сколько элементов было известно при жизни менделеева
Таблица Менделеева: история открытия, интересные факты и байки
Открытие таблицы периодических химических элементов стало одной из важных вех в истории развития химии как науки. Первооткрывателем таблицы стал российский ученый Дмитрий Менделеев. Неординарный ученый с широчайшим научным кругозором сумел объединить все представления о природе химических элементов в единую стройную концепцию.
Об истории открытия таблицы периодических элементов, интересных фактах, связанных с открытием новых элементов, и народных байках, которые окружали Менделеева и созданную им таблицу химических элементов, М24.RU расскажет в этой статье.
История открытия таблицы
К середине XIX века было открыто 63 химических элемента, и ученые всего мира не раз предпринимали попытки объединить все существовавшие элементы в единую концепцию. Элементы предлагали разместить в порядке возрастания атомной массы и разбить на группы по сходству химических свойств.
В 1863 году свою теорию предложил химик и музыкант Джон Александр Ньюленд, который предложил схему размещения химических элементов, схожую с той, что открыл Менделеев, но работа ученого не была принята всерьез научным сообществом из-за того, что автор увлекся поисками гармонии и связью музыки с химией.
В 1869 году Менделеев опубликовал свою схему периодической таблицы в журнале Русского химического общества и разослал извещение об открытии ведущим ученым мира. В дальнейшем химик не раз дорабатывал и улучшал схему, пока она не приобрела привычный вид.
Байки о Менделееве
Гравюра, на которой изображен Менделеев. Фото: ИТАР-ТАСС
Другая байка приписывает Менделееву открытие водки. В 1865 году великий ученый защитил диссертацию на тему «Рассуждение о соединении спирта с водою», и это сразу дало повод для новой легенды. Современники химика посмеивались, мол ученый «неплохо творит под действием спирта, соединенного с водой», а следующие поколения уже называли Менделеева первооткрывателем водки.
Посмеивались и над образом жизни ученого, а особенно над тем, что Менделеев оборудовал свою лабораторию в дупле огромного дуба.
Также современники подтрунивали над страстью Менделеева к чемоданам. Ученый в пору своего невольного бездействия в Симферополе вынужден был коротать время за плетением чемоданов. В дальнейшем он самостоятельно мастерил для нужд лаборатории картонные контейнеры. Несмотря на явно «любительский» характер этого увлечения, Менделеева часто называли «чемоданных дел мастером».
Одна из наиболее трагичных и в то же время известных страниц в истории химии и появления новых элементов в таблице Менделеева связана с открытием радия. Новый химический элемент был открыт супругами Марией и Пьером Кюри, которые обнаружили, что отходы, остающиеся после выделения урана из урановой руды, более радиоактивны, чем чистый уран.
Поскольку о том, что такое радиоактивность, тогда еще никто не знал, то новому элементу молва быстро приписала целебные свойства и способность излечивать чуть ли не от всех известных науке болезней. Радий включили в состав пищевых продуктов, зубной пасты, кремов для лица. Богачи носили часы, циферблат которых был окрашен краской, содержащей радий. Радиоактивный элемент рекомендовали как средство для улучшения потенции и снятия стресса.
Мария Кюри умерла в 1934 году от лучевой болезни, вызванной долговременным воздействием радия на организм.
Таблица Менделеева не только упорядочила химические элементы в единую стройную систему, но и позволила предсказать многие открытия новых элементов. В то же время некоторые химические «элементы» были признаны несуществующими на основании того, что они не укладывались в концепцию периодического закона. Наиболее известна история с «открытием» новых элементов небулия и корония.
Отметим, что сегодня в московском Центральном доме ученых РАН торжественно присвоят имена двум химическим элементам, открытым учеными из подмосковной Дубны.
Материал создан на основе информации из открытых источников. Подготовил Василий Макагонов @vmakagonov
masterok
masterokМастерок.жж.рф
Хочу все знать
В 2019 году таблице Менделеева исполнилось 150 лет. Первый ее вариант содержал лишь 63 элемента. Но процесс добавления туда элементов не остановился и по сей день.
Сколько же сейчас существует открытых химических элементов.
По состоянию на начало 2020 года учеными официально открыто 118 химических элементов, которые имеют соответствующие порядковые номера с 1 по 118. При этом 94 элемента имеют природное происхождение, а еще 24 открыты искусственным путем – при помощи проведения ядерных реакций.
Интересный факт: последний 118 химический элемент, официально открытый и подтвержденный 28 ноября 2016, носит название оганесон в честь Юрия Оганесяна – знаменитого академика. Это второй элемент, названный в честь ныне живущего человека (первый – сиборгий).
Раньше ученые открывали элементы, обнаруживая их в природе. Для этого исследовали различные минералы, разделяли их на отдельные компоненты. Но они не могут быть в бесконечном количестве – после урана последующие открытия осуществляются лишь синтетическим путем.
Как именно происходит процесс открытия нового элемента? Говоря простым языком, производится реакция слияния двух ядер. Одно ядро выступает «мишенью», а второе – атакующей частицей. Визуально это можно представить в виде капли жидкости, которая вибрирует и, в итоге, разделяется на две капли – образуется новый элемент. Сложность заключается в том, что одни элементы могут существовать долго, а другие распадаются буквально за считанные минуты. Это затрудняет изучение и открытие новых элементов. Также ученые пытаются создать тяжелые элементы, что на практике является еще более сложной задачей.
