Периодическая система элементов

Некогда один весьма эрудированный доктор наук, ссылаясь на Ч. Дарвина, сказал мне: «Наука заключается в систематизации фактов». Я решил выяснить, насколько верна цитата. Оказалось, она имеет продолжение:

«Наука заключается в такой группировке фактов, которая позволяет выводить на основании их общие законы или заключения». Так написал он в книге «Воспоминания о развитии моего ума и характера».

Говоря о создании Периодической системы химических элементов, следует учитывать приведенное высказывание. Потому что далеко не каждая классификация плодотворна. В науке она должна служить основой для творчества, познания природы.

Вспомним выступление С. Канниццаро в 1860 г. Он выделил атом как основу химического элемента и добавил, что его главная характеристика «есть весомость, то есть масса». Как пишет М. Джуа: «На конгрессе в Карлсруэ присутствовали самые знаменитые химики того времени. Лотар Мейр и Дмитрий Менделеев скоро увидели в систематике Канниццаро основу для выдвижения оригинальных соображений об отношениях между элементами… И оба независимо друг от друга создали периодическую систему элементов, для которой необходимо было знание правильных атомных весов».

Однако Джуа не учел принципиальной разницы между таблицами Мейера и Менделеева. Неслучайно именно творение одного из них укоренилось в науке. Хотя первые попытки классификации элементов (если не считать алхимиков) были еще в первой половине XIX в.

Дёберейнер Иоганн Вольфганг

Дёберейнер Иоганн Вольфганг (1780–1849) – немецкий химик. До 22 лет работал фармацевтом. После защиты докторской диссертации с 1810 г. – профессор химии, технологии и фармацеи в Иенском университете. Был другом Гёте.

Обнаруженное Дёберейнером каталитическое действие платиновой черни (1822) через полвека стало применяться в промышленности, в частности, для производства серной кислоты. (Явление катализа обосновал в 1835 г. Берцелиус.) Он изобрел «водородное огниво»: струя водорода воспламенялась, попадая на губчатую платину (применялось до изобретения спичек). В 1829 г. сгруппировал известные элементы в группы по три с учетом химического подобия и в порядке увеличения атомного веса.

Было несколько ученых Германии, Англии и Франции, составлявших таблицы химических элементов. Из них упомянем двух. Александр Эмиль Бергие де Шанкурт (1819–1886), профессор Парижской высшей школы, в сочинении «Земная спираль» (1862) провел группировку по спирали в порядке возрастания атомных весов и отметил, что свойства элементов на очередном витке повторяются. Джон Александер Ньюлендс (1838–1898), профессор химии Лондонского колледжа, выдвинул «закон октав» (1866). Он также расположил элементы по атомным весам, разбив на 7 групп. Он ориентировался на систему семи нот в музыкальной гамме. При этом «во имя гармонии» в некоторых случаях отнес к одной группе несходные элементы, например, хлор и никель, углерод и ртуть.

Принцип классификации уже открытых элементов использовал и Лотар Мейер – наиболее корректно, чем его предшественники.

Мейер Юлиус Лотар

Мейер Юлиус Лотар (1830–1895) – немецкий химик. Окончил университет в Вюрцбурге, где получил степень доктора медицины. Изучал химию и физику в Гейдельберге и Кёнигсберге, затем преподавал, с 1876 г. – профессор Тюбингенского университета.

Сначала он исследовал газы крови (1854). Затем опубликовал статьи по неорганической, органической и главным образом физической химии. Изучал физические свойства углеводородов. В книге «Современные теории химии и их значение для химической статики» (1864) эмпирическим путем пытался сопоставить в общей системе группы сходных химических элементов; теоретических выводов и обобщений из этого сопоставления он не сделал.

После того как Менделеев опубликовал в марте 1869 г. периодический закон, Мейер в начале 1870 г. в статье «Природа химических элементов как функция их атомных весов» привел таблицу элементов, которая была, по его словам, «в существенном идентична с данной Менделеевым». Но Мейер лишь удачно проиллюстрировал это открытие графической кривой зависимости атомных объемов от атомных весов («кривая Мейера»).

