Реферат: «Химия глазами Д. И. Менделеева»

Министерство образования и науки Российской Федерации

Нижегородский государственный университет имени Н.И. Лобачевского

Химический факультет

Кафедра высокомолекулярных соединений и коллоидной химии


История и современная

методология химической науки


Реферат на тему:

«Химия глазами Д. И. Менделеева»


Выполнил: студент

гр. 243 Ивлев Е.Е.

Научный руководитель:

д.х.н., профессор Емельянов Д.Н.


г. Нижний Новгород

2005 г.


Содержание



Аннотация………………………………………………………3

Введение………………………………………………………..4

Основные направления научной деятельности….......5-6

«Как Д.И. Менделеев стал химиком» (1834-1855гг.) 7-8

«Главный предмет моих занятий есть физическая химия» (1855-1863 гг.)…………………..……………….9-11

Докторская диссертация………………………………..12-13

Периодический закон и периодическая система…..14-18

Исследования газов……………………………..………….19

Вопросы нефтехимии……………………………………….20

Теория растворов………………………………………….21

11. Обзор биографии Д.И. Менделеева 1869-1907 гг.22-24

12. Заключение………………………….……………………..25

13. Литература……………………………..…………………..26


1. Аннотация.

Данный реферат составлен путем анализа многочисленных литературных данных нацеленных на изучение всех сторон научной биографии ученого. Кроме последней много внимания уделяется и личной биографии ученого: его воспитанию, родителям, семье. Материал изложен руководствуясь двумя основными принципами: хронологическим порядком и градацией научного мировоззрения ученого. Реферат написан лаконично, литературным языком, что делает его прочтение не только полезным, но и приятным.


2. Введение.


«Гениальный химик, первоклассный физик, плодотворный исследователь в области гидродинамики, метеорологии, геологии, в различных отделах химической технологии и других сопредельных с химией и физикой дисциплинах, 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».

Л.А. Чугаев


Дмитрий Иванович Менделеев (1834-1907) – великий русский ученый-энциклопедист, химик, физик, технолог, геолог и даже метеоролог. Менделеев обладал удивительно ясным химическим мышлением, он всегда ясно представлял конечные цели своей творческой работы: предвидение и пользу. Он писал: «Ближайший предмет химии составляет изучение однородных веществ, из сложения которых составлены все тела мира, превращений их друг в друга и явлений, сопровождающих такие превращения».

История Менделеева, по истине великого нашего соотечественника, может стать отличным примером для тех, кто хочет посвятить свою жизнь науке. Занятия наукой даются лишь тем, кто знает историю своего ремесла. Новые открытия совершаются на базе уже накопленных знаний и умений предшествующих поколений. Именно поэтому вопрос об изучении истории научных открытий и их авторов актуален и сейчас. Я выбрал для подробного изучения историю Д.И. Менделеева потому, что он не только ученый мирового уровня, но и гордость России.

В изучении научной деятельности и научного наследия Д.И. Менделеева можно выделить три основных этапа, которые охватывают:

1. характеристики, данные его современниками при жизни ученого;

2. анализ итогов научной деятельности, научных заветов и научного метода Менделеева, проведенный его современниками и последователями (1907-1952 гг.);

3. разработку всех сторон научной биографии Менделеева, включающей неизбежный при этом анализ личного архива учёного (с 1952 г.)


^ 3. Основные направления научной деятельности.

Из дневника Д.И. Менделеева, от 10 июля 1905 г.: «Всего более четыре предмета составили моё имя: периодический закон, исследование упругости газов, понимание растворов как ассоциаций и "Основы химии"»

На самом деле круг научных интересов Менделеева широк и разнообразен.

Научные работы относятся преимущественно к той дисциплине, которую называют общей химией, а также к физике, химической технологии, нефтехимии, экономике, сельскому хозяйству, географии, метеорологии. Приведем основные направления в хронологическом порядке.

- Исследовал (1854-1856 гг.) явления изоморфизма, раскрывающие отношения между кристаллической формой и химическим составом соединений, а также зависимость свойств элементов от величины их атомных объемов.

- Открыл (1860 г.) "температуру абсолютного кипения жидкостей", или критическую.

