Дмитро Менделєєв, його таблиця, горілка та нафтопереробка

День народження найвідомішого у світі російського хіміка

8 лютого виповнилося 189 років від дня народження (а 2 лютого - 116 років від дня смерті) Дмитра Менделєєва. Його пам'ятають насамперед як автора періодичної таблиці хімічних елементів (цілком заслужено), а також винахідника горілки (помилково). Наступними за популярністю заслугами Дмитра Івановича можна назвати написання перших російських підручників з хімії, створення теорії розчинів та розвиток фізики газів.

Фото: М.М.Шульц / Wikipedia

Фото: М.М.Шульц / Wikipedia

Усього ж за своє життя Менделєєв випустив понад 1,5 тис. праць, що стосуються різних областей: від метеорології та технологій перегонки нафти до повітроплавання і кораблебудування, від освоєння Крайньої Півночі до викриття спіритизму. "Ъ-Наука" згадує найважливіші - і деякі інші - з численних досягнень великого російського вченого.

Перші російські підручники з хімії

"Органічна хімія", написана Дмитром Івановичем і опублікована в 1861 петербурзьким видавництвом "Громадська користь", стала фактично першим російським підручником з цієї дисципліни. На той момент Менделєєв, який мав за плечима випуск із Головного педінституту із золотою медаллю та два роки стажування у Гейдельберзі (Німеччина), приват-доцентом по кафедрі хімії читав лекції у Санкт-Петербурзькому університеті.

При написанні підручника Менделєєв не переказував інші навчальні посібники і слідував якимось навчальним курсам, оскільки таких на той час просто не існувало. Власне, цим і було продиктовано необхідність складання цього керівництва."Складаючи "Органічну хімію", я хотів поповнити відчутний у нас недолік у навчальних посібниках з цієї галузі науки", - зізнавався автор у післямові до свого підручника.

Цікаво, що праці Олександра Бутлерова, згодом визнаного основоположником теорії будови органічних сполук, на відміну робіт багатьох інших російських учених, у менделєєвському підручнику не згадані. Справа в тому, що на той час бутлерівська теорія, хоч і вже була сформульована, не встигла отримати ще загального визнання. Сам Менделєєв тоді з її положеннями не погоджувався, та й до школи «структуристів» загалом ставився несхвально.

Втім, це не завадило Бутлерову дати такий приємний відгук на працю свого великого сучасника: «Це єдина і чудова оригінальна російська праця з органічної хімії, лише тому невідома в західній Європі, що йому ще не знайшовся перекладач». Він був не єдиним, хто високо оцінив посібник: Академія наук удостоїла Менделєєва Демидівської премії.

У 1869–1871 роках Менделєєв кількома частинами опублікував посібник «Основи хімії» — цей посібник став першим систематизованим викладом загальної (тобто неорганічної) хімії. Дмитро Іванович на той момент мав звання професора та керував у Петербурзькому університеті власною кафедрою (загальною хімією). Складання чергового підручника почалося знову ж таки з того, що Менделєєв не знайшов готового курсу на предмет, який можна було б рекомендувати студентам.

Таблиця, що не приснилася

Працюючи над «Основами хімії», Дмитро Іванович зіткнувся із труднощами, намагаючись систематизувати та визначити послідовність викладу матеріалу, що описує хімічні елементи.У той час вже широко визнавалося існування груп та сімейств елементів, ось тільки зв'язок їх між собою не було встановлено. Менделєєв знайшов її, розташувавши відомі на той момент 56 елементів за зростанням їхньої атомної ваги (відносною атомною масою це стали називати пізніше). Вперше таблицю Менделєєва було надруковано у першому виданні «Основ хімії» 27 березня 1869 року.

На основі графічної системи, що вийшла, Дмитро Іванович зробив висновок про те, що «властивості елементів, а тому і властивості утворених ними простих і складних тіл стоять у періодичній залежності від їх атомної ваги». У такому формулюванні (її остаточний варіант Менделєєв представив 1872-го) періодичний закон хімічних елементів подався не менше 40 років, після чого модернізувався — згідно з останніми науковими відкриттями, зокрема, появою квантової механіки. Сьогодні замість «атомних ваг» у законі йдеться про «величини зарядів атомних ядер».

