170-летие Д.И. Менделеева - 135-летие Периодического закона

   В январе 1834 г. в семье директора Тобольской гимназии Ивана Павловича Менделеева и его жены Марии Дмитриевны (урожденной Корнильевой) родился четырнадцатый ребенок, которого нарекли Дмитрием. А тридцать пять лет спустя, в феврале-марте 1869 г., профессор химии Санкт-Петербургского Императорского университета Дмитрий Иванович Менделеев сообщил российскому и мировому научному сообществу об открытии им Периодического закона, одного из крупнейших в истории естествознания обобщений.

Магия цифр, определяющих даты упомянутых событий такова, что они всегда, каждые пять-десять лет сливаются в одно — юбилейное. В былые годы своими статьями это событие отмечал на страницах газеты «Наука Урала» профессор УрГУ им. А.М. Горького В.П. Кочергин, причем каждый раз публикуя все новые факты. Воистину тема Периодического закона необъятна. Мысль о том, что закономерность и система тем естественнее, чем менее схожие между собой компоненты она в себе объединяет, в той или иной форме повторяется в эпистолярном наследии самого Д.И Менделеева.

Сейчас Вениамина Павловича Кочергина уже нет среди нас, и химики пропустили это событие. Зато философы под руководством доктора философских наук Ю.И. Мирошникова провели серию семинаров, посвященных юбилейному событию. Философия имеет определенные права на Д.И. Менделеева. В 1903 г. (к юбилею определения Дж. Дальтоном понятия об атомах) Дмитрий Иванович указывал, что понятие об атомах объединяет при посредстве химии философию природы. И сама периодическая система элементов представляет собой полигон, на котором с большой полнотой реализуются законы диалектики.

Заключительный философский семинар-конференция, проходивший 5 февраля в актовом зале Института химии твердого тела УрО РАН, собрал несколько десятков аспирантов разных специальностей. Заслушано пять или шесть докладов в женском исполнении. В живой дискуссии без особого успеха инициативу пытались перехватить аспиранты-мужчины. Не зря Д.И. Менделеев и его друг химик и композитор А.П. Бородин были большими поборниками женского химического образования!

Акцент в докладах и дискуссии в основном ставился на фактах биографии, личностных качествах, энциклопедичности Д.И Менделеева. Меньше повезло собственно Периодическому закону, его химическим и философским аспектам. Это и понятно — слишком разнородным был состав участников семинара-конференции. Тем не менее одна из аспиранток, отнюдь не химической специальности, озадачила всех вопросом — как же все-таки Д.И. Менделеев сумел создать такую красивую и логичную систему, способную захватить воображение представителей разных специальностей?

Вопрос серьезный. Ведь доказательство истинности результата научного исследования происходит через разрешение противоречия между личностным характером получения научного результата и общественным характером признания его достоверности. При этом научная общественность проявляет себя практически всегда достаточно консервативно. Приблизительно в те же годы, что и Д.И. Менделеев, вопросами сопоставления свойств элементов с их атомными весами занимались англичане Олдинг и Ньюлендс. Во время доклада последнего на заседании Лондонского Королевского общества физик Фостер задал издевательский вопрос — почему бы не расположить элементы по алфавиту? В итоге Ньюлендсу было отказано в публикации. Как же Д.И. Менделееву удалось избежать подобных коллизий?

Рассмотрим вехи, которыми могут быть обозначены этапы работы Д.И. Менделеева над созданием Периодического закона и таблицы. При этом обратим особое внимание на непосредственное участие Д.И. Менделеева в оформлении химии в качестве отдельной научной дисциплины, создании общественных институтов для рассмотрения результатов химических исследований (Русское химическое общество, журнал РХО), а также в прогнозировании открытия новых элементов. Вот эти вехи — и триумфальное шествие закона — вплоть до наших дней.

1.      Роль массы тел, открытая И. Ньютоном в 1803 г., в относительном выражении перенесена Д. Дальтоном на химические элементы и их атомы.

