Биография и научная деятельность Дмитрия Менделеева (1834-1907)

Биография Д. И. Менделеева

МЕНДЕЛЕЕВ, Дмитрий Иванович [27 янв. (8 февр.) 1834 — 20 янв. (2 февр.) 1907] — великий русский учёный; открыл периодический закон химических элементов, являющийся естественно-научной основой современного учения о веществе. Родился в г. Тобольске, где его отец был директором гимназии. По окончании гимназии (1849) поступил в 1850 на естественное отделение физико- математического факультета Главного педагогического института в Петербурге, где изучал химию у известного русского химика А. А. Воскресенского.

---

В 1855 окончил институт с золотой медалью. В 1856 защитил в Петербургском университете магистерскую диссертацию «Удельные объемы», а вслед за ней диссертацию на звание приват-доцента«О строении кремнеземлистых соединений».

В 1857 Менделеев был утверждён доцентом Петербургского университета, где читал курс органической химии.

В 1859 —  командирован за границу. В Гейдельберге, устроив в своей квартире лабораторию, Менделеев провёл ряд важных исследований в области физической химии, в частности открыл существование критической температуры. В эти же годы Менделеев были восприняты материалистические и диалектические взгляды на природу. Этому способствовало его знакомство с Н. А. Добролюбовым и И. Сеченовым, с кружком людей, близких А. И. Герцену, чтение «Колокола», изучение философских трудов Герцена (в частности, Менделеев законспектировал его «Письма об изучении природы»).

Менделеев принял деятельное участие в работах международного съезда химиков в Карлсруэ (1860), на котором была установлена единая система атомных весов и химических формул.

По возвращении в 1861 в Россию продолжал чтение лекций в университете; в этом же году опубликовал труд «Органическая химия» (Соч., т. 8, 1948), явившийся первым русским учебником органической химии. За этот учебник Менделеев был удостоен Петербургской академией наук Демидовской премии.

В 1864 он был избран профессором Петербургского практического техпологического института по кафедре химии.

В 1865 защитил диссертацию на степень доктора химии «Рассуждение о соединении спирта с водою», а в конце этого же года был утвержден ординарным профессором Петербургского университета по кафедре технической химии.

В 1867 занял кафедру неорганической (общей) химии.

В 1868 Менделеев приступил к работе над «Основами химии». Работая над этим курсом, он открыл периодический закон химических элементов. В этот период Петербургский университет становится центром химической науки в России. При активном участии Менделеева в университет были приглашены А. Бутлеров — на кафедру органической химии и Н. А. Меншуткин — на кафедру технической химии.

При деятельном участии Менделеев было создано (1868) Русское химическое общество (ныне Всесоюзное химическое общество имени Д. И. Менделеева).

Русские учёные Н. II. Зинин, А. Бутлеров и другие в 1874 предложили кандидатуру Менделеева в адъюнкты Петербургской академии наук по химии, но это представление было отклонено реакционным большинством Академии.

В 1876 он был избран членом-корреспондентом Академии наук.

В 1880 виднейшие русские учёные выдвинули Менделеев в члены Петербургской академии наук, но его кандидатура была отвергнута. Это вызвало резкий протест передовой общественности страны. Пять рксских и западные университеты избрали Менделеева своим почётным членом; Кембриджский, Оксфордский и другие старейшие университеты Европы присвоили ему почётные учёные степени; он был избран членом Лондонского королевского общества, Римской, Парижской, Берлинской и других академий, а также почётным членом многих научных обществ России, Западной Европы и Америки.

В 1890 Менделеев был вынужден покинуть Петербургский университет вследствие конфликта с министром народного просвещения И. Д. Деляновым, отказавшимся во время студенческих волнений принять переданную Менделеевым петицию студентов.