Загальне беззастережне визнання періодичний закон отримав у 1880-х роках, після того, як були відкриті елементи галій (1875), скандій (1879) та германій (1886). Їх існування та властивості Менделєєв передбачив на основі своєї таблиці у 1870 році (щоправда, назви він пропонував інші: екаалюміній, екабор та екасіліцій).

Легенда про те, що періодична таблиця елементів з'явилася Дмитру Івановичу уві сні, набула поширення ще за його життя. Власне, з'явилася вона як поверхнева інтерпретація його власних спогадів: «Запідозривши про існування взаємозв'язку між елементами ще в студентські роки, я не втомлювався обмірковувати цю проблему з усіх боків, збирав матеріали, порівнював і зіставляв цифри.Нарешті настав час, коли проблема дозріла, коли рішення, здавалося, ось-ось готове скластися в голові. Як це завжди бувало в моєму житті, передчуття близького вирішення питання, що мучило мене, привело мене в збуджений стан. Протягом кількох тижнів я спав уривками, намагаючись знайти той магічний принцип, який одразу впорядкував би всю купу накопиченого за 15 років матеріалу. І ось одного чудового ранку, провівши безсонну ніч і зневірившись знайти рішення, я, не роздягаючись, приліг на диван в кабінеті і заснув. І уві сні мені виразно представилася таблиця. Я тут же прокинувся і накидав побачену уві сні таблицю на першому ж клаптику паперу, що підвернувся під руку».

Згодом Менделєєв виявився незадоволений тим, як зрозуміли ці його слова. «Я над нею, може, 25 років думав, а ви вважаєте: сидів, і раптом п'ятак за рядок, п'ятак за рядок, і готове!» - обурювався вчений в інтерв'ю газеті «Петербурзький листок».

Інші фундаментальні відкриття та винахід горілки

Фундаментальний внесок Менделєєва в науку не обмежується лише періодичною таблицею і відповідним законом. Наприклад, у роботі «Про температуру абсолютного кипіння», написаної в німецькому відрядженні 1860-го, Дмитро Іванович ввів поняття критичної температури і сформулював перші уявлення про те, що сьогодні називається критичним станом речовини.

У докторській дисертації «Про з'єднання спирту з водою», захист якої у 1865-му приніс йому професорське звання, Менделєєв зробив висновок про існування трьох варіантів асоціації молекул спирту та води, які стають стабільними за певних концентрацій розчину: одна молекула спирту з трьома молекулами води при 46% вмісту спирту (за масою), три молекули спирту з однією молекулою води у «міцнішому» варіанті і одна молекула спирту з 12 молекулами води — у більш слабкому.

Ця праця започаткувала не лише легенду про те, що Менделєєв винайшов горілку (це абсолютна неправда: хоч би що писали на етикетках деякі виробники, горілка з'явилася задовго до Дмитра Івановича), а й його подальшим роботам у галузі теорії розчинів. (Виконані в період 1865-1887 років) така теорія в принципі з'явилася.

Справа в тому, що сучасники Менделєєва вважали, ніби розчини - це фізичні утворення, що виходять в результаті диспергування (тобто розсіювання) розчиненої речовини в індиферентному середовищі розчинника. розчинення, зокрема описавши утворення сполук, що змінюють свій склад зі зміною температури та концентрації.

У 1871–1875 роках Менделєєв досліджував пружність та розширення газів — а конкретніше, їхню стисливість та термічний коефіцієнт розширення у широкому інтервалі тисків.Ключовим висновком стало рівняння стану ідеального газу, що описує залежність між його тиском, молярним об'ємом та абсолютною температурою. Залежність стану газу від температури, відкрита французом Бенуа Полем Емілем Клайпероном 1834-го, виявилася окремим випадком цього рівняння. Нарешті, у ньому Менделєєв запровадив універсальну газову постійну, яка зіграла важливу роль подальшому розвитку фізики газів і термодинаміки.

