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.
«…Вашего последыша, семнадцатого из рождённых Вами, Вы подняли на ноги… Вы научили любить природу с её правдою, науку с её истиной, родину со всеми её нераздельнейшими богатствами, дарами; больше всего труд со всеми его горестями и радостями… Вы заставили научиться труду и видеть в нём одном всему опору, Вы… доверчиво отдали в науку».
Дмитрий Менделеев. Из посвящения матери в научной работе «Исследования водных растворов по удельному весу»
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».
«Сам удивляюсь, чего только я не делывал на своей научной жизни»
Дмитрий Менделеев
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.
«Профессор, который только читает курс, а сам не работает в науке и не двигается вперёд, — не только бесполезен, но прямо вреден».
Дмитрий Менделеев
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!»
Гейдельбергские правила Дмитрия Менделеева
1. Не умничать, когда ясно говорит внутренний голос воли. Не предаваться желанию, когда ясно говорит против него ум.
2. Знакомых много не иметь.
3. Работать и гулять.
4. От женщин подальше.
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.