С 1892 Менделеев был учёным хранителем Депо образцовых гирь и весов, которое по его инициативе было преобразовано в 1893 в Главную палату мер и весов (ныне Всесоюзный институт метрологии им. Д. И. Менделеева). Менделеев вёл активную борьбу против идеализма в естествознании. В конце 1890-х — начале 1900-х гг. Менделеев выступал против энергетизма — одной из разновидностей философского идеализма. Воинствующий материализм Менделеева ярко проявился и в его борьбе против спиритизма.

По инициативе Менделеев в 1875 была создана специальная комиссия, которая разоблачила антинаучную сущность спиритизма и тем самым противодействовала его распространению в России. Умер Менделеев в Петербурге, похоронен на Волковой кладбище.

Научная деятельность Д. И. Менделеева

Научную работу Менделеев начал вести еще будучи студентом. В 1854 он исследовал химический состав некоторых минералов. Тогда же приступил к изучению отношений между кристаллической формой и химическим составом различных веществ, в частности к изучению изоморфизма, что составило содержание его студенческой работы «Изоморфизм в связи с другими отношениями кристаллической формы к составу» (1855; Соч., т. 1, 1937). Эта работа положила начало ряду исследований Менделеев, посвящённых изучению взаимоотношений «естественных групп элементов». Дальнейшим шагом в этом направлении была его магистерская диссертация «Удельные объемы» (1856). Менделеев нашёл, что химическая активность элементов зависит от величины их атомных объёмов; это открыло новый путь для нахождения естественной классификации элементов.

Открытие периодического закона химических элементов

Величайшей заслугой Менделеев было открытие периодического закона химических элементов. Первый вариант таблицы элементов, выражавшей периодический закон, Менделеев опубликовал в виде отдельного листка под названием «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве» и разослал этот листок в марте 1869 многим русским и иностранным химикам. Сообщение об открытом Менделеев соотношении между свойствами элементов и их атомными весами было сделано 6(18) марта 1869 на заседании Русского химического общества (Н. А. Меншуткиным от имени Менделеев) и опубликовано в «Журнале Русского химического общества» («Соотношение свойств с атомным весом элементов», 1869).

Летом 1871 Менделеев подытожил свои многочисленные исследования, связанные с установлением периодического закона, в труде «Периодическая законность для химических элементов». В классическом труде «Основы химии», выдержавшем при жизни Менделеев 8 изданий на русском языке (1 изд., 2 ч., 1869 — 71, 8 изд., 1906) и несколько изданий на иностранных языках, Менделеев впервые изложил неорганическую химию на основе периодического закона. Все учёные, пытавшиеся до Менделеев классифицировать элементы, ограничивались тем, что объединяли в группы сходные по химическим свойствам элементы, но не находили внутренней связи между этими «естественными», как тогда говорили, их группами. Менделеев, убеждённый в существовании объективного закона, которому подчиняются все многообразные по свойствам элементы, пошёл принципиально отличным путём.

Будучи стихийным материалистом, он искал в качестве характеристики элементов нечто материальное, отражающее всё многообразие их свойств. Взяв в качестве такой характеристики атомный вес элементов, Менделеев сопоставил известные в то время группы по величине атомного веса их членов. Написав группу галогенов (Г = 19, С1 = 35,5, Вт = 80, 1 = 127) под группой щелочных металлов (1л =7, N8 — 23, К = 39, ВЬ = 85, Сз = 133) и расположив под ними другие группы сходных элементов (в порядке возрастания величины их атомных весов), Менделеев установил, что члены этих естественных групп образуют общий закономерный ряд элементов; при этом химические свойства элементов, составляющих такой ряд, периодически повторяются.

Разместив по значению атомных весов все известные в то время 63 элемента в общую «периодическую систему», Менделеев обнаружил, что установленные ранее естественные группы органически вошли в эту систему, утратив прежнюю искусственную разобщённость. Позднее Менделеев так формулировал открытый им периодический закон:

«свойства простых тел, также формы и свойства соединений элементов, находятся в периодической зависимости… от величины атомных весов элементов»

(Менделеев Д. И., Основы химии, т. 2, 13 изд., 1947, стр. 80 — 81).

