Великие химики. Том 2
Шрифт:
Летние месяцы Феозва Никитична проводила вместе с сыном Володей в имении Боблово. Менделеев купил его, чтобы иметь возможность проводить некоторые исследования, связанные с плодородием почвы [114] . Он регулярно приезжал в Боблово, наблюдал за работой крестьян, давал указания по использованию минеральных удобрений. Результаты опытов он ежегодно докладывал на собраниях Вольного экономического общества, писал и публиковал статьи. Менделеев продолжал работу и над руководствами и учебниками по химии, но самым важным делом для него оставалась подготовка лекций по неорганической: химии.
114
О работах Менделеева по сельскому хозяйству см.: Вольфкович С. И. Вестник с.-х. науки, № 2, 135–142 (1959).
Руководства на русском языке по этому предмету устарело, учебники на иностранных языках тоже не соответствовали новым требованиям. Возникла острая необходимость создать новый учебник по неорганической химии, который бы отражал современный уровень развития химической науки.
Эта идея захватила Менделеева. Стенограф Никитин приходил к нему в кабинет рано утром, и они сразу же приступали к работе. Менделеев диктовал, раскрыв тетрадку со сделанными накануне записями, и, пока Никитин заканчивал расшифровку, Дмитрий Иванович просматривал лежащие на столе книги. Менделеев систематизировал и обобщил основные химические теории и показал их значение для развития различных отраслей хозяйства. В то же время он собирал материал для второго выпуска учебника, куда должно было войти описание химических элементов [115] .
115
Первую
Менделеев тщательно изучил описание свойств элементов и их соединений. Но в каком порядке их проводить? Никакой системы расположения элементов не существовало.
— Антон! — На пороге появился слуга. — Иди в лабораторию, найди там несколько листов картона и принеси сюда вместе с корзиной.
Антон вышел, в недоумении пожимая плечами. Вскоре он вернулся с рулоном коричневого картона.
— Помоги мне нарезать его.
Менделеев расчертил картон и начал резать.
— Все карточки должны быть одинаковыми — размером с лист тетради. Возьми это для мерки и начинай вырезать, а я буду писать.
Менделеев просидел за работой до поздней ночи. На каждую карточку он заносил название элемента, его атомный вес, формулы соединений и основные свойства. Постепенно корзина наполнялась карточками, содержащими сведения обо всех известных к этому времени элементах. На другой день Менделеев начал их систематизировать. Разбив на триады, как Дёберейнер [116] , он расставил карточки в соответствии с величиной атомного веса элементов… Ничего не получилось. Потом он разъединил ряды, развернул их в колонки, и элемент из каждой последующей колонки поставил в горизонтальный ряд за элементом, с которым тот имел сходные свойства [117] .
116
Иоганн Вольфганг Дёберейнер (1780–1849) — профессор химии, фармации и технологии в Йенском университете (с 1810 г.), друг Гёте. Открыл каталитическое действие платины («водородное огниво», 1822 г.), превращение сернистого газа в серный ангидрид (1815 г.), открыл фурфурол (1831 г.), первым обратил внимание на упорядоченность в изменении атомных масс элементов (триады Дёберейнера). О Дёберейнерв см.: Джуа М., ук. соч., с. 166; Partington J. R., ук, соч., т. 4, с. 178–180; Волков В. А. и др., ук. соч., с. 165; Биографии великих химиков, ук. соч., с. 117–123.
117
Первоначальное распределение химических элементов отличалось от современного. Горизонтальные периоды таблицы были расположены вертикально, а группы химических элементов — горизонтально.
…Менделеева бросило в жар. Получилось нечто совершенно неожиданное! Свойства элементов в каждой колонке постепенно менялись сверху вниз в зависимости от увеличения атомного веса. Например, свойства цинка похожи на свойства магния, и в двух соседних колонках эти элементы расположены рядом — цинк за магнием. За цинком в колонке следует, согласно атомному весу, элемент мышьяк. Если его поставить непосредственно под цинком, мышьяк попадает в ряд алюминия. Но по свойствам эти элементы не похожи друг на друга. Если же мышьяк поставить еще ниже, он займет место рядом с кремнием, но свойства кремния отличаются от свойств мышьяка. Мышьяк должен расположиться еще ниже — за фосфором. Тогда можно будет проследить сходство в свойствах, ведь еще Митчерлих открыл явление изоморфизма, изучив и сравнив свойства фосфатов и арсенатов. Но между цинком и мышьяком остаются два пустых места. Напрашивается вывод, что они принадлежат еще не открытым элементам, которые по свойствам близки к алюминию и кремнию [118] .
