Що колекціонував Менделєєв

Портал створений за підтримки Федерального агентства з друку та масових комунікацій.

Дмитро Іванович Менделєєв та його відкриття

Академік Дмитро Пущаровський, декан геологічного факультету МДУ ім. М. Ст. Ломоносова

Генеральна Асамблея ООН оголосила 2019 Міжнародним роком Періодичної таблиці хімічних елементів.

Генеральна Асамблея ООН оголосила 2019 Міжнародним роком Періодичної таблиці хімічних елементів. Пов'язано це з тим, що у році відзначається 150-річчя її першої версії, створеної видатним російським хіміком Д. І. Менделєєвим (1834-1907). Він відправив свою таблицю до друку 17 лютого 1869 року і одночасно розіслав її своїм колегам у Росії там.

Д. І. Менделєєв. Рукопис «Досвід системи елементів, заснованої на їхній атомній вазі та хімічній схожості». 17 лютого 1869 року.

Перший варіант періодичної системи елементів Д. І. Менделєєва, розісланий ним перед доповіддю деяким членам Російського хімічного товариства та поміщений на початку першого видання «Основ хімії» у 1869 році.

Учасники 57 з'їзду Британської асоціації сприяння розвитку наук. Манчестер, 1887 рік. Сидять (зліва направо): Н. А. Меншуткіна, Д. І. Менделєєв, Г. е.. Роско; стоять: Дж. П. Джоуль, президент Асоціації (крайній ліворуч), До. Шорлеммер (другий праворуч), У.

У зв'язку з ухваленим ООН рішенням нерідко виникає питання про те, наскільки актуально сьогодні обговорювати події, пов'язані з відкриттям Менделєєва. У світі вважають, що це найбільше відкриття, як і раніше, сприяє розвитку багатьох наук. Дослідники і зараз шукають відповідь на багато природних загадок, використовуючи Періодичну таблицю.Крім того, вивчаючи матеріали, пов'язані з її створенням, часом бачиш абсолютно нелінійний процес того, як робиться наука. Саме це значною мірою є метою розповіді про саму таблицю, час, в який вона створювалася, та її автора.

Дмитро Іванович Менделєєв народився сім'ї директора Тобольської гімназії Івана Павловича Менделєєва і Марії Дмитрівни Корнильевой, дочки небагатого сибірського поміщика, 27 січня (8 лютого) 1834 року. У сім'ї він був сімнадцятою дитиною. У дитинстві Дмитро Іванович не вирізнявся особливим старанністю в навчанні. У гімназії він мав дуже скромні оцінки з латинської мови та Закону Божого. Охоче ​​він займався лише математикою та фізикою. Його батько помер, коли Дмитру було 10 років. Матері його дістався невеликий скляний завод, яким вона керувала під час навчання сина у гімназії. 1849 року, коли Дмитро закінчував гімназію, завод згорів, і сім'я переїхала спочатку до Москви, а потім до Петербурга.

Менделєєву не відразу вдалося продовжити освіту, але все ж таки в 1850 році він був прийнятий на відділення природничих наук фізико-математичного факультету Головного педагогічного інституту Петербурга. Втім, і тут продовжилися проблеми з навчанням. На першому курсі він примудрився провалити всі предмети, крім математики. Перелом стався наприкінці навчання. У 1855 році за відмінний атестат Менделєєв отримав золоту медаль, а заразом і направлення на посаду старшого викладача гімназії в південне місто - Сімферополь. Тут він познайомився з Миколою Івановичем Пироговим, російським хірургом, натуралістом і педагогом, професором, основоположником військово-польової хірургії.Проте невдовзі через Кримську війну перевівся до Одеси, де працював учителем у Рішельєвському ліцеї.

У 1856 році Менделєєв повернувся в Петербург і в університеті захистив дисертацію на ступінь магістра хімії. Там же він почав працювати і читати курс органічної хімії. захистив докторську дисертацію. очолив кафедру неорганічної хімії Петербурзького університету.