Отвечая на попытки оспорить приоритет в открытии периодического закона, Менделеев подчеркнул: Мейер, не прибавив ничего нового, даже не вник в суть открытия и оставил «неразвитыми те стороны по существу вопроса (состав окислов, предсказание неизвестных до сих пор элементов, изменение атомных весов…), которые только могли доказать правильность и всеобщность закона». Мейер считал периодическую систему лишь удобным методом классификации, а не объективным законом природы.

Книга Мейера «Современные теории химии и их значение для химической статистики» пользовалась большой популярностью, так же как «Основы теоретической химии» (1890). На Западе все еще ставят в один ряд таблицу Мейера и систему Менделеева, порой отдавая приоритет первой. Хотя именно Менделеев открыл закон периодичности свойств элементов, создав не классификацию, а систему, предваряющую и стимулирующую грядущие открытия.

Для познания психологии научного творчества поучителен пример Менделеева. В начальных классах его не исключали за неуспеваемость только из уважения к отцу. Увлекшись физикой, математикой, географией, астрономией, историей, он стал неплохо учиться и окончил высшее учебное заведение с золотой медалью.

Один из своих научных трудов он предварил так: «Это исследование посвящается памяти моей матери ее последышем. Она могла его взрастить только своим трудом, ведя заводское дело, воспитывая примером, исправляя любовью, и, чтобы отдать науке, вывезла из Сибири, тратя последние силы и средства. Умирая, завещала: избегать латинского самообольщения, настаивать в труде, а не в словах, и терпеливо искать божескую или научную правду, ибо понимала… сколь многое еще должно узнать и как при помощи науки, без насилия, любовью, но твердо устраняются предрассудки и ошибки, а достигаются: охрана добытой истины, свобода дальнейшего развития, общее благо и внутреннее благополучие. Заветы матери считает священными Д. Менделеев».

Он был благодарен не только матери своей, но и Отечеству. Ему придавали силы, вдохновляли жажда познания и любовь к России, стремление принести пользу людям. Когда его называли гением, он отшучивался: «Гений? Какой там гений?! Работал всю жизнь, вот вам и гений». Подчеркивал, что не бывает человека самого по себе: «Вместе – только люди». Отвергал индивидуализм: «Гордитесь только тем, что сделано для других».

Менделеев Дмитрий Иванович

Менделеев Дмитрий Иванович (1834–1907) – русский химик, натуралист, социолог. Родился в семье учителя гимназии, в Тобольске, семнадцатым ребенком. Отец его ослеп и вышел на пенсию. Семья переехала в деревню, где владели небольшим стекольным заводом. Мария Дмитриевна, мать семейства, занималась производством, организовала подсобное хозяйство.

Д. И. Менделеев

Перед тем как он окончил гимназию, умер отец, затем сестра; сгорел завод. Мария Дмитриевна со своим «младшеньким» отправилась в Москву, к брату. В местный университет не принимали выпускников Тобольской гимназии. Поехали в Петербург поступать в Медико-хирургическую академию. Но он понял, что учиться на трупах не сможет, и выбрал Главный педагогический институт.

После кончины матери (1850), а вскоре и ее брата, Дмитрий жил в бедности. Много читал, увлекся химией. В студенческие годы написал учебные научные работы: «Человек как тело природы» и «О грызунах Петербургской губернии».

Создав Периодическую систему элементов (1869), он внес свет в химическую картину мира. Великое озарение! Дж. Бернал назвал Менделеева «Коперником атомистической системы».