- Автор первого русского учебника "Органическая химия" (1861 г.).
- Работая над трудом "Основы химии", открыл (февраль 1869 г.) один из фундаментальных законов природы - Периодический закон химических элементов.

- Развил (1869-1871 гг.) идеи периодичности, ввел понятие о месте элемента в Периодической системе как совокупности его свойств в сопоставлении со свойствами других элементов. На этой основе исправил значения атомных масс многих элементов (бериллия, индия, урана и др.).
- Предсказал (1870 г.) существование, вычислил атомные массы и описал свойства трех еще не открытых элементов - "экаалюминия" (открыт в 1875 г. и назван галлием), "экабора" (открыт в 1879 г. и назван скандием) и "экасилиция" (открыт в 1885 г. и назван германием). Затем предсказал существование еще восьми элементов, в том числе "двителлура" - полония (открыт в 1898 г.), "экаиода" - астата (открыт в 1942-1943 гг.), "двимарганца" - технеция (открыт в 1937 г.), "экацезия" - Франция (открыт в 1939 г.).
- В 1900 г. Менделеев и У. Рамзай пришли к выводу о необходимости включения в Периодическую систему элементов особой, нулевой группы благородных газов. Помимо выявившейся необходимости исправления атомных масс элементов, уточнения формул оксидов и валентности элементов в соединениях, Периодический закон направил дальнейшие работы химиков и физиков на изучение строения атомов, установление причин периодичности и физического смысла закона.

- Менделеев систематически занимался изучением растворов и изоморфных смесей.

- Сконструировал (1859 г.) пикнометр - прибор для определения плотности жидкости.

- Создал (1865-1887 гг.) гидратную теорию растворов.

- Развил идеи о существовании соединений переменного состава.
- Исследуя газы, нашел (1874 г.) общее уравнение состояния идеального газа, включающее как частность зависимость состояния газа от температуры, обнаруженную (1834 г.) физиком Б. П. Э. Клапейроном (уравнение Клапейрона-Менделеева).

- Выдвинул (1877 г.) гипотезу происхождения нефти из карбидов тяжелых металлов; предложил принцип дробной перегонки при переработке нефтей.

- Выдвинул (1880 г.) идею подземной газификации углей.
-Занимался вопросами химизации сельского хозяйства.

- Совместно с И. М. Чельцовым принимал участие (1890-1892 гг.) в разработке бездымного пороха. Создал физическую теорию весов, разработал конструкции коромысла, точнейшие методы взвешивания.


^ 4. «Как Д.И. Менделеев стал химиком» (1834-1855 гг.).


Д.И. Менделеев прожил 73 года (1834-1907 гг.). Будущий ученый был четырнадцатым, последним и самым любимым ребенком Марии Дмитриевны Корниловой и Ивана Павловича Менделеева, преподавателя словесности и директора Тобольской гимназии. Решающую роль в развитии способностей всегда играли уклад семьи и ранняя направленность, нацеленность на определенный род занятий.

Матери его пришлось налаживать производство стеклянной посуды на небольшом заводе в селе Аремзянка. Сам Менделеев впоследствии писал, что ему очень многое дало знакомство с природой, промышленными делами и людьми.

Он выделялся среди своих товарищей и братьев. Менделеев был начитан, порою шаловлив, порою очень серьезен; увлекался историей, географией, математикой и литературой.

Огромную роль в становлении Менделеева сыграла мать, которая ухаживала за слепшим в год рождения Мити мужем. Всю жизнь он хранил в памяти образ матери, посвятил ей не одну из своих научных работ.

Осенью 1841 г. Менделеев и его брат поступают в Тобольскую гимназию. В 1847 г. умирает отец, а через три месяца умирает сестра Аполлинария. В следующем году сгорел дотла завод. Матери пришлось вернуться в Тобольск. Весной 1849 Митя окончил гимназию и мать, оставшись с двумя сыновьями и дочерью, обнаружила, что необходимо оставить Тобольск и везти в университет Пашу и Митю. Они отправляются в Москву

В Московский университет Дмитрия не приняли потому, что по действовавшему тогда законодательству он мог поступать только в Казанский университет, к которому были приписаны и выпускники Тобольска. Они переезжают в С.Петербург. Дмитрий поступает на физико-математический факультет Петербургского педагогического института. Хотя в этот институт принимались абитуриенты из всех учебных округов, прием производился раз в два года. И как раз в 1850 г. приема не было. Первого мая 1850 г. он подал прошение и выдержал приемные испытания. Набрав всего 3.22 балла Митя был принят в институт. На испытаниях по математике и физике он получил соответственно 3 и 3+ баллов, а по нелюбимой латыни - 4 балла. Это долгожданное событие сняло с Марии Дмитриевны страшное напряжение.