При построении периодической системы элементов Менделеев преодолел большие трудности, т. к. многие элементы еще не были открыты, а из 63 известных к тому времени элементов у девяти были неправильно определены значения атомных весов. Создавая таблицу, Менделеев исправил атомный вес бериллия, поставив бериллий не в одной группе с алюминием, как это обычно делали химики, а в одной группе с магнием [как это сделал в 1842 русский химик Иван Васильевич Авдеев (1818 — 65)].

В 1870—71 Менделеев изменил значения атомных весов индия, урана, тория, церия и других элементов, руководствуясь их свойствами и уточнённым местом в периодической системе. На основании периодического закона он поместил теллур перед иодом и кобальт перед никелем, хотя величины атомных весов этих элементов требовали обратного расположения. Опираясь на закон периодичности и практически применяя закон диалектики о переходе количественных изменений в качественные, Менделеев указал уже в 1869 на существование четырёх еще не открытых элементов.

Предсказание открытия новых химических элементов

Впервые в истории химии было предсказано существование новых элементов и даже ориентировочно определены их атомные веса. В 1870 — 71 в работах «Естественная система элементов и применение ее к указанию свойств неоткрытых элементов» (1870; Избр. соч., т. 2, 1934) и «Периодическая законность для химических элементов» (1871; Соч., т. 25, 1952) он развил эту мысль наиболее подробно, предсказав свойства трёх из них, названных им экабором, экасилицием и экаалюминием.

• В 1875 французский химик П. Лекок де Буабодран открыл элемент галлий, тождественный с экаалюминием;
• в 1879 шведский химик Л. Нильсон нашёл элемент скандий, полностью соответствующий описанному Менделеев экабору;
• в 1886 немецкий химик К. Винклер открыл элемент германий, соответствующий экасилициго.

Оправдались и остальные предвидения Менделеев: открыты тримарганец — нынешний рений, двицезий — франций, двибарий — радий и др.

Для утверждения периодического закона большое значение также имели работы чешского химика Б. Ф. Враунера с редкими землями, труды английского химика У. Рамзая, связанные с открытием недеятельных газов, и др. Все эти открытия блестяще подтвердили периодический закон. Впоследствии было установлено, что порядковый номер элемента в периодической системе Менделеева имеет реальный  смысл и соответствует заряду атомного ядра 2 и равному ему числу электронов в оболочке нейтрального атома (Атомный номер). Всё современное учение о веществе, о его строении и его эволюции в природе основывается на периодическом законе Менделеева. Уже в начале своей научной деятельности Менделеев интересовался т. н. неопределёнными химическими соединениями, к которым он относил растворы, сплавы, изоморфные смеси, стёкла, шлаки и др.

Химическая(гидратная) теория водных растворов Менделеева

Вопрос о природе растворов был позднее разработан им в диссертации «Рассуждение о соединении спирта с водою» (1865; Соч., т. 4, 1937) и в канительной монографии «Исследование водных растворов по удельному весу» (1887; Избр. соч., т. 3, 1934). В противовес господствовавшим в то время представлениям о растворах, как о механических смесях, Менделеев создал химическую, или, как он её называл, «гидратную», теорию водных растворов. Исследуя сжатие (изменение объёма) водно-сниртовых растворов в зависимости от их состава, он объяснил это сжатие химич. взаимодействием спирта с водой. На обширном фактич. материале Менделеев подтвердил сделанный им замечательный вывод о том, что свойства растворов при непрерывном изменении состава изменяются скачками. Дальнейшее изучение обнаруженных Менделеевым «особых точек» на диаграммах состав — свойство растворов привело Н. С. Курнакова к созданию учения о сингулярных точках химических диаграм.