В современной версии таблицы элементы 104-118 являются сверхтяжелыми. Это значит, что они обладают существенной атомной массой. Элементов, тяжелее урана, не обнаружено – все последующие образуются только искусственно. В настоящее время ученые занимаются активными поисками элементов под номерами 119 и 120.
Основная цель – понять, насколько большой может оказаться таблица, и какие силы заставляют столь тяжелые атомы держаться вместе. Сверхтяжелые элементы открывают путем объединения двух легких. По такой схеме были обнаружены элементы 113, 115, 117 и 118.
Подобные исследования происходят лишь в считанных лабораториях, расположенных в разных странах мира. Есть такой специализированный объект и в России. Главным российским научным центром в данной области является Объединенный институт ядерных исследований, расположенный в технополисе Дубна (Московская область).
Именно здесь за последние 20 лет было искусственно создано 5 элементов – со 114 по 118. Также в Дубне создается Фабрика сверхтяжелых элементов – установка, которая должна упростить синтез.
Какой гений всё-таки был Менделеев! Айфон рядом не стоял
Периодическая таблица, таблица Менделеева — кто не помнит её по школьным урокам химии и физики?
Между тем периодическая таблица Менделеева, по мнению множества видных ученых прошлого и современности, стала определяющей вехой не только в химии, но и во всей современной фундаментальной науки и её прямого выражения — техники, которая нас окружает.
Кто вообще такой Менделеев?
“Трёхногий” портрет отца мировой химии
Удивительно, что именно Менделеев стал родоначальником Периодического закона, ставшего основой периодической системы химических элементов.
Ставший 17-м ребенком директора Тобольской гимназии, он не проявлял призвания к какой-либо науке вплоть до старших курсов гимназии, однажды оставшись на второй год. Со временем ему удалось подтянуться и закончить Главный педагогический институт Петербурга с золотой медалью.
Став учителем в Одессе, он проявлял множество странных, нехарактерных для интеллигента того времени привычек и увлечений. Одним из них было увлечение кожевенным делом и шитьё: Менделеев самостоятельно переплетал книги, делал чемоданы и шил одежду для себя самого.
Пороховые заводы Менделеева
В числе других его увлечений оказалось воздухоплавание, экономика и футурология. Попутно он создал основы современной метрологии, разработал первый ледокол. Занятие естественными науками приводило ученого то к созданию русского бездымного пороха, то к попытке разработки собственной теории эфира для объяснения свойств капиллярных сосудов.
Однако водка, несмотря на устоявшееся мнение, никак не связана с именем Менделеева. Водка родилась задолго до защиты диссертации «О соединении спирта с водой», посвященной на самом деле теории растворов (указал о необходимости учитывать химизм раствора), а не русскому национальному напитку.
Менделеева совершил первый метеорологический полет в России
Но все же главное его открытие — Периодический закон: сегодня его относят к одному из фундаментальных законов мироздания, поскольку она до сих по является аксиоматической, абсолютной.
Это противоречит самим законам науки. Однако, правота Менделеева подтверждается раз за разом. И многое мы видим прямо за экраном своего монитора.
Откуда появилась великая таблица Мендлеева?
Памятники Менделееву существуют во всех странах мира
К моменту появления периодической таблицы в 1869 году было открыто 63 химических элемента. Все они представлялись в виде хаотического набора, хотя попытки какого-то упорядочения совершались регулярно.
Первой известной публикацией на этот счет стал «закон триад» (1829 год) Иоганна Дёберейнера, однако он дальше понимания связи атомной массы и химических свойств элементов не продвинулся.
Позднее Александр Эмиль Шанкуртуа создал «Теллуров винт» (1862), разместив элементы на винтовой линии. Ему удалось увидеть частое циклическое повторение химических свойств по вертикали.
Самой правдоподобной стала система Юлиуса Лотара Мейера (1864), который смог составить таблицу, упорядочив элементы по свойствам и весам. Увы, он взял за основу периодичности свойств валентность, что оказалось ошибкой.
Главный конкурент, который подсказал идею: Лотар Мейер
Менделеев, по собственным словам, занимался проблемой систематизации химических элементов на протяжении 20 лет (а не спонтанно во время сна, вопреки устоявшемуся мнению), перекладывая карточки с названием и свойствами элементов в поиске нужной комбинации.
И в 1869 ему удалось найти ответ, опубликованный в статье журнала Русского химического общества «Соотношение свойств с атомным весом элементов».
Сегодня существует несколько сотен вариантов изображения его периодической системы: в виде кривых, таблиц и даже других геометрических фигур.
Периодическая таблица Мейера довольно скудна
Чуть позже идею подхватил Мейер, опубликовав собственную работу с аналогичным результатом. Знал ли он о достижении Менделеева? Незивестно. К тому же он смог организовать лишь 28 элементов
Однако, из-за него в Европе и США Периодическая таблица Менделеева не имеет в названии имени собственного.
Тем не менее, мировое сообщество ученых трижды выдвигало Менделеева лауреатом Нобелевской премии. Увы, ему не удалось стать членом Российской академии наук, а её члены раз за разом отвергали кандидатуру.