Уже в сентябре 1850 г. она умирает, а вскоре и сестра Лиза, сам Менделеев серьезно заболевает. Чтобы прожить ему приходится подрабатывать репетиторством.

По подбору преподавателей Педагогическому институту не было равных. На его факультете преподавали академики Э.Х.Ленц (физика), Н.В.Остроградский (математика), Ф.Ф. Брандт (зоология), А.Н.Савич (астрономия) и университетские профессоры – А.А.Воскресенский (химия), С.С.Куторга (геология) и др.

Главную роль в становлении Менделеева сыграл А.А.Воскресенский. Основными интересами Менделеева-студента были науки естественные и точные, а также педагогика.

Первая кандидатская диссертация по теме «Изоморфизм в связи с другими отношениями кристаллической формы к составу» была написана в 1854-1855 гг. и подана до окончания института. Она начиналась такими словами: «Законы минералогии, как и других естественных наук, относятся к трём категориям, определяющим предметы видимого мира, к форме, содержанию и свойствам. Законы форм подчиняются кристаллографии, законы свойств и содержания управляются законами физики и химии». Он дал такое определение изоморфизму: «Сходство кристаллических форм по причине одинаковости атомного строения и одинаковости объёма атомных атмосфер».

В автокомментарии к своим трудам Менделеев впоследствии писал: «В Главном Педагогическом институте требовалась при выходе диссертация на свою тему – я избрал изоморфизм, потому что заинтересовался тем, что нашел сам».

Магистерская диссертация «Удельные объемы» (1856 г.) – естественное продолжение работы по изоморфизму. Этому вопросу уделялось в науке того времени много внимания (А.Авогадро, Ш.Жерар, Г.Копп). Центральная проблема диссертации – обсуждение понятия «молекула». «Химическою частицей, - писал Менделеев, - называют часть тела или группу атомов, неразделимую большей частью химических и физических сил. Вес её находят из эквивалента, пая, объема газа, теплоемкости, изоморфизма и других физико-химических признаков».

Магистерская диссертация послужила началом дальнейших исследований в таких направлениях, как выявление специфики органических соединений, изучение связи характера химических реакций (а также их классификация) с физическими свойствами тел, выявление основных количественных характеристик атомов и молекул, определяющих их качественную химическую индивидуальность; в ней было рассмотрено понятие «химическое соединение» и сделана попытка классифицировать некоторые классы соединений и химические элементы в целом.


^ 5. «Главный предмет моих занятий есть физическая химия»

(1855-1863 гг.).


После окончания с золотой медалью института Менделеев в связи с плохим состоянием здоровья был назначен в 1855 г. старшим учителем в Симферопольскую гимназию, откуда затем перевелся в гимназию при Ришельевском лицее, в Одессу. Осенью 1856 г., защитив магистерскую диссертацию в Петербургском университете, он вновь возвращается в столицу и вскоре назначается приват-доцентом университета и секретарем физико-математического факультета. Два года Менделеев читает курс Органическая химия. Новый физико-химический подход к изложению виден из программ, по которым он читает курс: «Понятие о мере и весе химически соединяющихся тел и общие теории химических соединений – атомистическая и электрохимическая…Соотношение других физических свойств с составом или стехиометрия физических свойств».

Будучи внештатным доцентом, Менделеев разворачивает значительные экспериментальные исследования в университете. Особенно пристальное внимание он уделяет работам о механической теории теплоты и по исследованию капиллярных явлений. Экспериментальные исследования в этой области Менделеев начал во время заграничной командировки 1859-1861 гг. В апреле 1859 г. он отправился из С.Петербурга в Германию. Он остановился в Гейдельберге, где надеялся получить место в лаборатории Р.Бунзена.

