© Владимир Каланов сайт "Знания-сила".

Одним из главных событий в мировой науке 19 века стало открытие Д.И. Менделеевым одного из фундаментальных законов природы — периодического закона химических элементов. Периодическая система химических элементов или таблица Менделеева, как её называют в школьном и студенческом обиходе, давно стала главным пособием при изучении основ химии. С помощью периодического закона до сих пор изучаются и предсказываются химические свойства вещества, его строение и характер взаимодействия с другими веществами.

Д.И. Менделеев
(1834-1907)

Великий русский учёный Дмитрий Иванович Менделеев родился 8 февраля 1834 г. в Тобольске, в семье директора гимназии и попечителя народных училищ Тобольской губернии Ивана Павловича Менделеева и Марии Дмитриевны Менделеевой, урождённой Корнильевой. Вскоре после рождения сына Дмитрия его отец ослеп, и воспитанием будущего учёного пришлось заниматься одной матери. Отец умер, когда Дмитрию было 13 лет.

Весной 1849 г. Дмитрий заканчивает Тобольскую гимназию, после чего его мать переезжает вместе с детьми сначала в Москву, а потом в Петербург. Здесь в августе 1850 г. Менделеев поступает в Главный педагогический институт на физико-математический факультет. Принят он был в порядке исключения после ходатайства матери перед ректором института. Дело в том, что в Главный педагогический институт набор студентов производился один раз в два года, и осенью 1850 г. набора не было. Фактически Менделеев поступил сразу на второй курс и оказался среди студентов, которые уже начали второй год обучения. Пришлось Менделееву догонять своих коллег и взвалить на свои плечи двойную учебную нагрузку. Но зато в другом повезло: в то время в Главном педагогическом институте преподавали такие выдающиеся ученые как математик М.В. Остроградский, физик Э.Х. Ленц, химик А.А. Воскресенский и другие.

Ещё будучи студентом, Менделеев выполняет первую научную работу, которую излагает в статье "Химический анализ ортита из Финляндии" (1854 г.). В мае 1855 г. Менделеев заканчивает институт с золотой медалью и получает квалификацию "Старший учитель". По рекомендации врачей он уезжает в Одессу, чтобы сменить петербургский климат на более здоровый. В Одессе Менделеев преподает математику, физику и химию в одной из гимназий. Одновременно он работает над диссертацией на звание магистра. Диссертацию по проблеме "удельных объёмов" он блестяще защитил в начале 1857 г. Он нашёл, что химическая активность элементов зависит от величины их атомных объёмов. Это уже подсказывало направление поиска естественной квалификации элементов. Вслед за этим Менделеев защитил диссертацию на звание приват-доцента "О строении кремнеземистых соединений" и был утверждён доцентом Петербургского университета, где начал читать курс органической химии.

Затем два года, с февраля 1859 по февраль 1861 г., Менделеев по заданию Петербургского университета работает в Германии. В Гейдельберге в своей квартире он организовал лабораторию, где провёл ряд важных исследований в области физической химии. Изучая явления вязкости, теплового расширения и капиллярности жидкостей, Менделеев открыл существование абсолютной температуры кипения. Этим открытием он опроверг метафизическое представление о том, что якобы существуют "постоянные", т.е. не поддающиеся сжижению, газы. Занимаясь в дальнейшем исследованиями газов, Менделеев в 1874 г. нашёл общее уравнение состояния газов, известное как уравнение Клайпейрона-Менделеева. Он показал, что при малых давлениях закон Бойля-Мариотта неточно выражает состояние газов, и определил поправку, учитывающую эту неточность.

Менделеев принял активное участие в работе международного съезда химиков, который проходил в 1860 г. в Карлсруэ (Германия). На этом съезде была установлена единая система атомных весов и химических формул.

Возвратившись в конце февраля 1861 г. в Петербург, Менделеев продолжает читать лекции в Петербургском университете и начинает работать над учебником органической химии. После выхода из печати в конце 1861 г. учебника "Органическая химия" имя Д.И. Менделеева стало известно в широких научных кругах. Этот учебник был первым русским учебником органической химии. Одновременно Менделеев выполнил перевод с немецкого "Химической технологии" Вагнера.

В январе 1864 г. Менделеев становится штатным доцентом органической химии Петербургского университета и одновременно получает должность профессора а Петербургском технологическом институте по кафедре химии. Материальное положение его теперь становится достаточно крепким. К тому же как профессор он получил квартиру в институте. И это было очень кстати, т.к. к этому моменту Дмитрий Иванович был уже женат. Женился он весной 1863 г. на Феозве Никитичне Лещевой. За учебник "Органическая химия" Менделеев получил от Академии наук полную Демидовскую премию. Сумму этой премии молодожены потратили на свадебное путешествие по Европе. К сожалению, брак этот, хотя и продолжался более 15 лет, оказался не совсем счастливым.