Збереглися відомості, що вчителем літератури Дмитра Івановича в Тобольській гімназії був відомий згодом поет Петро Павлович Єршов, автор знаменитого «Конька-Горбунка». Але відносини між подружжям не складалися, і цей шлюб у 1881 році завершився розлученням. Друга дружина, Ганна Іванівна Попова, була молодшою ​​за свого чоловіка на 26 років. Академії мистецтв. Опускаючи багато подробиць цього роману, згадаю лише, що Менделєєв принаймні два рази переривав свою роботу в університеті і їздив до неї до Італії. вінчатися знову. Однак у квітні 1882 року, всупереч цьому рішенню, священик Адміралтейської церкви на прізвище Куткевич за десять тисяч рублів повінчав Менделєєва та Попова.

Від двох шлюбів народилося семеро дітей.Одна з його дочок, старша від другого шлюбу, Любов Менделєєва стала дружиною великого поета Срібного віку Олександра Блоку.

У Петербурзькому університеті Дмитро Іванович Менделєєв працював до 1890 року, і саме з цим періодом пов'язано найважливіше його відкриття — створення Періодичної таблиці хімічних елементів. Готуючи лекційний курс під назвою "Основи хімії", Менделєєв помітив певну періодичність у властивостях хімічних елементів. Ця закономірність особливо яскраво проявилася, коли він розташував елементи відповідно до їх атомних мас, навіть незважаючи на те, що деякі ці значення потребували коригування. Крім того, саме на основі цього підходу стало обґрунтованим пророцтво деяких, тоді ще невідомих, хімічних елементів.

Історія не дає однозначної відповіді на низку питань, пов'язаних із закінченням роботи над першою версією Періодичної таблиці. Відомо, що у понеділок, 17 лютого 1869 року, Менделєєв завершив розробку рукописної версії таблиці «Досвід системи елементів, заснованої на їхній атомній вазі та хімічній схожості». Необхідна додаткова інформація містилася у статті, що була написана в останній декаді лютого та опублікована також у 1869 році у «Журналі Російського хімічного товариства».

З самого початку Менделєєв виразно усвідомлював, що для його відкриття потрібне міжнародне визнання. Тому ще у лютому він розіслав свою таблицю західноєвропейським колегам. Крім того, 6 (18) березня 1869 знаменита доповідь Менделєєва з тією ж назвою, що і стаття, була прочитана першим редактором журналу РХО професором Миколою Олександровичем Меншуткіним на засіданні Російського хімічного товариства.Ось як про це писав Дмитро Іванович у 1905: «На початку 1869 р. я розіслав багатьом хімікам на окремому листку “Досвід системи елементів, заснованої на їхній атомній вазі та хімічній схожості”, а у березневому засіданні 1869 р. повідомив Російському хімічному суспільству "Про співвідношення властивостей з атомною вагою елементів"».

У цій фразі не уточнюється, чому сам автор не виступив зі своєю доповіддю. За деякими відомостями, ще 17 лютого він мав відправитися в поїздку для обстеження артельних сироварень у Тверській губернії. Від'їзд не відбувся тому, що цей день став днем ​​«відкриття Періодичного закону» і поїздку перенесли на початок березня. Менделєєв припускав принагідно заїхати до своєї садиби Боблово, де в цей час йшла робота з реконструкції його будинку. В інших записах того часу зазначається, що доповідь була прочитана особисто Д. І. Менделєєвим. Але всі ці деталі відступають на другий план порівняно із завершеною роботою.