За первые три месяца он объехал не меньше десятка университетских городов. Выбор его остановился на Париже и Гейдельберге неслучайно. В Парижском - Ж.Дюма, Бертло, Вюрц, в Гейдельберге-Бунзен, Кирхгоф. Кариус. Но не сопоставление имен определило выбор, ему просто очень понравился Гейдельберг.

Менделеев верил, что дни, проведенные в лаборатории Гейдельбергского университета, рядом с прославленным химиком, будут ему полезны, но он ошибся. Бунзен, занятый своими опытами, встретил молодого русского коллегу вежливо, но сдержанно. А в лаборатории, где Менделееву выделили место, было все как нельзя более нескладно: в тесноте толпились студенты, не хватало посуды, реактивов. Менделеев тотчас понял, что здесь он лишь потеряет время. С видом глубочайшего сожаления сказал Бунзену, что он нездоров, поблагодарил за столь радушное гостеприимство и тут же съехал с университетской квартиры. А вскоре снова в путь. На этот раз - в Париж, к мсье Салерону - тому самому Салерону, лучше которого никто не мог делать химические приборы и инструменты. Менделееву нужны были самые точные из всех точных весов, потому что для его работы не годились другие.

Он вернулся в Гейдельберг, где снял крохотную комнатенку под лабораторию, и где его уже ждало обеспокоенное письмо попечителя Петербургского учебного округа - видно, дошли сообщения о выходке с Бунзеном. Менделеев ответил: «Главный предмет моих занятий есть физическая химия».

Он не спешил домой не потому, что не желал видеть город, уже давно ставший ему родным. Он не спешил потому, что в Гейдельберге ему хорошо работалось, он чувствовал себя свободным, независимым. И потому еще, что здесь он обрёл новых друзей.

Иван Сеченов, Александр Бородин, Дмитрий Менделеев - они были тогда молоды, их имена еще не звучали так громко, но каждый из них уже был известен своими работами. Все трое с увлечением занимались химией. Сеченов проникал в химию газообмена в живых тканях, а автор «Князя Игоря» с упоением возился с пробирками и колбами и к тому времени был автором нескольких крупных печатных работ по химии.

Чуть позже, когда к ним присоединился Мечников, они дали клятву, что, если кому-нибудь из них в жизни будет трудно, все соберутся, чтобы прийти на помощь. Они сдержали эту клятву.

...А в Гейдельберге они переживали счастливое время. В работе все ладилось - и поэтому настроение было прекрасным, а отдыхали они тоже самозабвенно. Бородин часто садился за рояль, а то все разом шли в соседний городок слушать знаменитый орган.

Вместе с Бородиным Менделеев частенько ходил в горы. Что их влекло... Разве можно об этом сказать? Им нравилось идти вверх по трудной дороге, цепляясь за камни, увязая иной раз в грязи и в снегу. А без этого в жизни чего-то недоставало. Как хорошо Дмитрий Иванович сам написал об этом Феозве Лещевой - подруге своей сестры Ольги, своей будущей жене. Как его тянуло тогда к Феозве и как много позже он будет готов отдать все, что угодно, лишь бы расстаться с ней. Как хорошо он написал ей: «Не забудешь этой минуты, рад будешь десять верст лезть, чтобы еще раз испытать то же. А отчего? Я Вам не скажу. Не скажу не потому, что не хочу, нет, сам не знаю и выдумывать не могу...»

Бородин был похож на шумный, сверкающий фейерверк, который он сам умел готовить и готовил всегда отменно, с любовью. Он отлично писал маслом и рисовал, умел лепить и гравировать - не говоря о том, что он играл на многих инструментах, - был химиком и композитором. И как знать, не от этой ли дружбы с Бородиным пошло потом менделеевское увлечение искусством. Видимо, все-таки многогранность-это действительно неизбежное проявление большого таланта.

