Как Д.И. Менделеев открыл периодический закон?

0
Миськевич Александр Владимирович7/12/2020

Менделеев никогда особенно не вникал в анализ психологических и житейских обстоятельств, сопутствовавших открытию им Периодического закона. Разве что, посмеиваясь, говорил, что любовница (так он часто называл науку) обняла. Когда захотела, тогда и обняла. Если следовать популярной версии, утром 17 февраля Дмитрий Иванович проснулся в великолепном настроении (что бывало нечасто), выпил по обыкновению стакан теплого молока, встал, умылся и сел завтракать. Во время завтрака схватил вдруг подвернувшееся под руку письмо секретаря Вольного экономического общества А. И. Ходнева по поводу предстоящей командировки и записал на обороте символы хлора и калия, имевших близкие атомные веса, после чего стал набрасывать символы других элементов, отыскивая среди них сходные в этом отношении пары: фтор и натрий, бром и рубидий, йод и цезий... Потом он закрылся в своем кабинете, достал из конторки пачку визиток и на обратной стороне карточек стал писать символы элементов и их главные химические свойства. Получилась своеобразная игровая колода, из которой Менделеев час за часом выкладывал какие- то пасьянсы. Ходившие на цыпочках домочадцы слышали, как хозяин кабинета время от времени рычал в чей-то адрес и говорил с явной угрозой: «У-у-у! Рогатая . Ух, какая рогатая ! Я те одолею. Убью-у» Это обычно означало, что Дмитрий Ива­нович ощущает прилив творческих сил. Можно предположить, что Менделеев перекладывал карточки из одного горизонтального ряда в другой, руководствуясь значениями атомной массы и свойствами простых веществ, образованных атомами одного элемента.

Так перед ним стала вырисовываться картина будущей Периодической системы химических элементов. Еще только забрезжив в голове своего первооткрывателя, она сразу же стала вносить коррективы в существовавшую до нее систему знаний. Так, вначале Менделеев положил карточку с обозначением бериллия (атомная масса 14) рядом с карточкой алюминия (атомная масса 27,4), по тогдашней традиции считая бериллий аналогом алюминия. Однако затем, сопоставив химичес­кие свойства, он поместил бериллий над магнием. Тогда же он изменил атомную массу бериллия на 9,4, а формулу его оксида переделал из Ве 203 в ВеО (как у оксида магния MgO). Это смело исправленное значение атомной массы бериллия подтвердилось только через десять лет. Точно так же он помещает теллур (127,6) перед йодом (126,9), чтобы теллур попал в один столбец с элементами аналогичной валентности (2), а йод — своей (1).

В течение дня, покидая кабинет только на обед и ужин, а также для того, чтобы взглянуть на малютку-дочь, Дмитрий Иванович приходит к твердому выводу, что элементы, расположенные по возрастанию их атомного веса, выказывают явную периодичность физических и химических свойств. Ему самому еще только предстоит полностью осмыслить свое открытие, но главное сделано. В тот же вечер Менделеев отправляет переписанную набело таблицу в типографию — ему нужно разослать ее многим людям. Еще через пару дней он передает написанную по этому поводу статью Меншуткину — для публикации в журнале Русского химического общества и для доклада от его имени на заседании общества, которое состоится 6 марта, когда автор будет ездить по сыроварням Тверской губернии. Меншуткин выступит, но сообщение не вызовет ажиотажа — скорее, наоборот. Н. Н. Зинин недовольно выскажется в том духе, что пора бы Дмитрию Иванычу заняться, наконец, настоящими химическими исследованиями. Что ж с того? Через два года он будет отзываться о Менделееве и его открытии совершенно иначе. Другим коллегам понадобится значительно больший срок, чтобы оценить менделеевскую таблицу.

Дмитрий Иванович многого не знал о попытках его предшественников расположить химические элементы по возрастанию их атомных масс. Например, он не имел почти никакой информации о работах француза Б. де Шанкуртуа, англичанина Д. Ньюлендса и немца Ю. Мейера, публикации которых не привлекли внимания ученого мира из-за явных ошибок и невнятного изложения идей, лишенных менделеевской универсальности, но довольно оригинальных для отдельных групп элементов. Тем выше следует оценить интуицию Менделеева и его уверенность в правоте.