Розвитком вчення про періодичність Менделєєв займався до кінця 1871 року, крок за кроком розробляючи «природну систему хімічних елементів». У той рік він особисто відвідав ряд висококласних хімічних центрів, де виступив із розповіддю про свою роботу, постійно покращуючи її першу версію. Можливо, що відкриття Періодичного закону стало одним із прикладів, що дозволили нобелівському лауреату 1963 року, американському фізику угорського походження Юджину Вігнеру у своїй нобелівській лекції, присвяченій структурі атомних ядер, сформулювати філософію наукового пошуку.За його словами, «наука починається тоді, коли серед доступних природних явищ виявляються логіка, узгодженість і закономірність, що дозволяють запропонувати їхнє пояснення шляхом створення концепції або дати їхню інтерпретацію природним чином».

Як це часто буває з важливими відкриттями, для яких настав час, низка вчених у різних країнах приблизно в цей же період також дійшли висновку про періодичність у системі хімічних елементів. Найбільш відомі серед них Лотар Мейєр (1830—1895), який працював у Німеччині, та англійський хімік Джон Ньюлендс (1837—1898). Про них я розповім трохи пізніше, а зараз особливо слід згадати італійського хіміка Станіслао Канніццаро ​​(1828-1910). Його доля дуже непроста. Здобувши освіту в університетах Палермо та Пізи, він взяв участь у народному повстанні на Сицилії, після придушення якого був засуджений до страти. Якийсь час Канніццаро ​​прожив на еміграції і тільки після цього почав роботу в ряді італійських університетів. У 1871 він був обраний в італійський Сенат, пізніше став його віце-президентом. Як член ради народної освіти курирував наукову освіту в Італії.

Головною науковою заслугою Канніццаро ​​стала запропонована ним система основних хімічних понять. Саме він встановив найбільш точні для того часу величини атомних терезів, що надалі, очевидно, сприяло відкриттю Періодичного закону хімічних елементів. Свою теорію Канніццаро ​​виклав у брошурі, яку особисто роздав учасникам Міжнародного хімічного конгресу у Карлсруе у 1860 році, серед яких були Д. І. Менделєєв і вже згаданий Юліус Лотар Мейєр.

У зв'язку з цим слід нагадати, що Юліус Лотар Мейєр — німецький хімік, іноземний член-кореспондент Петербурзької академії наук з 1890 року — по-своєму прагнув навести лад у системі хімічних елементів. На його батьківщині, у місті Фарель (Нижня Саксонія), встановлено меморіал із трьома скульптурними портретами: Мейєра, Менделєєва та Канніццаро.

У 1864 році Мейєр опублікував таблицю, що містила 28 елементів, розміщених у шість стовпців відповідно до їх валентностей. Очевидно, що ця таблиця вказує на близькість властивостей обмеженого числа хімічних елементів, які розташовані у вертикальних стовпцях. Саме з цією метою і було обмежено їхнє число. Менделєєв писав, що таблиця Л. Мейєра являла собою лише просте зіставлення елементів за валентністю, що вважалася їхньою корінною властивістю. Зрозуміло, що валентність не є єдиною постійною для окремого елемента, тому така таблиця не могла претендувати на повноцінний опис елементів і не відображала властивий їх розподілу періодичний закон. Лише через півроку після першого варіанта таблиці Менделєєва, в 1870 році, Мейєр опублікував роботу «Природа елементів як функція їхньої атомної ваги», що містила нову таблицю та графік залежності атомного об'єму елемента від атомної ваги.

Приблизно одночасно з публікацією Меєр таблиці хімічних елементів відповідно до їх валентності англійський хімік Джон Ньюлендс запропонував свій варіант періодичної системи елементів. Почалося з того, що на початку 1864 Ньюлендс прочитав статтю, в якій стверджувалося, що атомні ваги більшості елементів з більшою або меншою точністю кратні восьми. Думка автора була помилковою, проте Ньюлендс вирішив продовжити дослідження у цій галузі.Він склав таблицю, в якій розташував усі відомі елементи в порядку збільшення їхньої атомної ваги. У статті, датованій 20 серпня 1864 року, він зазначив, що «в цьому ряду спостерігається періодична поява хімічно подібних елементів». Пронумерувавши елементи та зіставивши їх властивості, Ньюлендс зробив висновок: «Різниця в номерах найменшого члена групи і наступного за ним дорівнює семи; інакше кажучи, восьмий елемент, починаючи з цього елемента, є свого роду повторенням першого, подібно до восьмої ноти октави в музиці…» Ця містична музична гармонія в кінцевому рахунку скомпрометувала всю роботу, яка зовні дещо нагадувала Періодичну таблицю Менделєєва.