Таблица Менделеева важна, но Периодический закон – ещё важнее
Менделеев смог открыть один из всеобъемлющих законов
Как ни странно, важнейшее открытие Менделеева обычно остается за кадром – Периодический закон:
Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от величин атомных весов элементов.
Современная формулировка практически ничего не меняет, лишь дополняя исходный текст:
Свойства простых веществ, а также свойства и формы соединений элементов находятся в периодической зависимости от заряда ядра атомов элементов (порядкового номера).
Периодическая система стала графическим выражением Периодического закона, который устанавливает зависимость свойств элементов от их атомного веса (атомной массы или атомного числа — числа протонов в атоме).
Современный вид таблицы Менделеева
Размещение элементов в таблице удовлетворяет одновременно 2 условиям: они
▪️ организованы веса атомов,
▪️ химические и физические свойства каждого элемента сходны с предыдущим.
Закон справедлив для всех существующих и гипотетических элементов, исключая самых первых — они просто не имеют ничего перед собой (хотя многие пытаются разместить там гипотетический «эфир», ссылаясь на самого Менделеева, хотя он таких попыток не делал).
Интересно, что в первой версии было лишь 60 элементов таблицы. Сегодня их 118, а конечно число… Теоретически оно могло бы быть бесконечным, если бы не квантовая физика, но об этом чуть позже.
Почему в таблице Мендлеева были пустые клетки?
Памятник Менделееву в Тобольске пора пополнять новыми элементами
Значимость теории Менделеева, спустя некоторое время ставшей аксиомой современной науки, проявилась довольно быстро. Дело в том, что до него элементы упорядочивали в сплошную линию.
Но уже первая версия таблицы Менделеева оставляла пустыми несколько клеток под новые элементы: пустые места должны были занять так называемые эка-элементы, похожие на соседей. Менделееву даже удалось с поразительной точностью предсказать целый ряд их физических и химических свойств.
Соответствующие экабор, экаалюминий, экасилиций, экамарганец были получены экспериментально, получив уже в наше время собственные имена скандий, галлий, германий, технеций. Практика эка-элементов сохраняется и по сей день.
Для известных в середине XIX века бериллия, индия, урана, тория, церия, титана, иттрия Менделееву пришлось исправить атомные веса, чтобы разместить их в таблице согласно химическим свойствам, на что не решился ни один другой исследователь. И это тоже оказалось верным.
Один из первых вариантов таблицы Менделеева с предсказанными элементами
Абсолютность таблицы однажды подвела исследователей: инертным газам в первое время не нашлось в ней места, поэтому их существование активно отвергалось.
В дальнейшем периодичность позволила найти класс несуществующих (или чрезвычайно редких) в природе при обычных состояниях трансурановых элементов.
Как таблицу Менделеева проверили и доделали другие
Мозли связал номер элемента в Таблице и его физические свойства
Окончательный вид подтверждения Периодического закона нашел английский физик Генри Мозли:
Закон Мозли — закон, связывающий частоту спектральных линий характеристического рентгеновского излучения атома химического элемента с его порядковым номером.
Это привело к более глубокой трактовке закона, о котором Менделеев не мог даже догадываться:
▪️ порядковый номер элемента = мера электрического заряда атомного ядра этого элемента,
▪️ номер горизонтального ряда (периода) = число электронных оболочек атома,
▪️ номер вертикального ряда (группы) определяет квантовую структуру оболочки, что определяет сходство химических свойств.
Как понять таблицу Менделеева, если ты не шаришь?
Краткая шпаргалка к Таблице Менделеева
Периодический закон легко применять на практике. Ещё со школы мы все должны знать: натрий похож на калий, фтор похож на хлор, а золото — на серебро и медь. Следующий элемент просто как бы прибавляет к уже существующим ещё что-то.
По самой таблице так же можно узнать примерные свойства. В подгруппах сверху вниз:
▪️ усиливаются металлические свойства и ослабевают неметаллические (появляются свободные электроны — проводит ток);
▪️ возрастает атомный радиус (выше плотность/масса),
▪️ возрастает сила образованных элементом оснований и бескислородных кислот (действие сильнее),
▪️ электроотрицательность падает (хуже соединяется с другими элементами).
В периоде с увеличением порядкового номера элемента:
▪️ электроотрицательность возрастает (лучше образовывает соединения),
▪️ металлические свойства убывают, неметаллические возрастают (хуже проводит ток),
▪️ атомный радиус падает (хуже создает соединения).
Ещё одно свойство связано с традиционной, «короткой» формой таблицы, предложенной самим Менделеевым: если сложить её пополам, посредине IV группы, окажется, что элементы напротив друг друга могут образовывать соединения друг с другом.
Хотя на первый взгляд это не нужно в обыденности, таблица Менделеева помогает быстро понять, например: какая кислота «сильнее», что лучше проводит ток, к чему не стоит прикасаться, чем можно отравиться.
Как таблицу Менделеева пополнили ядерные элементы
Здесь создают новые химические элементы
Вряд ли Менделеев предполагал, как далеко зайдут его последователи в поиске продолжения таблицы: в его время элементы получали только из природных материалов — минералов, руд.
Открытие ядерной реакции позволило создать новый способ «пополнения» таблицы: расщепление урана (элемент 92) позволило создать трансурановые элементы, вместе с которыми известно 118 элементов.