Повітроплавання та викриття спіритизму

У жовтні 1875 року Менделєєв виступав на засіданні Російського фізичного товариства при Петербурзькому університеті з першим в історії проектом стратосферного аеростату - керованого аеростата, оснащеного герметичною гондолою, здатного досягати верхніх шарів атмосфери (з метою вивчення). Політати на такому Дмитру Івановичу не довелося — уперше стратосфери людство досягло лише 1931-го в особі швейцарця Огюста Пікара, який зібрав стратостат за власним проектом. Втім, 1887-го Менделєєв все ж таки піднімався в повітря — на аеростаті «Російський» — для спостереження повного сонячного затемнення та вивчення сонячної корони.

У 1875–1876 роках Дмитро Іванович перебував у комісії з розслідування медіумічних явищ, створеної Російським фізичним суспільством для послідовного викриття спіритизму, що на той час перебував на піку моди. Свої висновки комісія підсумувала в такий спосіб, що «спіритичні явища походять від несвідомих рухів чи свідомого обману, а спіритичне вчення є забобони». Втім, популярності медіумів та спіритичних сеансів це не зменшило.Менделєєв же відтоді став час від часу читати платні викривальні лекції, дохід від яких жертвував на різні види благодійності: допомогу слов'янам Боснії та Герцеговини (вони тоді вели визвольну боротьбу проти османського панування), підтримку нужденних літераторів і вчених, організацію .

Російська Північ, криголам, бездимний порох і метрологія

У 1905 році в листуванні з міністром фінансів Сергієм Вітте Менделєєв, узагальнюючи всі свої досягнення, розповідав про три служби батьківщині: «Плоди моїх праць — насамперед у науковій популярності, що становить гордість — не одну мою особисту, а й загальну російську. Найкращий час життя і його головну силу взяло викладання… Третя служба моєї Батьківщині найменш видно, хоча турбувала мене з юних років і досі. Це служба в міру зусиль і змогу користь зростання російської промисловості…»

Важливою частиною «третьої служби» стали близько 40 робіт Дмитра Івановича щодо питань освоєння Крайньої Півночі. Зокрема, він пропонував маршрут Північного морського шляху та обґрунтовував його економічну доцільність. Сам будучи сибіряком за народженням (походив із Тобольська), Менделєєв наполягав, що «багатства Росії приростатимуть Сибіром». Проблема полягала в тому, що у світі не існувало суден, здатних долати арктичні льоди, а з комерційно доцільною регулярністю й поготів.

Захопившись її дозволом, Менделєєв взяв участь у проектуванні першого у світі криголама арктичного класу, тобто здатного форсувати важкі криги Заполяр'я.Судно отримало назву «Єрмак», було побудоване на верфі британського підрядника Armstrong Whitworth в Ньюкаслі до 1898 року, зіграло роль в освоєнні Льодовитого океану, пройшло Першу світову та Велику Вітчизняну війни і водило каравани Севморшляхом аж до початку 1960 року.

У 1892 році, працюючи консультантом науково-технічної лабораторії Морського міністерства, Менделєєв винайшов універсальний варіант бездимного пороху - «піроколодій». Щоправда, так сталося, що у Першу світову Росії довелося закуповувати цей порох у США. Розвитку вітчизняних пошуків на той час часто воліли придбання іноземних привілеїв і патентів, і, користуючись таким потуранням, співробітники американського військового відомства роздобули рецептуру, запатентували її в себе і успішно налагодили постачання в Росію.

«Наука починається з того часу, як починають вимірювати,— говорив Дмитро Іванович, додаючи: — Точна наука немислима без міри». Метрологічними дослідженнями він займався, здається, всю свою наукову кар'єру, що видно хоча б за його докторською дисертацією щодо суміші спирту з водою, висновки якої були б неможливими без прецизійної (вище 0,01%) точності вимірювань.