118
История открытия периодического закона подробно описана в книгах советского академика В. М. Кедрова: День одного великого открытия (М.: Соцэкгиз, 1958); Философский анализ первых трудов Д. И. Менделеева о периодическом законе (1869–1871) (М.: Изд-во АН СССР, 1959).; Микроанатомия великого открытия: К 100-летию закона Менделеева (М.: Наука, 1970). См. также: Кедров Б. М. Прогнозы Д. И. Менделеева в атомистике (М.: Атомиздат): I. Неизвестные элементы (1977); II. Атомные веса и периодичность (1978); III. За гранью системы элементов (1979).
Руки Менделеева дрожали от волнения. «Значит, свойства элементов периодически зависят от их атомного веса». Менделеев в возбуждении зашагал по кабинету, потом схватил карандаш и написал в верхнем углу листа: «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве» [119] .
Приближался к концу февраль 1869 года. Через несколько» дней рукопись статьи, содержащей таблицу элементов, была закончена и сдана в печать. Сообщение о своем открытии Менделеев должен был сделать 6 марта на заседании Русского химического общества [120] . А накануне он выехал из Петербурга для обследования сыроварен. Поэтому сообщение об «Опыте системы элементов…» делал Н. А. Меншуткин от имени Менделеева.
119
Первая таблица элементов «Опыт системы химических элементов»., содержащая все 63 известных в то время элемента, составлена и подписана Менделеевым в набор 17 февраля 1869 г. (Кедров Б. М. Три аспекта атомистики. Т. III. Закон Менделеева. Логико-исторический аспект. — М.: Наука, 1969). Через несколько дней таблица была напечатана на русском и французском языках и разослана Менделеевым некоторым ученым.
120
На заключительном заседании 1-го Съезда русских естествоиспытателей и врачей в Петербурге 4 января 1868 г. было оглашено заявление химической секции съезда о желании химиков «соединиться в химическое общество для общения сложившихся уже сил русских химиков». Затем на квартире Менделеева прошло несколько собраний петербургских химиков, на которых разрабатывался проект устава общества. Русское физико-химическое общество (РХО) официально утверждено 26 октября 1868 г; первым президентом был избран академик Н. Н. Зинин. 19 апреля 1878 г. РХО преобразовано в Русское физико-химическое общество (РФХО), а в 1932 г. создано существующее и поныне Всесоюзное химическое общество им. Д. И. Менделеева (ВХО). В 1869 г. был основан «Журнал Русского химического общества» (ЖРХО), который в 1878 г. преобразован в «Журнал Русского физико-химического общества» (ЖРФХО) и в 1959 г. (после нескольких изменений названия) — в «Журнал Всесоюзного химического общества им. Д. И. Менделеева» (ЖВХО), главным редактором которого бессменно является академик И. Л. Кнунянц. См.: Козлов В. В. Очерки истории химических обществ СССР. — М.: Изд-во АН СССР, 1958; Козлов В. В. Всесоюзное химическое общество имени Д. И. Менделеева. 1868–1968. — М.: Наука, 1971.
Доклад вызвал огромный интерес, но из-за отсутствия автора прения отложили до следующего заседания [121] .