Юрий Оганесян из НИЯУ МИФИ, соавтор открытия 5 трансурановых элементов
Например, для создания теннесина (номер 117 соответствует числу протонов в ядре) ученые объединили пучки кальция (20 протонов) с мишенью из беркелия (97 протонов).
Синтез кальция с калифорнием (98) позволил появиться на свет долгоживущему изотопу оганесона (118).
Что ждёт таблицу Менделеева в ближайшем будущем?
Границы таблицы попытался определить Ричард Фейнман
Элементы 119 и 120, над получением которых работают исследователи Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) в Дубне (Московская область), обещают показать принципиально новые физические свойства.
Они которые не вписываются в существующую физическую модель мироздания. А закон Менделеева продолжает работать.
Ричард Фейнман предположил, что таблица закончится на 137-м элементе. Но не потому, что больше их не существует — мы просто не сможем определить количество протонов и нейтронов в его ядре.
В ближайшие 2 года ожидается открытие 120 элемента
Число 1/137 – постоянная Зоммерфельда (постоянная тонкой структуры), которая описывает вероятность поглощения или излучения электроном фотона.
Элемент с 137 электронами в соответствии с определением этой константы должен с вероятностью в 100% поглощать падающий на него фотон.
Его электроны будут вращаться со скоростью света. А электроны элемента 139, чтобы существовать, должны вращаться быстрее, чем скорость света. Не может быть?
Менделеев объединил усилия всех
Увы, текущие расчеты показывают, что фотоны в огромных атомах оганесона должны превысить скорость света, что противоречит самой сути фотона – единичного кванта света.
Это нарушает основные принципы квантовой физики. Но, возможно, именно открытие новых элементов Периодической таблицы Менделеева даст ключ к созданию Теории Всего, которая должна объединить существующие знания в естественных науках.
Закон, открытый 150 лет назад русским ученым, изменит понимание мироздания. Быть может ещё сильнее, чем когда-то это сделала Теория относительности.
Д. И. Менделеев и периодическая система элементов
Дмитрий Иванович Менделеев (1834–1907)
В сентябре 2017 года Генеральная ассамблея ООН провозгласила «год, начинающийся 1 января 2019 года, Международным годом Периодической таблицы химических элементов в целях повышения осведомленности мировой общественности о фундаментальных науках и расширения образования в области фундаментальных наук». Это было сделано по предложению нескольких международных организаций, в том числе Международного союза теоретической и прикладной химии, Российской академии наук, Объединенного института ядерных исследований, Российского химического общества имени Д. И. Менделеева.
150 лет назад, 17 февраля 1869 года (по принятому тогда в России юлианскому календарю), Дмитрий Иванович Менделеев поставил эту дату и свою подпись под одностраничной рукописью, названной им «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сродстве». Отчетливо сознавая значение сделанного им открытия («опыта»), Д. И. Менделеев через несколько дней отправил сделанные переписчиками копии этой рукописи западноевропейским коллегам-химикам. Прежде всего, он послал рукопись немцу Юлиусу Лотару Мейеру (1830–1895), англичанину Джону Ньюлендсу (1837–1898) и итальянцу Станислао Канницаро (1826–1910). Интересно отметить, что эти химики и сам Менделеев были практически ровесниками, сравнительно молодыми учеными. В 1860–66 годах они независимо друг от друга стремились навести порядок в системе химических элементов, которых тогда было известно уже около 60. Большая часть из этого числа была открыта в 40–60-е годы XIX века и для них еще не были надежно определены атомные веса и химические свойства (возможные валентности).
В 1860 году С. Канницаро, расположив элементы в порядке увеличения их атомного веса, подметил некоторые закономерности в похожести химических свойств. Л. Мейер в 1864 году, выбрав 28 элементов, впервые составил некую таблицу из 6 столбцов, соответствующих 6 возможным валентностям. Но в каждой из 5 строк этой таблицы элементы располагались не по возрастанию атомного веса, а довольно хаотично. Причиной этого было неточное знание атомных весов и наличие нескольких возможных валентностей у многих элементов. Периодичность по строкам и столбцам нарушалась. Но сама идея поисков периодичности при расположения элементов по строкам и столбцам была здравой и многообещающей. На родине Мейера, в городке Фарель в Нижней Саксонии, неподалеку от устья Эльбы установлен мемориал с тремя скульптурными портретами — Мейера, Менделеева и Канницаро.
Английский химик Д. Ньюлендс тоже подметил некоторую закономерность в списке элементов. Он назвал эту закономерность «правилом октав». В начале списка Канницаро валентности повторялись через каждые шесть элементов, 2-й, 9-й и 16-й элементы имели валентность 1, а 3-й, 10-й и 16-й элементы имели валентность 2.Это походило на музыкальную октаву, в которой между тонами «до» расположено шесть других основных тонов. Правда, после кальция, занимавшего 17-е место в списке, это правило теряло свою обязательность. Опубликованная в 1865 году работа Ньюлендса не вызвала, однако, интереса у химиков и даже подверглась насмешкам на заседании Лондонского химического общества.
Таким образом, у истоков создания периодической системы стояли четыре человека, однако создателем периодической системы элементов признан российский химик.
Так что же сделал Д. И. Менделеев?