Через рік, 18 серпня 1865, Ньюлендс опублікував нову таблицю елементів, назвавши її «законом октав». 1 березня 1866 року він виступив із доповіддю «Закон октав та причини хімічних співвідношень серед атомних ваг» на засіданні Лондонського хімічного товариства, який не викликав особливого інтересу. Історія зберегла лише єхидне зауваження професора фізики Лондонського університетського коледжу Джорджа Фостера: «Чи не пробував доповідач розташовувати елементи в порядку початкових літер їх назв і чи не виявив при цьому якихось закономірностей?»

1887-го Лондонське Королівське товариство присудило Ньюлендсу одну з найпочесніших нагород того часу — медаль Деві, яка щорічно вручається з 1877 року за досягнення в хімії. Ньюлендс її отримав «за відкриття Періодичного закону хімічних елементів», хоча п'ятьма роками раніше, 1882-го, цієї нагороди були удостоєні Д. І. Менделєєв і Л. Мейєр «За відкриття періодичних співвідношень атомних ваг».Нагородження Ньюлендса виглядало дещо сумнівним, хоча незаперечною заслугою англійського вченого є те, що він справді вперше констатував факт періодичної зміни властивостей хімічних елементів, що знайшло відображення у «законі октав». За висловлюванням Д. І. Менделєєва, «…в цих працях видно деякі зародки Періодичного закону».

Тепер кілька прикладів того, як пов'язана періодична система з геологією і, перш за все, з науками про речовину земних оболонок. Всім зрозуміло, що мінералогія, постійно збагачуючи уявлення про мінерали і відповідно про хімічні елементи, що містяться в їхньому складі, сприяла створенню Періодичної системи. Сама ж система відразу вказала на низку вузьких місць у наукових уявленнях про хімічні елементи. Одним із перших результатів її використання був перегляд атомних ваг урану та рідкісноземельних елементів, а також їх переведення з двовалентних аналогів кальцію в групу тривалентних елементів. У наші дні значення цієї корекції стає дедалі очевиднішим. Споживання рідкісноземельних елементів лише у Росії становить понад дві тисячі тонн на рік. Приблизно 70% використовується в сучасній електроніці та фотоніці, тому в усьому світі йде полювання на цей вид мінеральної сировини.

Періодична таблиця будувалася як основі атомних терезів. У ній також були враховані властивості хімічних елементів. Завдяки цьому Менделєєв зміг передбачити екаалюміній (галій) та екасіліцій (германій). Обидва елементи незабаром відкрили — в 1876 і 1886 роках відповідно. Вони також дуже важливі в напівпровідникових технологіях, тому потреба в них дуже велика. Зрештою, слід згадати, що ще за життя Менделєєва було відкрито сімейство благородних газів.Це відкриття чітко дозволило відійти від аналогії періодів із музичними октавами і вказало виділення у таблиці октетів хімічних елементів із повторенням близьких властивостей на дев'ятому елементі. Варто додати, що, крім використання цих елементів у техніці, вони розглядаються як найважливіші компоненти глибинних оболонок газових гігантів.

Доповнення до таблиці пов'язані не лише з відкриттями нових хімічних елементів. Слід зазначити, що у Періодичної таблиці який завжди положення елемента, обумовлене його атомною вагою, повністю відповідало його хімічним властивостям, яким Менделєєв віддавав перевагу. Так постало питання: чи є у елемента більш фундаментальна властивість, ніж його атомна вага? У 1913 році, через шість років після смерті Дмитра Івановича Менделєєва, молодий англійський фізик Генрі Мозлі ввів уявлення про атомний номер елемента - позитивний заряд атомного ядра. Виконані Мозлі розрахунки атомних спектрів надалі призвели до відкриття чотирьох до цього невідомих елементів: гафнію, ренію, технецію та прометію.