В начале 1864 г. Менделеев приступил к работе над докторской диссертацией, а уже 31 января 1865 г. состоялась её защита. Диссертация называлась: "Рассуждения о соединении спирта с водой". В то время большинство ученых придерживалось мнения, что растворы представляют собой механические системы. В противовес этим представлениям Менделеев создал химическую, или, как он её называл, гидратную, теорию водных растворов. Он исследовал сжатие водно-спиртовых растворов в зависимости от их состава и объяснил это явление взаимодействием спирта с водой. Менделеев пришёл к выводу, что в растворе "ассоциированы частицы растворителя и его непрочно диссоциированного соединения с растворённым телом". В растворе при обычной температуре происходит образование и разрушение ассоциатов (соединений) частиц растворителя - гидратов - с частицами растворённого вещества.

Гидратная теория Менделеева стала одной из основ теории растворов и сыграла существенную роль в становлении электрохимии. Его работы по химии растворов считаются классическими. Менделеев сочетал химическую и физическую точки зрения в своей теории растворов.

После защиты докторской диссертации Менделеева назначают в феврале 1865 г. экстраординарным профессором на кафедре технической химии Петербургского университета, а в декабре 1865 г. он становится штатным профессором университета. В 1867 г. Менделеев занял кафедру неорганической (общей) химии Петербургского университета. Параллельно с чтением лекций в университете он приступил в 1868 г. к работе над созданием учебника "Основы химии" (неорганической химии).

Периодический закон химических элементов

В одном из разделов учебника нужно было поместить описание химических элементов. Материала, содержащего описание химических элементов и их соединений, известных в то время, у Менделеева было достаточно. Возник вопрос о порядке расположения, о системе описания элементов и веществ. Какую систему предложить? И вот именно при работе над фундаментальным учебником "Основы химии" Менделеев и открыл периодический закон химических элементов. История великих открытий часто обрастает всяческими мифами и сказочными преданиями. Так было и с периодическим законом Д.И. Менделеева. Говорили, что этот закон Дмитрий Иванович открыл во сне. Конечно, это преувеличение, которое нельзя понимать в прямом смысле. А появилась эта легенда потому, что Менделеев долго и напряженно обдумывал возможность систематизации химических элементов, причины их химического сходства при различии физических свойств, пытался составить системную картотеку элементов с помощью картонных карточек, на которые он заносил известные свойства и характеристики элементов и их соединений. К началу 60-х годов 19 века проблема классификации элементов уже активно обсуждались некоторыми учёными-химиками. Уровень достигнутых знаний был достаточно высокий для решения этой проблемы, уже появилось понятие валентности, отрабатывались методы определения атомного веса и т.д. Для решения проблемы классификации химических элементов нужен был ученый, который обладал бы не только всей полнотой знаний, накопленных в химической науке того времени, но ещё широтой мышления и гениальной интуицией. Таким учёным и был тогда Д.И. Менделеев. Открытие периодического закона было не случайной удачей Менделеева, а результатом его огромной и целеустремлённой умственной работы, плодом его обширных знаний и научной интуиции. Просто так "присниться" Дмитрию Ивановичу периодическая таблица не могла.

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". Он разослал этот листок в марте 1869 г. многим русским и иностранным химикам. Сообщение об открытой Менделеевым взаимосвязи между свойствами элементов и их атомными весами сделал от имени Менделеева 18 марта 1869 г. на заседании Русского химического общества Н.А. Меншуткин. Профессор Меншуткин был другом Менделеева. Сам Дмитрий Иванович в эти дни был в срочной командировке на одном из химических заводов.

Учёные, которые до Менделеева делали попытки 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 был убежден, что существует объективный закон, которому подчиняются все многообразные по свойствам химические элементы. Менделеев установил связь между массой атома и химическими свойствами соответствующего элемента и его соединений. Все известные в то время 63 элемента были расположены в порядке, установленном самой природой. Менделеев первым понял, каков должен быть порядок этого расположения: "Свойства простых тел, также форма и свойства соединения элементов находятся в периодической зависимости от величины атомных весов элементов".

Ещё при разработке периодической системы Менделеев предсказал существование более десяти неизвестных химических элементов в дополнение к тем 63, которые были известны в его время. А ведь в то время наука ещё не имела ясного представления о строении атома и, тем более, о характере ядерных превращений. Поэтому можно только восхищаться глубиной научной мысли и способностью предвидения великого ученого. Почти все его предсказания, связанные с периодическим законом, блестяще подтвердились уже при его жизни.

В классическом труде "Основы химии" Менделеев впервые изложил неорганическую химию на основе периодического закона. О значении и ценности этого учебника говорит такой факт: "Основы химии" при жизни Менделеева выдержали восемь изданий на русском языке и несколько изданий на иностранных языках.