1892-го Менделєєва призначили хранителем Депо зразковим гир і терезів, яке він роком пізніше перетворив на Головну палату заходів та терезів. Її директором він залишався до кінця життя. Нині це Всеросійський НДІ метрології ім. Д. І. Менделєєва.

У 1899 році імператор Микола II затвердив «Положення про заходи та ваги», проект якого розробив Дмитро Іванович.Згідно з цим документом, у Російській імперії вперше допускалася до застосування метрична система заходів (щоправда, тут Менделєєв трохи недотиснув — як обов'язковий її запровадив лише радянський уряд 1918-го).

Теоретик нафти, що зароджується.

Менделєєва пам'ятають ще і як головного теоретика російської нафтової промисловості на етапі її становлення. Вперше зацікавився цією тематикою Дмитро Іванович у 1862-му, складаючи «Технічну енциклопедію». вільний від читання лекцій час потрібно було кудись подіти.

У 1863 році Менделєєва як експерта з хімії запросили на нафтопереробний завод у Сураханах (поблизу Баку), щоб він допоміг привести підприємство до ладу: воно зазнавало збитків, незважаючи на впровадження новітньої технологічної схеми німецького хіміка Юстуса фон Лібіха Дослідивши виробництво, Дмитро безперервної (цілодобової) нафтоперегонки, перекачування сировини та продуктів між нафтозбірним пунктом, заводськими резервуарами та пристанню трубопроводами (раніше нафту возили в дерев'яних бочках), а також організації танкерних перевезень по воді (до того гас сплавляли на баржах у тих же дерев'яних бочках).

Позбавивши таким чином підприємство від величезних витрат на складське зберігання, бочкотару та багаторазове перевантаження продукту (що кілька разів перевищували заводську собівартість гасу), Менделєєв вивів його на прибуток.Лише 1873-го астраханські судновласники Артем'єви побудували, згідно з проектом Менделєєва, судно з трюмною цистерною і здійснили перше в історії нафтоналивне перевезення.

Дмитро Іванович займався розвитком вітчизняної нафтової справи до кінця життя, в тому числі, набувши національну та світову популярність, за урядовими дорученнями. Півдня Росії та США (в урядовому відрядженні за океан у 1876-му), а також працював над безліччю суміжних питань: від забезпечення пожежної безпеки нафтопромислів до таких регуляторних проблем, як оподаткування галузі та держпідтримка будівництва нових нафтозаводів.

Як батько вітчизняних мастил залишився без Нобелівки.

Ще в 1860-х Менделєєв пропонував будівництво нафтопроводів і обґрунтовував можливість доставки таким способом нафти з Півдня Росії до центральних регіонів. все ж таки почали будувати, щоправда, лише до 1880 року (проектував та керував їх будівництвом Володимир Шухов).

Інший епізод конфлікту Менделєєва з Нобелями розігрався у 1881-му. з цих залишків мастила. Нобель ідею запроваджувати відмовився.Втім, інший великий нафтопромисловець Віктор Рагозін зробив на ній значну частину свого статку.

Мастильні масла «Товариства В. І. Рагозін і Ко», виготовлені за менделєєвською технологією, широко продавалися як у Росії, так і за кордоном, регулярно завойовуючи золоті медалі на міжнародних виставках по всій Європі. Згодом Рагозін, спираючись на винаходи Дмитра Івановича, налагодив промисловий випуск бензолу, толуолу, ксилолу та антрацену. Рагозинський завод, на якому все це відбувалося, діє до сьогодні — сьогодні це Ярославський дослідно-промисловий нафтомаслозавод імені Менделєєва, найстаріше в країні нафтопереробне підприємство.

Неприязнь, яку Менделєєв мав до братів Нобель (за те, що вважав хижацьким монополізмом), часто пояснюють той факт, що Нобелівська премія йому так і не дісталося, незважаючи на три висування у 1905, 1906 та 1907 роках. Цікаво, що номінували його щоразу закордонні колеги — серед номінаторів не було жодного співвітчизника.