Прежде всего, он руководствовался списком не из 28 элементов (Мейер) и не из 40 элементов (Канницаро), а из 67 элементов, смело оставив в этом списке места для трех, совершенно неизвестных в то время элементов, по его мнению обязанных находиться в определенных местах таблицы согласно их возможной валентности и возможному атомному весу. Это означает, что для самого автора периодичность уже была установленным законом, хотя он и озаглавил свою таблицу «опытом». В этом сказалась методологическая (философская) убежденность Менделеева в существовании цикличности в глобальных законах природы.
«Опыт системы элементов» (1869 г.)
В первом варианте своей таблицы Менделеев, в отличие от Мейера, элементы с одинаковой валентностью располагал не по вертикали (в столбах), а по горизонтали (в строках). Это не меняло сути дела, и уже во втором варианте таблицы в 1870 году он повернул таблицу на 90 градусов, и она приняла более привычный нам вид. Номера столбцов стали соответствовать «главным» валентностям элемента (с первого по седьмой) и называться группами, а строки получили название периодов, в которых содержалось либо 7, либо 17 элементов. Отличие от современных значений — 8 групп (или 18, как принято в наиболее современных вариантах периодической системы) и по 8 или 18 элементов в периоде — обусловлено тем, что в то время еще совершенно не были известны элементы, называемые сегодня благородными (инертными) газами. Только за 4 месяца до открытия Менделеева появились первые сообщения о гипотетическом солнечном газе, а на Земле гелий был открыт лишь через 27 лет после этого. И уже впоследствии состоялось открытие других благородных газов.
Очень важным было то, что менделеевская таблица предсказала существование нескольких неизвестных тогда химических элементов, которые Менделеев назвал эка-алюминием, эка-кремнием и эка-бором. Через 6 лет после работы Менделеева французским химиком Лекоком де Буабодраном был открыт элемент, названный галлием. И хотя интересы Менделеева в это время уже сместились в другие области науки, он продолжал следить за научными публикациями по химии. Прочитав об открытии галлия, он тут же узнал в нем свой предугаданный эка-алюминий.
Сообщение Менделеева об этом в письме французскому химику произвело настоящую сенсацию среди ученых. Тем более, что предсказания Менделеева о плотности и атомном весе этого элемента оказались даже более точными, чем первоначально опубликованные опытные данные. В десятках европейских лабораториях химики стали лихорадочно искать остальные предсказанные Менделеевым элементы и проверять у известных элементов сомнительные атомные веса и химические свойства. И уже через год шведский химик Ларс Нильсон открыл элемент, полностью соответствующий описанному Менделеевым эка-бору. Он назвал его в честь своей родины скандием. При жизни Менделеева был открыт элемент германий (эка-кремний) и началось открытие семейства благородных газов.
Периодическая таблица элементов (1905 г.)
Опубликованная Менделеевым в очередном издании своих «Основ химии» в 1905 году таблица периодической системы уже гораздо больше походила на современную. Окончательно эта таблица получила современный вид после работ по анализу рентгеновских спектров элементов Генри Мозли (1913 г.). Мозли понял, что не только валентность, определяемая числом электронов во внешней электронной оболочке атома, определяет положение элемента в той или иной группе. Большую роль играют и спектры, связанные с электронными переходами во внутренних оболочках (К-, L- и М-электронных оболочках). Гораздо резче, чем в оптических спектрах, в рентгеновских спектрах проявляется номер элемента в периодической системе. Сегодня мы знаем, что это и есть зарядовое число атомного ядра элемента. Это позволило Мозли уточнить расположение в периодической таблице многих редкоземельных элементов и предсказать, в свою очередь, открытие ряда тогда еще неизвестных элементов. И в наше время, когда на мощных ускорителях в нескольких мировых научных центрах (и прежде всего в Объединенном институте ядерных исследований в подмосковной Дубне) открыто уже 26 трансурановых элементов, каждый из них занимает положенную ему «клеточку» в периодической системе согласно атомному весу и строению электронных оболочек, определяемому по рентгеновским спектрам.
Очередным триумфом менделеевской таблицы стало открытие 118-го элемента, который занял место в группе благородных газов. И он получил имя, которое оканчивается не на «-ий», как у всех других трансурановых элементов, а на «-он», как это и положено всем элементам восьмой группы, кроме гелия. Имя это — «оганесон» — дано в 2018 году международным комитетом в честь руководителя работ в Дубне академика РАН Ю. Ц. Оганесяна. Второй раз элементу присвоено имя в честь здравствующего ученого (первым был американский физик Гленн Сиборг, определивший в 1941 году нептуний и плутоний). Среди названий трансурановых элементов 2 астрономических, 9 географических, а 15 названы в честь ученых. Так, 99-й элемент — это эйнштейний, 100-й — фермий, а 101-й элемент заслуженно носит имя «менделевий». Не подлежит сомнению и роль Менделеевской таблицы в открытии элементов радия и полония, за что Мария Склодовская-Кюри в 1911 году получила вторую Нобелевскую премию, на этот раз — по химии.
Но наибольший триумф периодической системы — это ее теоретическое обоснование, сделанное в 1926 году Вольфгангом Паули на основе только что созданного тогда матричного представления квантовой механики. Это обоснование стало одним из первых доказательств справедливости квантовой механики, этого, по мнению многих ученых, величайшего достижения науки в ХХ веке.