Модель електронної будови атомів сприяла розумінню особливостей їхньої поведінки в геохімічних процесах. Зокрема, коли німецький мінералог Гуго Штрунц відкрив 1958 року перший галієвий мінерал галліт CuGaS₂, всі почали думати, що галій слід шукати у широко відомому халькопіриті CuFeS₂оскільки обидва мінерали мають однотипну структуру. Але це було абсолютно безуспішно. Причина полягає в тому, що у заліза в халькопіриті і галію в галліті різні зовнішні електронні оболонки. У галію вони містять 18 електронів, а в заліза — лише 13. Цей приклад показує, що Періодична система дозволяє багато чого зрозуміти в науці про рудні мінерали.

Велика роль Менделєєвської системи в мінералогії була одразу оцінена молодим професором МДУ Володимиром Івановичем Вернадським, який побудував наприкінці ХIХ століття таблицю ізоморфно елементів, що заміщаються — так звані ряди Вернадського. Радіуси атомів тоді ще не були відомі, і заміщення розглядалися лише всередині вертикальних рядів або груп Пері. Тому ряди Вернадського не зустріли визнання у мінералогів та геохіміків, а разом з цим йшла на другий план і сама Періодична система.

Положення докорінно змінилося після того, як Віктор Гольдшмідт у 1926 році сформулював правило для ізоморфних заміщень. Олександра Миколайовича Заварицького та Анатолія Георгійовича Бетехтіна не Сама Періодична система тепер, крім атомної ваги і порядкового номера елемента, доповнювалася значенням його іонного радіусу. . Їх ілюстрацією можуть служити: Li + - Mg2 + - Sc3 +, Na + - Ca 2+ - Th 4+; чому натрій і кальцій замінюють один одного в будь-яких пропорціях у польових шпатах - головних породоутворюючих мінералах земної кори.При цьому для збереження зарядового балансу гетеровалентний ізоморфізм протікає за схемою Na + + Si 4+ = Ca 2+ + Al 3+ . Далі на діагоналі розташований ітрій, а з ним і вся група рідкісних земель. У мінералах хімічні елементи цієї групи майже завжди пов'язані з кальцієм, і це, як уже зазначалося, спричинило те, що спочатку їм приписали валентність +2.

Загалом результати цих робіт розширили уявлення про періодичну зміну нових, раніше невідомих властивостей хімічних елементів — іонних радіусів, потенціалу іонізації та інших понять енергетичної кристалохімії.

Факти з життя Менделєєва говорять про те, що він був дуже різнобічною людиною, яку дуже багато захоплювало та цікавило. Одним із незвичайних його захоплень було виготовлення валіз. Його вироби відрізнялися високою якістю та добротністю. Секрет полягав у особливому рецепті приготування клейової суміші, який вчений винайшов сам. Усі купці Москви та Петербурга прагнули отримати валізи «від самого Менделєєва».

В останні роки життя Менделєєв багато зробив для відкриття першого університету в Сибіру, ​​Томську, сприяв відкриттю в Києві Політехнічного інституту. У 1866 році він став одним із творців першого в Російській імперії хімічного суспільства. У 1890 році Менделєєв був змушений залишити Петербурзький університет через підтримку студентського руху, пов'язаного з невдоволенням умовами життя і навчання, а також через розбіжності з міністром народної освіти. У 1892 році міністр фінансів С. Ю. Вітте запропонував Менделєєву стати хранителем Депо зразкових заходів та терезів, яке у 1893-му за ініціативою Дмитра Івановича було перетворено на Головну палату заходів та терезів.Він вважав за необхідне введення в Росії метричної системи заходів, яка на його наполягання в 1899 році в принципі була прийнята. На початку 1907 Д. І. Менделєєв захворів на запалення легень і незабаром помер. Він похований на Волковському цвинтарі у Санкт-Петербурзі.