2.      Открытие основных законов химии (постоянства состава, кратных отношений, сохранения вещества), позволивших рассматривать свойства химических соединений в единой системе, определять относительные атомные массы элементов и молекулярные массы их соединений. Открытие явления изоморфизма кристаллов химических соединений.   

3.      Открытие новых элементов и определение их атомных масс и химических свойств (Х. Дэви, Я. Берцелиус и др.).

4.      Открытие Ш. Жераром гомологических рядов органических соединений, постоянной гомологической разницы СН2 и предела насыщения углерода водородом.

5.      Международный химический конгресс в Карлсруэ (1860 г.), в котором участвовал Д.И. Менделеев. На конгрессе химия окончательно была оформлена в качестве отдельной научной дисциплины, даны определения понятий атома, молекулы, элемента, эквивалента, согласованы и утверждены значения атомных масс известных элементов.

6.      Подготовка Д.И. Менделеевым в 1862–1863 гг. курса органической химии и глубокая проработка взглядов Ш. Жерара.

7.      Подготовка Д.И. Менделеевым курса неорганической химии с необходимостью систематического изложения свойств химических элементов (1868–1869 гг.). Сопоставление свойств элементов и их соединений (плотность, пределы насыщения водородом и кислородом, изоморфизм кристаллов) со значениями соответствующих относительных атомных масс элементов. Открытие явления периодичности, Периодического закона. Д.И Менделеев оформляет «Опыт системы элементов, основанный на их атомном весе и химическом сходстве» в виде типографски оформленной таблицы и рассылает ее в адреса 100 ведущих химиков мира (февраль-март 1869 г.).

8.      Формирование в России институтов признания достоверности результатов химических исследований. 1868 г. — организация Русского химического общества с ежемесячными заседаниями. На одном из первых заседаний химики объявили благодарность Д.И. Менделееву и Н.А. Меншуткину за их организационные усилия. А на мартовском заседании 1869 г. Н.А. Меншуткин сделал сообщение об открытии Д.И. Менделеевым явления периодичности и Периодического закона. С 1869 г. начал выходить журнал РХО (главный редактор Н.А. Меншуткин). В журнале были опубликованы статьи Д.И. Менделеева с подробным изложением открытого им Периодического закона с вариантами таблицы и прогнозом не известных пока элементов (экаалюминий, экабор и экасилиций). Приведенные выше институты позволили Д.И. Менделееву преодолеть определенный скептицизм в отношении Периодического закона со стороны таких членов научного сообщества,  как Н.Н. Зимин, В.В. Марковников, А. Кольбе.

9.      Внутридисциплинарные подтверждения. В 1875 г. Э.Ф. Лекок де Буабодран открывает предсказанный Д.И. Менделеевым экаалюминий и называет его галлием. В 1879 г. Л.Ф. Нильсен открывает предсказанный Д.И. Менделеевым экабор и называет его скандием. В 1886 г. К.А. Винклер открывает предсказанный Д.И. Менделеевым экасилиций и называет его германием. Поступает масса внутридисциплинарных подтверждений, связанных с уточнением атомных масс и химических свойств элементов.

10.     Междисциплинарные подтверждения 1904–1915 гг. Планетарная модель атома, теория строения атома (Э. Резерфорд, Н. Бор). Академик Я.Б. Зельдович точно подметил, что Д.И. Менделеев, изучая химические закономерности, предсказал путь исследований физической картины строения атома. В 1913 г. Г. Мозли в физическом эксперименте показал, что атомный номер элемента в Периодической таблице есть не что иное как заряд ядра атома этого элемента.

В 1971 г. Ю.Б. Румер и А.И. Фет математически вывели структуру Периодической системы элементов на основании общих принципов симметрии без учета модели атома.               

В заключение можно отметить широчайшее научно-практическое применение Периодического закона и периодической системы элементов, когда для всех вновь открываемых элементов находилось место в системе. Нашлось оно и для искусственно полученного элемента №101, названного «Менделевий». Это ли не признание заслуг и вклада Д.И. Менделеева в мировую науку?

Э. ПОЛЯК,
кандидат химических наук