Дмитрий Иванович Менделеев родился 27 января (8 февраля) 1834 года в Тобольске в семье директора гимназии и попечителя народных училищ Тобольской губернии Ивана Павловича Менделеева и Марии Дмитриевны Менделеевой, урожденной Корнильевой. В семье было 14 детей, но восемь из них умерли в младенчестве. Дмитрий был младшим сыном, «последышем», как он сам себя называл впоследствии. Иван Павлович вскоре после рождения младшего сына ослеп и, хоть зрение ему частично смогли восстановить московские хирурги, к работе он вернуться не смог и скончался, когда сыну было чуть больше 10 лет. Воспитанием будущего ученого занималась его мать, происходившая из старинного сибирского рода купцов и промышленников. Она самостоятельно прошла полный гимназический курс и сыграла особую роль в жизни семьи, фактически став главным семейным педагогом.
Мария Дмитриевна быстро поняла, что ее младший сын имеет выдающиеся способности, хотя в гимназии он увлекался математикой и физикой, а к гуманитарным предметам не испытывал интереса. Способности мальчика и его трудолюбие позволили ему закончить гимназический курс в 15 лет. Через год Мария Дмитриевна распродала имущество и отправилась с семьей сначала в Москву, а потом в Петербург, где тогда достаточно высоким был уровень естественно-научного образования, к которому стремился всей душой ее сын. Ей удается обеспечить досрочное (по возрасту) поступление сына в институт, а через год она умирает.
В предисловии к одной из первых научных работ Дмитрий Менделеев пишет:
«Это исследование посвящено памяти матери ее последышем. Она смогла его вырастить своим трудом и любовью, воспитывая примером, и, чтобы отдать науке выходца из Сибири, тратила последние средства и силы. Умирая, завещала: избегать самообольщения, настаивать в труде, а не в словах, терпеливо объяснять научную правду, ибо понимала, как при помощи науки, без насилия, любовно, но твердо устраняются предрассудки и ошибки и достигается свобода дальнейшего развития, общее благо и внутреннее благополучие. Заветы матери считаю священными».
В 21 год Менделеев закончил физико-математический факультет Главного педагогического института в Петербурге с золотой медалью и титулом «старший учитель». Два года он работал сначала в Симферополе, а потом в Одессе в гимназии при Ришельевском лицее преподавателем физики, математики и естественных наук. За это время он подготовил и с блеском защитил в Петербургском университете магистерскую диссертацию по химической проблеме и стал приват-доцентом этого университета.
В России тогда наступало новое время — эпоха отмены крепостного права, эпоха преобразований и организация регионального (земского) управления. Правительство Александра II понимало необходимость для этого подготовки просвещенных управленческих кадров, а значит, и развития образования и науки. Резкое увеличение финансирования университетов позволило Менделееву стать стипендиатом двухгодичной стажировки в научные учреждения Германии.
За границей Менделеев не только изучал новейшие достижения химической науки и технологии. Он смог получить средства для создания лаборатории, в которой изучал физико-химические свойства газов и жидкостей, в частности зависимость температуры кипения жидкостей от давления и свойств насыщенного пара.
Менделеев показал, что выше некоторой температуры ни при каком давлении не существует длительного процесса кипения жидкости и, соответственно, не существует явления постепенного сжижения газа. При некоторых температуре и давлении происходит одномоментное сгущение газа или расширение жидкости. Эти параметры впоследствии были названы «критическими», а само состояние вещества при этом — «критическим состоянием». Оказалось, что получение сжиженного газа с помощью сжатия возможно лишь при температуре ниже критической. Открытие Менделеева легло в основу всех будущих технологий получения сжиженных газов.
Во время своей стажировки в Германии Менделеев только начал эти работы. Вернувшись в Россию, он не смог найти подходящее место и финансирование для продолжения работ по сжижению газов. Ведь он формально (по диссертации) был химик, но в химической науке еще не успел проявить себя должным образом. И Менделеев принимает решение отложить на время свои научные занятия. На основе своего обширного знания химии он создает остро необходимый тогда учебник «Органическая химия», а также переводит и издает немецкий учебник «Химическая технология».
Эти издания принесли Д. И. Менделееву известность в научных кругах. А полученная за них академическая Демидовская премия обеспечила некоторое материальное благополучие. Эта премия, между прочим, существует под несколько измененным названием и в наше время и присуждается за выдающиеся научные достижения. Среди недавних лауреатов этой премии такие выдающиеся ученые, как физики Ж. И. Алферов и В. А. Рубаков, математики Л. Д. Фаддеев и Б. В. Раушенбах, историк В. Л. Янин, биологи А. А. Баев и А. С. Спирин, химик И. И. Моисеев.
Демидовская премия позволила Менделееву совершить путешествие по Европе вместе с молодой женой, Феозвой Никитичной Лещевой, его землячкой по Тобольску, падчерицей знаменитого тобольчанина (или «тоболяка», как больше нравится жителям этого города) Петра Павловича Ершова, официального автора «Конька-горбунка». Свое свадебное путешествие Менделеев вовсю использовал для общения с европейскими химиками и изучения всех новинок химической науки.
По возвращении из европейской поездки Менделеев получил место штатного доцента органической химии Петербургского университета и одновременно профессорскую должность в Петербургском технологическом институте. Через два года после защиты докторской диссертации Менделеев становится профессором Петербургского университета по кафедре технической химии.
