах Менделеева тоже оказался крайне живуч: ученый якобы складировал свой архив в самодельных чемоданах. Что ж, нас бы это не удивило.

Менделееву принадлежат 432 научные работы, 146 из которых по химии, а остальные — по темам, которые его тоже интересовали (их было немало). Например, для энциклопедии Брокгауза и Ефрона он написал статьи «Вареники», «Варенье» и «Компот».

Даже странно, что имя Менделеева носит 101-й элемент таблицы — менделевий: ему бы подошел сотый. Но 100 +1 тоже неплохо: Дмитрий Иванович в стандартные рамки, конечно, не умещается.