Вернувшись оттуда Дмитрий Иванович засел за изучение капиллярности. В своей студенческой работе «Изоморфизм» убедился. что одного изоморфизма недостаточно для полного выявления сходств и различий между элементами. он немедленно делает следующий шаг - приступает к изучению удельных объемов различных веществ. Оказалось изоморфизм никак не связан с удельным объемом, когда речь заходила о сложных веществах. Но вычислив удельные объемы для химических элементов, Менделеев сразу обнаружил у необычайно схожих по химическим свойствам элементов, каковы хлор, бром, йод, близость удельных объемов. Так вдруг обнаружилась связь между химической активностью и «объемом атомов с их атмосферою», а совершенно ясно, что эта «атмосфера» целиком зависит от сил сцепления, о существовании которых он догадался еще до этой работы. Менделеев решил непосредственными измерениями узнать силы сцепления. В ходе этой титанической работы Менделеев пришел к открытию температуры абсолютного кипения (1860 г.).

3-го сентября 1860-го года в Карлсрэ съехалось более 140 ученых-химиков в работе конгресса принимал участие и Менделеев. Конгресс навел порядок в химической номенклатуре, четко определил такие фундаментальные понятия, как атом, молекула и атомный вес. Возвратившись в Петербург, Менделеев оказался на распутье. Продолжать начатые в Гейдельберге исследования не было возможности и, в известной степени вынужденно, он принимается за работу, казалось бы, лежащую далеко в стороне от его творческих устремлений. Заботы о заработке занимали все его время. Он нашел место преподавателя в корпусе инженеров путей сообщения, начал читать в университете органическую химию, но в результате студенческих волнений университет был закрыт.

Но в Петербурге Менделеев вдруг также ощущает и острую радость возвращения. Он понял, что все годы скучал без этого города. Теперь он не один здесь: вернулась сестра Ольга. Вместе со своим мужем декабристом Басаргиным она была в долгой сибирской ссылке. Здесь, в ее доме, Менделеев все чаще встречается с Феозвой Лещевой - она ему нравится, но он плохо знает женщин и не уверен в том, что надо следовать совету сестры и жениться. Он хочет выяснить - смогут ли они с Феозвой понять друг друга, но всякий раз растерянно умолкает: нет, видно, не пристало спешить, торопить судьбу. Пусть все складывается так, как есть, без всяких усилий.

Он верит, что так будет лучше. Потом вдруг прилив отчаяния - он сомневается в себе, в своей избраннице и пишет письмо. Нет, не письмо, а крик души несется к сестре в Москву (ее увлекли на время дела). А та отвечает: «Ты помолвлен, объявлен женихом, в каком положении будет она, если ты теперь откажешься?» И он уступает.

И вот ведь что странно: он был человеком с сильным характером, умел постоять за себя и не дай бог кому-то его обидеть, а здесь вдруг он уступил. С чего бы? Он знал, что был влюблен только, а не любил.

В 1861 г. Бутлеров излагает свою теорию строения органических соединений. И, любопытное совпадение, - в том же году Менделеев публикует две работы, целиком посвященные органической химии. Одна из них, сугубо теоретическая, называется "Опыт теории пределов органических соединений". В ней он развивает оригинальные представления о предельных их формах в отдельных гомологических рядах. Таким образом, Менделеев оказывается едва ли не первым теоретиком-"органиком" в России. Выходит в свет его "Органическая химия" - первый отечественный учебник, посвященный этой области химии. Уже через два года появляется второе издание. За свой труд ученый удостаивается Демидовской премии - высшей научной награды России того времени. Присуждение премии разрешило главную материальную проблему. И тогда Менделеев решил заняться устройством своей личной жизни. В 1862 году, в возрасте 27 лет, он женился на Феозве Никитичне Протопоповой. Он верил, что, если бы оставил Феозву, для нее это действительно стало б ударом. И вот с этим-то он смириться не мог. Он не умел причинять боль другим.


^ 6. Докторская диссертация.

В 1863 году Дмитрий Иванович решил заняться работой над докторской диссертацией. Дело все было в том, что в течении 1862 года ученый подготовил три выпуска: «Производство муки, хлеба и крахмала», «Сахарное производство», «Производство спирта и алкоголиметрия». Полистав старые учебники по технологии, понял, как много неясного и вздорного почитается за истину в теории стеклянного ремесла. И вышла книга «Стекло и стеклянное производство». Эти работы принесли ему репутацию знающего химика -технолога, что послужило основанием для выдвижения его на должность исполняющего обязанности экстраординарного профессора технической химии в Петербургском университете. Но министр просвещения отказался утвердить ходатайство университета под предлогом, что у Менделеева не было докторской степени.