Підсумовуючи деякий підсумок історії створення Періодичної таблиці хімічних елементів, необхідно ще раз підкреслити особливу пріоритетну роль Д. І. Менделєєва. Безперечно це було визнано міжнародною науковою спільнотою ще за його життя. У 1905 році він був удостоєний найвищої нагороди Лондонського Королівського товариства — медалі Коплі, що вручається з 1731 року, «За внесок у хімічні та фізичні науки». Менделєєв був обраний членом Лондонського Королівського товариства, а також членом Національної академії наук США та Королівської Шведської академії наук. 1876 ​​року Дмитро Іванович став членом-кореспондентом Петербурзької академії наук. Однак кандидатура Менделєєва в академіки в 1880 році була незаслужено відкинута, незважаючи на його міжнародну популярність і на те, що значною мірою завдяки ньому Петербург став визнаним центром хімії. Очевидно, що для нього це було дуже принизливо.

Менделєєв тричі висувався на Нобелівську премію: у 1905, 1906 та 1907 роках. Проте номінували його лише іноземці. Члени Імператорської академії наук під час таємного голосування неодноразово відкидали його кандидатуру. Щоразу його висували одна-дві людини, тоді як конкурентів номінували 20—30 вчених.Відомо, що Нобелівська премія дається насамперед за результати недавніх досліджень, тому виникали розбіжності: наскільки створення Періодичної таблиці можна вважати сучасною роботою? Одним з переконливих аргументів на користь її актуальності було абсолютно логічне розміщення в ній відкритих на той час шляхетних (інертних) газів. В 1905 Нобелівський комітет розглядав крім робіт Д. І. Менделєєва роботи двох інших хіміків: А. фон Байєра (Німеччина, органічна хімія) та А. Муассана (Франція, неорганічна хімія). У підсумку премію присудили фон Байєру. В 1906 Нобелівський комітет з хімії рекомендував Д. І. Менделєєва до присудження премії загальним зборам Королівської Шведської академії. Результати голосування на засіданні Комітету були 4:1 на користь Менделєєва. Єдиний голос був поданий за Муассан. За нього активно виступав член Нобелівського комітету Петер Класон. Він не применшував значення роботи Менделєєва, але дуже наполегливо підкреслював, що без отриманих Канніццаро ​​точних значень атомних ваг створення Періодичної таблиці було б навряд чи можливим. Він же і запропонував розглядати Менделєєва та Канніццаро ​​разом як кандидатів на Нобелівську премію. На перший погляд ця пропозиція була досить розумною. Проте розгляд Канніццаро ​​як кандидата на премію у 1906 році було вже неможливим, оскільки висування було закінчено 31 січня. Тож премію 1906 року присудили А.А. Муассану. Наступного, 1907 року Менделєєва і Канніццаро, тепер уже разом, було висунуто на Нобелівську премію. Проте того року Менделєєв помер, а за правилами Нобелівського комітету ця премія не присуджується посмертно.

Звісно, ​​відсутність імені Менделєєва у списку нобелівських лауреатів — величезна помилка. Періодична таблиця хімічних елементів висить у кожному класі чи аудиторії, де викладається хімія. Його ім'я, як і раніше, добре відоме у всьому світі.

У 1905 року Менделєєв написав: «Мабуть, Періодичному закону майбутнє не загрожує руйнацією, лише надбудови та розвитку обіцяє». Упродовж 150 років повністю довели справедливість цього висловлювання, а сам закон прискорив розвиток усіх природничих наук.

У статті використані матеріали з публікації: Hargittai B., Hargittai I. Рік periodic table: Mendeleev and the others. Structural Chemistry, 2019, vol. 30, №1, pp. 1-7.