С того дня, когда за простыми рядами символов химических элементов Менделеев увидел проявление закона природы, другие проблемы отошли на задний план. Он забросил работу над учебником «Основы химии» [122] , не занимался и исследованиями. Распределение элементов в таблице казалось ему несовершенным. По его мнению, атомные веса во многих случаях были определены неточно, и поэтому некоторые элементы не попадали на места, соответствующие их свойствам. Взяв за основу периодический закон, Менделеев изменил атомные веса этих элементов и поставил их в один ряд со сходными по свойствам элементами. Опубликованные в разных научных журналах данные о свойствах и составе некоторых соединений часто расходились. Чтобы устранить противоречия, Менделеев сам принялся за исследования. К концу 1869 года у него уже собралось достаточно материала относительно состава и свойств окислов элементов» О результатах своих поисков он докладывал Русскому химическому обществу. Новые исследования внесли большую ясность в систематизацию элементов, в выяснение общих закономерностей, которые характеризуют изменение свойств элементов при изменении их атомных весов. Теперь настало время осветить в подробной статье все области приложения периодического закона.
121
По мнению Н. А. Фигуровского (ук. соч., с. 88), содержание доклада, видимо, соответствовало содержанию статьи Менделеева «Соотношение свойств с атомным весом элементов» [ЖРХО, I, 60 (1869)], в которой он высказал ряд важнейших положений периодического закона (наличие периодичности свойств элементов, расположение по величине атомного веса, возможность открытия неизвестных элементов, необходимость исправления некоторых атомных весов).
122
Классический труд Менделеева «Основы химии» был первым в истории курсом, в котором расположение материала базировалось на периодическом законе. Излагая сущность открытого им закона, Менделеев писал: «…свойства простых тел, также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости (или, выражаясь алгебраически, образуют периодическую функцию) от величины атомных элементов» (Менделеев Д. И. Основы химии. — 13-е изд. — Т. 2. — М.: Изд-во АН СССР, 1947, с. 80–81). При жизни Менделеева «Основы химии» выдержали восемь изданий на русском языке и несколько изданий на иностранных языках.
В статье, вышедшей на немецком языке в «Анналах», издаваемых Либихом, Менделеев отвел большое место разделу «Применение периодического закона для определения свойств еще не открытых элементов» [123] . Он предсказал и подробно описал свойства трех неизвестных еще науке элементов — эка-бора, эка-алюминия и эка-кремния. Это выглядело весьма фантастично. Статья не произвела особого впечатления и осталась почти незамеченной, хотя кое-какие отклики были. Нашлись даже ученые, которые оспаривали заслуги Менделеева, утверждая, что подобные таблицы элементов публиковались и раньше. В первую очередь называли англичанина Уильяма Одлинга и немца Потара Мейера [124] . Менделеев написал несколько ответных статей, в которых заявлял, что подобные таблицы действительно публиковались, но они построены по исключительно формальному принципу — группировки элементов по их сходству с целью облегчить изучение. Менделеев же установил, что свойства всех элементов и их атомные веса взаимосвязаны. Более того, он дерзнул изменить атомные веса некоторых элементов, основываясь лишь на открытом им законе, а также предсказал свойства еще не известных до того времени элементов. Если хотя бы один из этих элементов будет открыт, это послужит неопровержимым доказательством верности его взглядов. Но надо набраться терпения и ждать — такие открытия случаются не каждый день: может быть пройдут годы, не исключено, что он и не доживет до этого великого дня.
123
Статья Менделеева называлась «Периодическая законность для химических элементов» (Менделеев Д. И. Периодический закон. — М.: Издво АН СССР, 1958, с. 22, 102. — (Классики науки) и вышла в 1870 г. В том же году появилась и другая его важная статья — «Естественная система элементов и применение ее к указанию свойств неоткрытых элементов» (ЖРХО, II, 25 (1870)]. В этих работах Менделеев подвел итог всем своим открытиям, связанным с периодическим законом и периодической системой элементов (Фигуровский Н. А., ук. соч., с. 93–97).
124
См.: Джуа М., ук. соч., с. 265–268.
Для Менделеева вопрос о периодическом законе был исчерпан. И снова лекции в университете, исследования в лаборатории, сельскохозяйственные опыты в Боблово, поездки по стране на различные химические предприятия.