Писатель-фантаст и популяризатор науки Айзек Азимов пишет о приоритете Менделеева в своей «Краткой истории химии»: «Основываясь на увеличении и уменьшении валентности, Менделеев разбил элементы на периоды; первый период включает только один водород, затем следуют два периода по семь элементов каждый, затем периоды, содержащие более семи элементов. Менделеев воспользовался этими данными не только для того, чтобы построить график, как это сделали Мейер и Бегюйе де Шанкуртуа, но и для того, чтобы построить таблицу, подобную таблице Ньюлендса. Такая периодиче­ская таблица элементов была яснее и нагляднее, чем график, и, кроме того, Менделеев сумел избежать ошибки Ньюлендса, настаивавшего на равенстве периодов. Свою таблицу Менде­леев опубликовал в 1869 году, т. е. раньше, чем была издана основная работа Мейера. Однако честь открытия Периодической системы элементов принадлежит Менделееву не из-за при­оритета публикации, действительная причина состоит в том, как Менделеев построил свою таблицу. Для того чтобы выполнялось требование, согласно которому в столбцах должны находиться элементы с одинаковой валентностью, Менделеев в одном или двух случаях был вынужден поместить элемент с несколько большим весом перед элементом с несколько меньшим весом... Поскольку этого оказалось недостаточно, Менделеев счел также необходимым оставить в своей таблице пустые места (пробелы). Причем наличие таких пробелов он объяснил не несовершенством таблицы, а тем, что соответствующие элементы пока еще не открыты. В усовершенствован­ном варианте таблицы (1871 г.) существовало много пробелов, в частности, не заполнены были клетки, отвечающие анало­гам бора, алюминия и кремния. Менделеев был настолько уве­рен в своей правоте, что пришел к заключению о существовании соответствующих этим клеткам элементов и подробно описал их свойства. Он назвал их экабор, экаалюминий и эка- кремний (“эка” на санскрите означает “одно и то же”). Тем не менее часть химиков была настроена скептически, и, возможно, их недоверие еще долго не удалось бы преодолеть, если бы смелые предсказания Менделеева не подтвердились столь блестяще».

Первое подтверждение последует в 1875 году, когда француз Поль Эмиль Лекок де Буабодран откроет новый элемент и назовет его галлием. Свойства галлия полностью совпадут с менделеевским экаалюминием. В 1879 году швед Ларе Фредерик Нильсон обнаружит скандий (экабор). В 1886 году немец Клеменс Александр Винклер предъявит миру германий (эка кремний). Несмотря на то, что все три химика дадут новым элементам названия, связанные с историей или географией своих стран, их открытия навсегда будут вписаны в биографию Менделеева и историю русской науки.

Однако будет неправильным свести сложнейшую анатомию открытия к стремительному и победоносному творческо­му броску. На самом деле ученый шел к своему открытию с ранней юности. « Я был с самого начала глубоко убежден в том, говорил Дмитрий Иванович сыну Ивану через много лет, что самое основное свойство атомов атомный вес или масса атома должна определять основные свойства каждого элемента... Я работал над капиллярностью, над удельными объемами, над изу­чением кристаллических форм соединений — постоянно в этом убеждении, стремясь найти основной закон атомной механики. Я сделал попутно ряд обобщений — о температуре абсолютного кипения жидкостей или сжиженных газов, о законе предельно­сти соединений и т. д. Но всё это казалось мне второстепенным и до конца не удовлетворяло. Я уже тогда, на студенческой скамье, в первые годы самостоятельного труда, чувствовал, что должно существовать обширное обобщение, связывающее атомный вес со свойствами элементов. Это — вполне естественная мысль, но на нее не обращали тогда достаточного внимания. Я искал это обобщение с помощью усидчивого труда во всех возмож­ных направлениях. Только весь этот труд дал мне необходимые точки опоры и вселил уверенность, позволившую мне преодолеть препятствия, казавшиеся тогда непреодолимыми».

Последние дни перед моментом открытия сопровождались особенно изнурительным интеллектуальным и нервным на­пряжением. По свидетельству ученика и близкого друга Менделеева А. А. Иностранцева, бывшего в ту пору секретарем факультета, Дмитрий Иванович был в мрачном и угнетенном состоянии, поскольку провел трое суток без сна у конторки, пытаясь уловить зыбкую, ускользающую закономерность. И лишь после этого настало то счастливое утро: «У-у-у! Рогатая. Ух, какая рогатая! Я те одолею. Убью-у!» По версии академика Бонифатия Михайловича Кедрова, именно свойствен­ ное менделеевской натуре крайнее нервное напряжение, вкупе с множеством неотложных дел, в частности, со срывом сроков сдачи в типографию заключения к «Основам химии» (издатель был педант и на отсрочку не соглашался), стало условием открытия Периодического закона. Накануне Дмитрий Иванович вернулся домой поздно, так и недоделав половину дел. Открыв, по своему обыкновению, перед сном дневник, он осознал всю тяжесть своего положений, ведь речь шла о самом болезненном, о его научной и человеческой состоятельности — и заплакал (об этом, как считают некоторые исследова­тели, свидетельствуют следы слез на страницах дневника). Тем не менее никаких мыслей по поводу нужного текста у него не было. Наконец, он решил, что лучшим заключением к книге будет таблица элементов. В то же время таблица получилась не без смысловых изъянов: водород и гелий не входили в октаву, часть клеток была пуста, а все лантаниды стеснились в одну клетку. В спокойном состоянии Менделеев, возможно, не ре­шился бы опубликовать столь нелогичную таблицу. Однако, будучи в безвыходном положении, он решил, во-первых, что водород и гелий в таблице выглядят симметрично и красиво, а на интуитивном уровне это уже могло служить оправданием. Во-вторых, недостающие элементы в пустых клетках когда- нибудь откроют (предсказание очень смелое, но другого выхода не было). В-третьих, лантаниды оказались в одной клетке — бог знает почему, в будущем объяснение найдется, но нельзя помещать в разные места вещества со столь близкими свойствами. И при всей «сомнительности» таблицы все заложенные в ней прогнозы Менделеева оказались правильными. Мы опускаем подробности рассуждения Б. М. Кедрова, философа и историка науки, автора сложной теории рождения научного открытия. Важнее вывод, который он делает в отношении Пе­риодического закона: создание таблицы элементов  смелый и основанный на интуиции акт, то есть настоящее творчество.