Гидратная теория Менделеева явилась одной из основ современной теории растворов. Изучая явления вязкости, теплового расширения и капиллярности жидкостей, Менделеев открыл существование абсолютной температуры кипения (Критическая температура). Эти исследования были впервые опубликованы в работе «Частичное сцепление некоторых жидких органических соединений» (1860; Соч., т. 5, 1947) и развиты в статье «О расширении жидкостей от нагревания выше температуры кипения» (1861; там же). Это открытие опровергло метафизическое представление о «постоянных» (т. е. якобы не подвергающихся сжижению) газах. Занимаясь исследованием газов, Менделеев в 1874 нашёл общее уравнение состояния газов (Клапейрона — Менделеева уравнение) . Он указал, что при малых давлениях закон Бойля — Мариотта неточно выражает состояние газов, и определил поправку, учитывающую эту неточность. В связи с работами по газам Менделеев провёл исследования в области метеорологии и воздухоплавания (1876—80).

Малоизвестные достижения Менделеева

1. Им был создан чувствительный дифференциальный барометр, пригодный для практического нивелирования.
2. В августе 1887 Менделеев без пилота совершил полёт на воздушном шаре для наблюдения солнечного затмения и изучения высоких слоёв атмосферы. Менделеев принадлежит ряд важнейших работ в области метрологии.
3. Им создана современная физическая теория весов, разработаны наилучшие конструкции коромысла и арретира, предложены точнейшие приёмы взвешивания (Весы, Взвешивание).
4. Менделеев установил влияние изменения внутреннего трения среды на колебания весов. Для быстрого определения твёрдости тел он в 1898 предложил использовать соотношение между твёрдостью материала подушки и призмы весов, чувствительностью весов и временем размаха и декрементом затухания. Подобный прибор, известный под названием Герберта маятника, внедрён в практику в 1924 английским инженером Э. Гербертом.
5. При непосредственном участии и под руководством Менделеев в течение шести лет (1893 — 98) в Главной палате мер и весов были возобновлены прототипы русских мер и весов (массы и длины) — фунта и аршина, проведена работа но сравнению русских эталонов с английскими и метрическими. Работами в области метрологического и поверочного дела Менделеев подготовил введение в нашей стране метрической системы мер.
6. В 1899 он добился разрешения на сё факультативное (необязателые) применение.
7. В 1890 — 91 Менделеев разработал способ получения нового вида бездымного пороха, названного им пироколлодийным.

В своей научной деятельности Менделеев проводил линию материализма, признавая первичность материи, объективность и познаваемость законов природы, возможность использования природы в интересах человека. Менделеев писал:

«… люди, постепенно изучая вещество, им овладевают, точнее и точнее делают в отношении к нему предсказания, оправдываемые действительностью, шире и чаще пользуются им для своих потребностей, и нет повода видеть где-либо грань познанию и обладанию веществом»

(Менделеев Д. И., Основы химии, т. 1, 13 изд., 1947, стр. 355).

Эту же линию материализма Менделеев проводил и в тех работах, где он пытался, выходя за рамки химии и физики, освещать специально философские, гносеологические вопросы. Однако, не будучи специалистом-философом, он делал иногда словесные уступки агностицизму и дуализму, корые сам же опровергал как в своих высказываниях, так и своими научными открытиями.

Своё материалистическое мировоззрение сам Менделеев называл «реализмом», стремясь этим отличить его от вульгарного («унитарного», или «утилитарного», по выражению Менделеева) материализма. Материализм Менделеева не был метафизическим и механистическим. Он признавал неразрывность материи и движения:

«…без самобытного движения немыслима ни одна малейшая доля вещества»

(там же, стр. 473);

видел качественные различия между формами движения, возражал против сведения химизма к механическому движению, против отрицания химической индивидуальности элементов, против сведения их к первоматерии, в связи с чем он отрицал гипотезу Праута (Праута гипотеза). Менделеев в своих научных открытиях и особенно в открытии периодического закона на деле применял диалектический метод познания явлений природы. Работы Менделеев по развитию производительных сил России. Передовой общественный деятель своего времени, Менделеев горячо боролся за развитие производительных сил России, её экономическую и культурную независимость. Его интересы в различных областях науки, техники, промышленности, сельского хозяйства и транспорта были чрезвычайно широки и многообразны. Менделеев многого ожидал от капиталистического прогресса, началом которого ознаменовались в России 60-е г.г. 19 в., и с этим прогрессом он связывал развитие отечественных производительных сил.