В то же время Менделеев глубоко заинтересовался еще одним вопросом — состоянием газов при очень высоком давлении [125] . Председателю Русского технического общества П. А. Кочубею [126] удалось раздобыть средства, и это дало возможность нанять сотрудников, купить аппаратуру. В процессе работы пришлось конструировать новые аппараты, некоторые из них имели большое практическое и научное значение. Самым большим результатом этой работы было выведенное Менделеевы» уравнение состояния газов, которое имело более общий вид, чем известное уравнение Клапейрона [127] . Исследования свойств газов в разреженном состоянии постепенно направили внимание-Менделеева на изучение высотных слоев атмосферы, где давление воздуха очень низкое. Изучение состояния воздуха верхних атмосферных слоев могло пролить свет на теорию о «мировом эфире» (космическом пространстве), связанную с проблемами воздухоплавания и метеорологии. Так Менделеев незаметно подошел к идее построения высотного аэростата, на котором хотел подняться в стратосферу и делать метеорологические наблюдения. Чтобы собрать необходимые средства для постройки аэростата, Менделеев перевел на русский язык книгу профессора Мона [128] «Метеорология, или учение о погоде». На заглавной странице он написал: «Сумма… от продажи этого сочинения назначается переводчиком на устройство большого аэростата и вообще на изучение метеорологических явлений в верхних слоях атмосферы…» Однако выручка от продажи книги не оправдала ожиданий, и идея пока оставалась неосуществленной [129] .
125
О работах Менделеева по упругости газов и метеорологии см.: Фигуровский Н. А., ук. соч., с. 105 — Ни; Дмитрий Иванович Менделеев: Библиографический указатель трудов по периодическому закону и общим вопросам химии и физики. — Л.: Наука, 1969, с. 116 и др.
126
Петр Аркадьевич Кочубей (1825–1892) — русский химик-технолог, один из основателей, а затем и председатель Русского технического общества (1871–1892 гг.); способствовал введению в России метрической системы мер и весов.
127
Бенуа Пьер (Поль) Эмиль Клапейрон (1799–1864) — французский физик, академик и инженер, чл.-корр. Петербургской Академии наук с 1830 г. В 1834 г. предложил общеупотребительную форму трактовки цикла Карно и вывел объединенное уравнение газового состояния (уравнение Клапейрона); установил зависимость точки плавления от давления ((уравнение Клапейрона — Клаузиуса). О Клапейроне см.: Искольдский И. И. Успехи химии, 14, 4 (1945); Храмов Ю. А., ук. соч., с. 133–134.
128
Генрик Мон (1835–1916) — норвежский метеоролог, с 1907 г. почетный член Петербургской Академии наук; автор трудов о климате Норвегии, о бурях и циклонах, по теории атмосферных движений и др. О Моне см.: Биографический словарь деятелей естествознания и техники. Т. 2. — М.: Сов. энцикл., 1959, с. 49.
129
Много позднее (7 августа 1887 г.) Менделеев совершил свой знаменитый полет на аэростате для изучения солнечного затмения.
Однажды осенью 1875 года, когда Менделеев просматривал Доклады Парижской Академии наук, взгляд его упал на сообщение Лекока де-Буабодрана [130] об открытии нового элемента, названного им галлием. Менделеев лихорадочно просмотрел статью. Сомнений не было — свойства вновь открытого элемента были очень похожи на предсказанные Менделеевым свойства эка-алюминия. Сомнений не было — это триумф, это победа! Но французский исследователь указал удельный вес галлия — 4,7, а по вычислениям Менделеева получалось 5,9. Менделеев решил написать ученому, указав, что, судя по свойствам открытого им галлия, это не что иное, как предсказанный в 1869 г. эка-алюминий.
130
Поль Эмиль Лекок де-Буабодран (1838–1912) — французский химик, один из «укрепителей периодического закона»; в 1875 г. открыл галлий (эка-алюминий, по Менделееву); проводил исследования по спектроскопии и кристаллографии, изучал редкоземельные элементы, открыл самарий (1879 г.), гадолиний и диспрозий (1886 г.). О де-Буабодране см.: Partington J. В., ук. соч., т. 4, с. 828; Трифонов Д. Н., Трифонов В. Д. Как были открыты химические элементы. — М.: Просвещение, 1980, с. 111 и др.; Становление химии как науки, ук. соч., с. 376–379 и др.; Соловьев Ю. И. История химии, ук. соч., с. 267–269 и др.; Волков В. А. и др., ук. соч., с. 291.