В это время возникла острая необходимость создать новый учебник по неорганической химии, который бы отражал новейшие достижения бурно развивавшейся химической науки. Эта идея захватила Менделеева. Но в каком порядке излагать описания и химические свойства элементов? Ведь они так разнообразны.
Хорошо изучив свойства всех известных тогда элементов, Менделеев составил картотеку и все время мысленно тасовал эту «колоду», пытаясь найти закономерности расположения элементов. Он знал о подобных попытках европейских химиков, но долгое время у него, как и у них, ничего не выходило. Получила распространение легенда, что решение проблемы пришло к нему во сне. Эту легенду сам Менделеев и создал, живописно описывая, как однажды после бессонной ночи ему в полусне явилось единственно возможное расположение элементов и он тут же записал его на первом попавшемся клочке бумаги. Психологи считают, что это был не сон, а промежуточное состояние между сном и бодрствованием, в котором мозг работает с особой активностью. Менделеев при этом добавлял, что ничего не видит в этом особенного, поскольку долгое время он непрерывно думал об этом, прежде чем решиться на окончательный вариант таблицы, где были вакантные места и где он смело изменял известные тогда атомные веса некоторых элементов, чтобы они заняли соответствующие места в строках и столбцах таблицы. Так, например, несмотря на то, что атомный вес элемента урана тогда считался равным всего лишь 60 условных единиц, Менделеев «присваивает» урану значение атомного веса в 4 раза большее (как оно и оказалось на самом деле) и помещает уран в то самое место таблицы, где он и должен находиться.
Портрет Д. И. Менделеева в мантии доктора права Эдинбургского университета, написанный И. Е. Репиным (1885 г.)
Законный триумф и мировое признание, особенно после открытия предсказанных им элементов, не помешали Менделееву продолжать активно работать. Но его научные интересы сместились в другие области. Он вновь занялся изучением поведения газов при различных давлениях и для не очень высоких давлений переосмыслил открытый в 1834 году французским инженером и физиком Полем Клапейроном закон и ввел понятие универсальной газовой постоянной. С тех пор этот закон носит имя Менделеева — Клапейрона и называется уравнением состояния идеального газа. Но на этом Менделеев не успокоился и стал исследовать отклонения от этого закона. Он ввел понятие «реальные газы» и качественно описал отклонения поведения этих газов от «идеальности».
Велики заслуги Менделеева в физической химии, химической технологии и смежных отраслях техники. Вот только некоторые из них: создание безопасного способа получения одного из вариантов бездымного (пироксилинового) пороха, обеспечившее широкое распространение его в мире («менделеевский» порох); разработка теории растворов, в частности определение наиболее оптимального соотношения компонентов в смеси различных жидкостей; изучение поверхностного натяжения жидкостей и доказательство его исчезновения в критическом состоянии вещества; исследование состава нефти и доказательство ее как биогенного, так и абиогенного происхождения; обоснование значения многих составляющих нефти как ценных химических продуктов и разработка методов извлечения из нефти этих продуктов (знаменитая фраза: «сжигать нефть — это все равно, что топить печку ассигнациями»).
К этому впечатляющему «химическому» перечню можно добавить целый ряд других интересов и достижений Д. И. Менделеева. Например, метрологические исследования, руководство созданной им российской «Палатой мер и весов»; метеорологические исследования, изучение земной атмосферы и солнечной короны; участие в создании первых в мире ледоколов для освоения Арктики; написание 25 статей по проблемам промышленной экологии в энциклопедическом словаре Брокгауза и Эфрона.
Но одно из менделеевских увлечений выделяется из общего ряда. Для полноценных наблюдений за солнечной короной во время полного солнечного затмения летом 1887 года Менделеев разрабатывает проект стратостата, равного которому тогда в мире не существовало (диаметром 20 м и объемом больше 3000 м 2 ). Он делает это совместно с изобретателем и воздухоплавателем С. К. Джевецким. Вместе с Менделеевым должен был лететь пилот-аэронавт. Но когда выясняется, что в неожиданно наставшую дождливую погоду шар не сможет поднять двух человек, Менделеев решает, что он полетит один, и после необходимого инструктажа об управлении шаром поднимается в воздух. К сожалению, и на высоте солнце осталось скрытым за облаками и пришлось довольствоваться только изучением свойств земной атмосферы на различных высотах. При этом из-за отказа клапана шар поднялся выше облаков на незапланированную высоту 3,5 километра, но, увы, затмение уже закончилось. Менделеев сумел исправить клапан и благополучно приземлиться на расстоянии 100 километров от точки старта.
Этот штрих менделеевской биографии иллюстрирует его необычайную смелость, проявившуюся не только в подвиге создания периодической таблицы. Менделеев был смел и принципиален во всех своих делах, в том числе и в отношениях с «властями предержащими». В конце XIX века в России властями стала проводиться политика «укрепления дисциплины и правопорядка» в обществе и прежде всего в университетах, где студенческая молодежь стала стремиться к реформам образования. Менделеев несколько раз обращался в «инстанции», заступаясь за исключаемых из университета «бунтовщиков».