Тема докторской естественным образом вытекла из его доцентской диссертации и работы над стеклянным производством. Очередной задачей, которую поставил перед собой Менделеев была задача понять принцип, ответственный за многообразие стекол и минералов, изучить его действие, объяснить, как образуются бесчисленные неопределенные соединения, в которых нет строго выдержанных пропорций между входящими в их состав компонентами. Все это выразилось в его докторской диссертации «О соединении спирта с водой».

После двухлетнего перерыва начинается изнурительная подготовка к экспериментам, которым Менделеев отдал полтора года своей жизни. В процессе работы над ней (1863 - 1864 гг.) Менделеев «ищет формулу, коэффициент зависимости плотности (удельного веса) спиртоводных растворов, от изменения градусности и приходит к выводу, что такой формулы вывести невозможно. Изменения выражаются параболами, что и является открытием.

К середине июля 1864 г. Менделеев доходит в своих расчетах удельного веса растворов спирта в воде до З6о. От водки (оптимальных 40о) его отделяет всего 4о. Он на пороге нового открытия. Проникает в тайны водки, установив, как сильно меняются качества водно-спиртовых растворов в зависимости от достижения определенной градусности, и к концу ноября 1864 г. эти выводы выливаются в диссертацию .... Итак, у «простых» растворов спирта с водой нет прямолинейной формулы. На 40о вдруг появляется водка со своими особыми свойствами».

Таким образом, Менделеев обнаружил, что 40о-й раствор спирта в воде обладает «необычайными физико-химическими свойствами», в «Истории водки» к ним добавляются также свойства «биохимические и физиологические». Тем самым, русский ученый «научно доказал, что составление водки, то есть соединение хлебного спирта с водой, должно происходить не путем простого слияния объемов, а точным отвешиванием определенной части спирта» .

По существу, диссертация Менделеева посвящена изучению удельных весов спиртоводных растворов в зависимости от концентрации последних и температуры. Фактически Менделеев использовал стандартный и уже широко применявшийся в астрономии, механике, гидравлике и других областях естествознания прием. Он разложил функцию, явный вид которой был неизвестен, - в данном случае функцию, связывающую плотность спиртоводного раствора с его концентрацией при фиксированной температуре - в областях ее непрерывности в степенной ряд и определил затем коэффициенты ряда по методу наименьших квадратов, разработанному Ж.-В. Понселе и П. Л. Чебышевым. Иными словами, Менделеев решил задачу о проведении по экспериментально измеренным «точкам» такой кривой, чтобы некоторая заданная мера для отклонений оказалась минимальной. Такая задача часто возникает при выводе эмпирических формул . В диссертации Менделеев ограничивался, как правило, тремя параметрами, т. е. параболической формулой. Кроме Чебышева, его консультировали также К. Д. Краевич и И. А. Красновский . Менделеев одним из немногих, по крайней мере, среди химиков, освоил метод Чебышева (чем очень гордился) и широко его применял. Вообще докторская диссертация Менделеева в целом носит методический характер.

В 1887 г. Дмитрий Иванович опубликовал в «Journal of the Chemical Society» статью «Соединения этилового спирта с водой», где привел графики и таблицы, наглядно демонстрирующие, что в интервале концентраций от 17,6 до 46% (по весу) никаких особенностей («пиков») в изменении свойств не наблюдается, т. е. свойства плавно меняются с изменением концентрации спирта в воде . Впоследствии этот вывод был подтвержден другими исследователями для широкого круга свойств. Нет данных и о том, что Менделеев изучал биохимические свойства спиртоводных растворов различных концентраций, а также их физиологическое действие.

Менделеев был далеко не первым, кто использовал весовые проценты в спиртометрии, до него это делал еще в 1795 г. замечательный немецкий химик И.-Б. Рихтер, да и Гильпин изучал весовые отношения в спиртоводных растворах. Разумеется, Менделеев хорошо знал их работы.

Однако весовые проценты плохо прививались, главным образом, потому, что «в практике гораздо легче определять объемы больших масс, чем веса» .

Менделеев занимался вопросами «испытания чистоты спирта» и даже привлек к этому делу своего сына Владимира , но метод Траубе (определение содержания сивушных масел по «изменению величины сцепления, определяемого капиллярными явлениями») на который Дмитрий Иванович возлагал определенные надежды и который намеревался усовершенствовать, не получил распространения.