Из 26 томов его собрания сочинений один посвящен периодической системе элементов, а экономическим темам – 4. Ему принадлежат оригинальные труды по общей, неорганической и органической химии, минералогии, метеорологии, геофизике, гидродинамике, воздухоплаванию, химической технологии, нефтехимии, метрологии, социологии, экономике сельского хозяйства, спиритизме (он с излишней серьезностью опровергал домыслы спиритов)…

В предисловии к «Основам химии» (1869) он подчеркнул: «Прямые применения знаний к сознательному обладанию природою составляют силу и залог дальнейшего развития наук. Оттого-то нашли место в моем сочинении практические применения химических знаний к общежитию, заводскому делу, сельскому хозяйству, к объяснению явлений жизни организмов и самой земли… Везде, где было возможно, я старался связать теоретический интерес с чисто практическим».

Там же он привел свои гипотезы и обобщения: «о химической энергии… о неразрывной связи определенных химических соединений с такими неопределенными, как растворы, изоморфные смеси… гипотеза о пределе химических соединений… обобщения, относящиеся до образования нитрилов, до теплоемкости и др. физических свойств, гипотеза о строении кремнеземистых соединений, система элементов и т. п.».

Он отмечал: «Промышленное развитие есть высшее благо, современностью выработанное, а капитализм есть современное зло… Это сочетание лишь временно, лишь простая эволюция роста человечества…» Он требовал «таможенной защиты от иностранных конкурентов» и предлагал необходимые для этого меры. Его работы по индустриализации сельского хозяйства и развитию промышленности России содействовали экономическому подъему страны.

Менделеев осматривал шахты и нефтепромыслы, поднимался ввысь на воздушном шаре, изобретал новые приборы и технологии, участвовал в проекте освоения Северного морского пути… Его энтузиазм и мудрость оказали огромное влияние на ученых России, подавали пример верного служения родине и познанию.

«Блестящие лекции Д. И. Менделеева в Петербургском университете, – вспоминал Вернадский, – остаются незабываемыми… Химический элемент являлся в них не абстрактным, выделенным из космоса объектом, а представлялся облаченным плотью и кровью, составной неотделимой частью единого целого – планеты в космосе… Сколько в это время рождалось мыслей и заключений, нередко шедших совсем не туда, куда вела логическая мысль лектора, действовавшего на нас всей своей личностью и своим ярким, красочным обликом».

Для Менделеева, как для всех великих русских мыслителей – и не только для них, – в основе творчества патриотизм, стремление к познанию гармонии природы, сокровенных тайн бытия, нежелание ограничиваться решением частных задач, ориентация на высшие духовные ценности, а не личное благополучие. И еще – сознание ограниченности своего ума и безграничной сложности мироздания.

В записной книжке Дмитрий Иванович отметил: «Истинное высшее как в науке, так и в художестве, открывая или раскрывая нечто, вводя его в сознание… тотчас ставит нечто новое неясным, требующим такого же дальнейшего уяснения, то есть указывает бесконечность.

Галилей, Ньютон, Иванов, Микеланджело, Бетховен, Пушкин… Умникам – все ясно, все чисто; следовательно, ничего не открыто, все темно, коли нет бесконечного, как главного фона. Как неба – беспредельного».

Говорят, на визитных карточках Менделеев записал названия и свойства известных тогда 63 элементов, раскладывая карточки так и эдак. В конце концов «химический пасьянс» сошелся… во сне. Он записал увиденное и опубликовал соответствующую статью…

Нет, именно Лотар Мейер первым разложил «химический пасьянс». Его таблица – пример классификации. А таблица Менделеева была идеальной системой. Кроме известных элементов, занесенных на карточки, в ней присутствовали и «невидимки», «придуманные» автором, но еще неведомые. Их бытие и свойства определялись разумом творца системы, его представлением о мировом порядке.

Автор выступил в роли провидца. Он теоретически уточнил атомные веса некоторых известных элементов. В последующие годы пробелы в таблице постепенно заполнялись. В этих-то пробелах, оставленных для воображаемых элементов, и заключалась гениальная идея Менделеева. Его таблица предваряла будущее!

До сих пор ученые продолжают разгадывать ее подтекст; ежегодно ей посвящают сотни научных статей. И все еще многое в ней остается не только загадочного, но и плодотворного, сулящего новые открытия.