Результатом стало его увольнение из университета и отставка из почти всех комиссий, в которых он деятельно участвовал. Два раза Менделееву было отказано в избрании членом Российской академии наук, хотя он был уже членом нескольких десятков престижных академий и научных обществ всего мира. Дважды правительство настояло на отзыве представлений Менделеева на награждение Нобелевской премией, сделанных видными российскими химиками. И это, безусловно, повлияло на нобелевский комитет, так и не удостоивший Менделеева этой награды, к недоумению всего мирового химического сообщества.
Важное место в жизни Менделеева в то время занимали еженедельные вечера, где собирались коллеги и друзья, в том числе художники И. Е. Репин, А. И. Куинджи, И. И. Шишкин и другие передвижники. В этом салоне непринужденно обсуждались все события научной и политической жизни общества. Жена Менделеева демонстративно не принимала участия в этих встречах. Семейные отношения становились все более сложными и безысходными. В конце 1876 года 42-летний Менделеев на одном из своих салонных вечеров знакомится с 16-летней Анной Ивановной Поповой (1860–1942).
Молодая девушка выбрала необычную для того времени судьбу. Выросши в старозаветной семье донского казацкого атамана, она каким-то образом восприняла передовые идеи нарождавшейся русской интеллигенции, выбрав для себя путь просвещения народа. Тайно от отца (но с материнского благословления) она уехала в столицу, чтобы учиться на женских курсах (прообразе знаменитых «бестужевских курсов» — первого женского университета России). Она училась живописи, была принята в менделеевском салоне, чувствовала себя в нем свободно и непринужденно и, конечно, не могла не обратить внимания на его главу — знаменитого химика. И ни всемирная слава Менделеева, ни 26-летняя разница в возрасте не помешали ей наряду с безмерным уважением почувствовать любовь. А Дмитрий Иванович не мог не интересоваться Анечкой, как ее стали называть в салоне. Не желая быть причиной разрушения семьи, Аня «сбежала» в Италию. Узнав об отъезде, Менделеев бросил все и уехал вслед за Анной. Через месяц они возвратились вместе.
После развода с первой женой жизнь Менделеева резко изменилась. Анна Ивановна была внимательной и заботливой женой и разделяла все взгляды своего мужа. В этом браке родилось четверо детей. Неподалеку от загородного подмосковного дома Менделеева была деревня Шахматово, где в летнее время жила семья дочери ректора Петербургского университета ботаника А. Н. Бекетова большого друга Д. И. Менделеева. И там познакомились старшая дочь Менделеева Любовь Дмитриевна и внук Бекетова, Александр Александрович Блок, будущий великий русский поэт. Они стали мужем и женой.
В биографии многих знаменитых людей вплетаются и анекдотические истории. Присутствуют они и в биографии Менделеева. О легенде открытия, сделанного во сне, уже упоминалось. Другая притча о Менделееве — об изобретении им, якобы, русской сорокаградусной водки. На самом деле введение государственного акциза на водку произошло еще в 1844 году, когда Менделееву не исполнилось и десяти лет. Впоследствии Менделеев много занимался теорией растворов. Этому была посвящена его докторская диссертация, в которой он установил, что существует некоторое оптимальное соотношение смешивания различных жидкостей, при котором плотность смеси максимальна. Но для этилового спирта и воды это было вовсе не 40%, а совершенно другая величина — две части спирта на одну часть воды, что безусловно не годилось для народного алкогольного продукта. А во Франции именно это соотношение было принято, на основе работ Менделеева, для французского абсента — смеси этилового спирта с настойкой из 14 трав.
Но вот рассказы о Менделееве, как об известном мастере чемоданного дела, имели реальное основание. Еще в самом начале своей педагогической деятельности в Симферополе и Одессе его материальное положение было весьма тяжелым. И Менделеев нашел способ его поправить. Он изобрел особый лак, который делал фибровую основу чемодана очень прочной и в то же время легкой. Но кроме этого такой чемодан выглядел как очень дорогое кожаное изделие. Впоследствии это умение стало «хобби» ученого. Он с удовольствием отдыхал, делая чемоданы и раздаривая их знакомым.
Однако самым хорошим отдыхом для Дмитрия Ивановича были шахматы. На своих домашних вечерах он большую часть времени проводил за шахматной доской, что не мешало ему участвовать в интересных беседах. А игроком он был очень сильным.
Невозможно охарактеризовать деятельность Дмитрия Ивановича Менделеева и его достижения одним, даже самым емким определением. Химик Л. А. Чугаев в 1907 году написал о Менделееве так:
«Знаменитый химик, первоклассный физик, плодотворный исследователь в области термодинамики, гидродинамики, метеорологии, геологии, в различных отделах химической технологии и других сопредельных с химией дисциплин, глубокий знаток химической промышленности и промышленности вообще, особенно русской, оригинальный мыслитель в области учения о народном хозяйстве, государственный ум, которому, к сожалению, не суждено было стать государственным человеком, но который видел и понимал задачи и будущность России лучше представителей нашей официальной власти».
Дмитрий Иванович работал до последнего дня. Он скончался от воспаления легких 20 января 1907 года. Память о Менделееве сохраняется в названиях городов и поселков, многих географических и астрономических объектов и в многочисленных памятниках. А на мемориальном камне его могилы на Волковом кладбище Санкт-Петербурга достаточными оказались всего лишь три слова «Дмитрий Иванович Менделеев».