Свою диссертацию, успешно защищенную 31 января 1865 года, Дмитрий Иванович закончил обещанием, что обнаруженные им особенности растворения спирта в воде он намерен проверить и на других растворах, однако исполнения этого обещания не последовало.


^ 7. Периодический закон и периодическая система.

В 1865 г. у Менделеевых родился сын. Дмитрий Иванович вкупе с другом своим профессором Ильиным покупает у разоренного князя небольшое именьице Боблово, неподалеку от Клина, переезжает туда и с пылом начинает заниматься сельским хозяйством.

Впрочем, увлечение это не было случайным: Менделеев давно скучал без природы. Опыты, которые он ставит, служат одной цели. Его наука должна сослужить людям конкретную пользу. Здесь, в Боблове, он воспитывает в себе иное отношение к делу: труд ученого не должен быть вне связи с практикой. И в самом конце своей жизни он вспомнит об этих бобловских днях и напишет об опытах: «Они важны для меня потому, что оправдывают все мое дальнейшее отношение к промышленности». Вот, оказывается, когда он начал думать о будущем.

А пока еще он гулял с сыном по просекам, с мальчишеским азартом играл на лужайке в крокет, возился на току, собирал только что купленную молотилку. И видно было, что вот здесь, в Боблове, он чувствует себя самим собой, вольготно и счастливо.

Так думала, глядя на него, его жена. Она думала, что так будет

всегда, что Дмитрий Иванович понял, наконец, где и в чем его счастье. От одних только этих мыслей волна тихой радости переполняла ее. Но она ошибалась. В ее муже в то время зрел великий ученый. Он сам об этом не помышлял. Она этого просто не понимала.

За четыре года до открытия Периодического закона Д.И. Менделеев, наконец, обрел спокойствие в семейных делах и уверенность в своих действиях.

В 1867 году Менделеев стал заведовать кафедрой общей и неорганической химии физико-математического факультета Петербургского университета, а в конце года ему предоставили долгожданную университетскую квартиру. В мае 1868 года у Менделеевых родилась любимая дочь Ольга.

Зимой 1867-68 года Менделеев начал писать учебник "Основы химии" и сразу столкнулся с трудностями систематизации фактического материала. К середине февраля 1869 года, обдумывая структуру учебника, он постепенно пришел к выводу, что свойства простых веществ (а это есть форма существования химических элементов в свободном состоянии) и атомные массы элементов связывает некая закономерность.

Менделеев многого не знал о попытках его предшественников расположить химические элементы по возрастанию их атомных масс и о возникающих при этом казусах. Например, он не имел почти никакой информации о работах Шанкуртуа, Ньюлендса и Мейера.

Решающий этап его раздумий наступил 1 марта 1869 года (14 февраля по старому стилю). Днем раньше Менделеев написал прошение об отпуске на десять дней для обследования артельных сыроварен в Тверской губернии: он получил письмо с рекомендациями по изучению производства сыра от А. И. Ходнева - одного из руководителей Вольного экономического общества.

В Петербурге в этот день было пасмурно и морозно. Под ветром поскрипывали деревья в университетском саду, куда выходили окна квартиры Менделеева. Еще в постели Дмитрий Иванович выпил кружку теплого молока, затем встал, умылся и пошел завтракать. Настроение у него было чудесное.

За завтраком Менделееву пришла неожиданная мысль: сопоставить близкие атомные массы различных химических элементов и их химические свойства.

Недолго думая, на обратной стороне письма Ходнева он записал символы хлора Cl и калия K с довольно близкими атомными массами, равными соответственно 35,5 и 39 (разница всего в 3,5 единицы). На том же письме Менделеев набросал символы других элементов, отыскивая среди них подобные "парадоксальные" пары: фтор F и натрий Na, бром Br и рубидий Rb, иод I и цезий Cs, для которых различие масс возрастает с 4,0 до 5,0, а потом и до 6,0. Менделеев тогда не мог знать, что "неопределенная зона" между явными неметаллами и металлами содержит элементы - благородные газы, открытие которых в дальнейшем существенно видоизменит Периодическую систему.