Сторонники менее распространенной, но, несомненно, более аргументированной версии рождения Периодического за­кона (в первую очередь здесь нужно назвать И. С. Дмитриева) полагают, что 17 февраля 1869 года можно считать датой великого открытия лишь символически, поскольку этот один день не может являться даже днем завершения работы над ним. Дмитриев убедительно показывает, что методологические принципы, которые разрабатывались Менделеевым, начиная с его студенческих исследований изоморфизма, были будто сразу «заточены на поиск некоей общей системы признаков ве­ществ. Опираясь на анализ рукописей и опубликованных работ Менделеева, Дмитриев прослеживает, как с 1855 года накапливался багаж мыслей и наблюдений ученого в этом направлении, и обнаруживает, что Менделеев подошел к универсальной классификации элементов, открытию ее концептуального ядра на несколько недель раньше отмечаемой всеми даты, в кон­це 1868-го — начале 1869 года.

Ставя под сомнение исполненную беллетризма историю «великого сновидения» и составленного по его подсказке «химического пасьянса», И. С. Дмитриев доказывает, что засланная в типографию страничка была пока еще результатом внутреннего компромисса ученого, колебавшегося в выборе между несколькими типами структуры будущей таблицы. То, что по поручению Менделеева предъявил в Русском химическом обществе Меншуткин, еще даже не было таблицей. Самая трудная часть работы — собственно осмысление всего массива химической информации (в то время не всегда точной) с точки зрения учения о периодичности — заняла еще год и девять месяцев. С этим нельзя не согласиться, поскольку Дмитрий Иванович и сам хорошо понимал, что вся тяжесть работы впереди. В тексте, который он передал для оглашения на заседании химического общества, сказано: «Привожу за сим одну из многих систем элементов, основанных на их атомном весе. Они служат только опытом, попыткой для выражения того результата, который можно достичь в этом отношении. Сам вижу, что эта попытка не окончательна, но в ней, мне кажется, уже ясно выражается применимость выставляемого мною начала ко всей совокупности элементов, пай которых известен с достоверно­стью. На этот раз я желал преимущественно найти общую систему элементов».

Беленький М. Д.  Менделеев. — М.: Молодая гвардия, 2010. — С. 197-203.
Следующая статья
Биографии
Почему «тесловские турбины» потерпели неудачу на рынке?
Неправильно было бы сказать, что он потом совсем бросил работы по усовершенствованию своих турбин. Нет, Тесла занимался этим почти до 1930-х годов с небольшими перерывами. Но очевидно, что шанс завоевать себе такой же авторитет в теплотехнике, как и в области исследования электричества, он упустил. А может быть, просто не смог. Почему же в итоге тесловские турбины «не пошли»? Действительно ли, создавая их, он опередил время? Ведь в будущем инженеры снова вернутся к идее газотурбинного двигателя. Среди биографов Теслы...
Биографии
Почему «тесловские турбины» потерпели неудачу на рынке?
Биографии
Никола Тесла и Тунгусский метеорит
Биографии
Никола Тесла: мировая система и конфликт с Дж. Морганом
Биографии
Как проходит защита диссертации у П. Л. Капицы?
Биографии
Методика преподавания академика П. Л. Капицы
Биографии
Как работает учёный? Воспоминания о П. Л. Капице
Биографии
Иван Петрович Павлов получает Нобелевскую премию
Биографии
П. Л. Капица и его увлечение шахматами
Биографии
Эдит Пиаф: «Наркотики превратили мою жизнь в ад»
Биографии
Экстремальное обучение новым навыкам — Софи Лорен
Психология и психофизиология
27 страхов личности, препятствующих Творчеству
Психология и психофизиология
Влияние идей А. А. Ухтомского на современное научное мышление
Биографии
Бесконечная война Эрнеста Хемингуэя
Биографии
Как работал Эрнест Хемингуэй?
Биографии
«Большой террор» ученых в СССР: Л. Д. Ландау и Ю. Б. Румер