Вклад в развитие химической промышленности России

В многочисленных работах, посвящённых вопросам промышленности, Менделеев развивал идею широкого использования отечественных полезных ископаемых и создания в России химических производств. Он призывал русских капиталистов развивать новые отрасли промышленности, обосновывая в ряде своих работ и выступлений выгоды той или иной отрасли. Придавая большое значение средствам экономии, политики, содействующим ускоренному капиталистического развитию страны, в частности протекционизму, Менделеев принял деятельное участие в разработке таможенного тарифа 1891. В более чем 400 печатных работах, составляющих научное наследие Менделеев, отражена его постоянная борьба за развитие отечественной промышленности, его всесторонняя деятельность как педагога и пропагандиста науки.

На протяжении всей научной деятельности Менделеев писал статьи и руководства по самым различным техническим вопросам. Он совершил много поездок по России, Европе и Америке для осмотра крупных заводов и промышленных выставок, для ознакомления с месторождениями полезных ископаемых, для изучения вопросов технологии и т. п. Постоянной его заботой являлось издание различного рода справочников и энциклопедий. Важнейшей чертой его научного творчества была теснейшая связь теории с практикой, с производством. Творческая мысль великого русского учёного проникала во все основные отрасли производства. Особенно большое внимание Менделеев уделял таким отраслям промышленности, как нефтяная, угольная, металлургическая, химическая и др.

Начиная с 1860-х гг. в течение всей жизни он был тесно связан с нефтяной промышленностью Кавказа и несколько раз посещал Бакинские нефтепромыслы. На основании собственных исследований Менделеев предложил принцип непрерывной дробной перегонки нефти и был инициатором её разностороннего химического использования. В 1877 он выдвинул свою гипотезу происхождения нефти из карбидов тяжёлых металлов. По поручению министерства государственных имуществ Менделеев в 1888 обследовал Донецкую область для определения возможностей развития там каменноугольной промышленности. В отчёте об этой поездке, названном им «Будущая сила, покоящаяся на берегах Донца» (1888; Соч., т. И, 1949), он подробно раскрыл перспективы освоения богатств Донецкого бассейна. В этой же работе он впервые выдвинул идею подземной газификации углей, далеко выходившую за пределы практических возможностей того времени.

«…Настанет, вероятно, со временем даже такая эпоха, — писал Менделеев, — что угля из земли вынимать не будут, а там в земле его сумеют превращать в горючие газы и их по трубам будут распределять на далекие расстояния»

(Соч., т. И, 1949, стр. 66).

К идее подземной газификации углей Менделеев неоднократно возвращался: в 1899, наблюдая во время поездки на Урал подземные пожары в Кизеловском районе, Менделеев сделал ряд практических выводов о возможности управления процессом горения угольного пласта. Проблему разработки многочисленных угольных месторождений России Менделеев связывал с развитием отечественной металлургии и в первую очередь с развитием производства чугуна, железа, стали и меди, обращая особое внимание на использование бедных руд. Он отмечал также необходимость разработки богатых месторождений хромовых и марганцовых руд на Урале и Кавказе. Важное место в трудах Менделеев отведено развитию химической промышленности России, первоочередными задачами которой он считал расширение производства соды, серной кислоты, искусственных минеральных удобрений и др. на базе отечественных месторождений полезных ископаемых, химическую переработку нефти и каменного угля. Менделеев на много лет вперёд наметил широкую программу освоения огромных природных богатств страны и применения химии в различных отраслях хозяйства.