После завтрака Менделеев закрылся в своем кабинете. Он достал из конторки пачку визитных карточек и стал на их обратной стороне писать символы элементов и их главные химические свойства.

Менделеев перекладывал карточки из одного горизонтального ряда в другой, руководствуясь значениями атомной массы и свойствами простых веществ, образованных атомами одного и того же элемента. В который раз на помощь ему пришло доскональное знание неорганической химии. Постепенно начал вырисовываться облик будущей Периодической системы химических элементов.

Так, вначале он положил карточку с элементом бериллием Be (атомная масса 14) рядом с карточкой элемента алюминия Al (атомная масса 27,4), по тогдашней традиции приняв бериллий за аналог алюминия. Однако затем, сопоставив химические свойства, он поместил бериллий над магнием Mg. Усомнившись в общепринятом тогда значении атомной массы бериллия, он изменил ее на 9,4, а формулу оксида бериллия переделал из Be2O3 в BeO (как у оксида магния MgO). Кстати, "исправленное" значение атомной массы бериллия подтвердилось только через десять лет. Так же смело действовал он и в других случаях.

Постепенно Дмитрий Иванович пришел к окончательному выводу, что элементы, расположенные по возрастанию их атомных масс, выказывают явную периодичность физических и химических свойств.

В течение всего дня Менделеев работал над системой элементов, отрываясь ненадолго, чтобы поиграть с дочерью Ольгой, пообедать и поужинать.

Вечером 1 марта 1869 года он набело переписал составленную им таблицу и под названием "Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве" послал ее в типографию, сделав пометки для наборщиков и поставив дату "17 февраля 1869 года" (это по старому стилю).

Так был открыт Периодический закон, современная формулировка которого такова:

^ Свойства простых веществ, а также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости от заряда ядер их атомов.

Отпечатанные листки с таблицей элементов Менделеев разослал многим отечественным и зарубежным химикам и только после этого выехал из Петербурга для обследования сыроварен.

До отъезда он еще успел передать Н. А. Меншуткину, химику-органику и будущему историку химии, рукопись статьи "Соотношение свойств с атомным весом элементов" - для публикации в Журнале Русского химического общества и для сообщения на предстоящем заседании общества.

18 марта 1869 года Меншуткин, который был в то время делопроизводителем общества, сделал от имени Менделеева небольшой доклад о Периодическом законе. Доклад сначала не привлек особого внимания химиков, и Президент русского химического общества, академик Николай Зинин (1812-1880) заявил, что Менделеев делает не то, чем следует заниматься настоящему исследователю. Правда, через два года, прочтя статью Дмитрия Ивановича "Естественная система элементов и применение ее к указанию свойств некоторых элементов", Зинин изменил свое мнение и написал Менделееву: "Очень, очень хорошо, премного отличных сближений, даже весело читать, дай Бог Вам удачи в опытном подтверждении Ваших выводов. Искренне Вам преданный и глубоко Вас уважающий Н. Зинин".

^ Так что же такое периодичность?

Это повторяемость химических свойств простых веществ и их соединений при изменении порядкового номера элемента Z и появление у ряда свойств максимумов и минимумов, в зависимости от значения порядкового (атомного) номера элемента.

Например, что позволяет объединить в одну группу все щелочные элементы?

Прежде всего, повторяемость через некоторые интервалы значений Z электронной конфигурации. Атомы всех щелочных элементов имеют на внешней атомной орбитали всего один электрон, и поэтому в своих соединениях проявляют одну и ту же степень окисления, равную +I. Формулы их соединений однотипны: у хлоридов MCl, у карбонатов - М2СO3, у ацетатов - CH3COOM и так далее (здесь буквой M обозначен щелочной элемент).

Менделееву после открытия Периодического закона предстояло сделать еще многое. Причина периодического изменения свойств элементов оставалась неизвестной, не находила объяснения и сама структура Периодической системы, где свойства повторялись через семь элементов у восьмого. Однако с этих чисел был снят первый покров таинственности: во втором и третьем периодах системы находилось тогда как раз по семь элементов.

Не все элементы Менделеев разместил в порядке возрастания атомных масс; в некоторых случаях он больше руководствовался сходством химических свойств. Так, у кобальта Co атомная масса больше, чем у никеля Ni, у теллура Te она