Менделеев – основоположник агрохимии

Менделеев является одним из основоположников современной агрохимии, провозвестником идеи химизации сельского хозяйства. Его первые работы в этой области тесно связаны с деятельностью Вольного экономического общества. До сих пор представляют интерес высказывания Менделеев по вопросам обработки почвы, травосеяния, лесонасаждения, орошения и гл. обр. по вопросам применения химических удобрений, химической переработки сельско-хозяйственного сырья и многим другим. Менделеев выступал как ярый противник широко тогда распространённых «теории» полного возврата и «теории» убывающего плодородия почвы, на которые опирались сторонники мальтузианства. Менделеев утверждал, что возможно многократное повышение плодородия земли. В 1866 он предложил разработать научные основы отечественной агрономии на базе использования достижений химии и физики. Инициатива Менделеев была поддержана, и ему удалось поставить и провести в 1867—69 полевые опыты по изучению влияния глубины вспашки и действия удобрений в Смоленской, Петербургской, Московской и Симбирской губерниях.

По отзыву К. А. Тимирязева, принимавшего участие в опытах, это была

«система опытных полей — несомненно первая когда-либо осуществленная в России»

(Соч., т. 3, 1937, стр. 372).

Основываясь на результатах этих опытов, Менделеев в своих работах пропагандировал необходимость известкования кислых почв, применения размолотых фосфоритов, суперфосфата, азотных и калийных удобрений, совместное внесение минеральных и органических удобрений и другие мероприятия. Менделеев поддерживал проведение почвенных обследований, организацию кафедр почвоведения и другие начинания русского учёного В. В. Докучаева, принимал участие в анализах почв, собранных докучаевскими экспедициями. В трудах Менделеев уделено также внимание орошению почв района нижней Волги, улучшению судоходства на реках России, постройке новых железных дорог, вопросам создания северных морских путей сообщения, проблеме освоения Арктики и многим другим вопросам.

Педагогическая деятельность ученого

Серьёзное внимание обращал Менделеев на вопросы просвещения, с распространением которого он связывал осуществление своих мечтаний о рациональном использовании природных богатств страны и творческих сил народа. Педагогиическую деятельность, «преподавательство», он называл своей второй службой родине. Вопросам образования посвящены работы Менделеев «Заметки о народном просвещении России» (1901; Соч., т. 23, 1952), «Заветные мысли» (1903 — 05; там же) и др. Направление русского образования, по Менделеев, должно быть жизненным и реальным; он резко выступал против т. н. классической системы среднего образования и считал необходимым развитие женского образования. В распространении опытных знаний, в частности физико-химического образования, Менделеев видел необходимое условие для расширения заводской деятельности. Зная разнообразие и неисчерпаемость природных богатств России, веря в творческие силы русского народа, Менделеев боролся за развитие производительных сил России, за её хозяйственный и культурный расцвет. Эта борьба составляла основу его экономических взглядов и всей его практической деятельности. Менделеев считал необходимым всемерное ускорение промышленного роста России на основе полного и рационального использования её богатых природных ресурсов. Но между взглядами Менделеева на задачи экономии, развития России и его представлениями о возможных путях их достижения существовало глубокое противоречие. Поставленные Менделеевым задачи не могли быть разрешены в условиях дореволюционной России — без коренных социальных преобразований Россия не могла стать высокоиндустриальной страной. В честь Менделеев за выдающиеся работы по физике и химии учреждены премии Академии наук СССР. Его имя носит Всесоюзное химическое общество, а также ряд высших и средних химических учебных заведений. В память Менделеева в 1907 — 34 собирались менделеевские съезды по чистой и прикладной химии (7 съездов). С 1952 в системе Академии наук СССР работала специальная Комиссия по изучению научного наследия и изданию трудов Менделеев