Биография Семья и дети Научная деятельность

Менделеев, Дмитрий Иванович
План;

1. 
   Биография
   
2. 
   Семья и дети
   
3. 
   Научная деятельность
   

Биография

Происхождение
Дмитрий Иванович Менделеев родился 27 января (8 февраля) 1834 года в Тобольске в семье Ивана Павловича Менделеева, в то время занимавшего должность директора Тобольской гимназии и училищ Тобольского округа, и Марии Дмитриевны Менделеевой (Корнильевой). Дмитрий был в семье последним, семнадцатым[8] ребёнком. Из семнадцати детей восьмеро умерли ещё в младенчестве (троим из них родители даже не успели дать имён), а одна из дочерей, Маша, умерла в возрасте 15 лет в 1826 году в Саратове[9]. В Государственном архиве Тобольска хранится метрическая книга тобольской Богоявленской (Богородицкой) церкви, в которой есть запись: «Генваря двадцать седьмого дня [1834 г.]: Тобольской гимназии директора надворного советника Ивана Павлова Менделеева от законной его жены Марьи Дмитревой родился сын Димитрий. Восприемники: исправляющий должность начальника VII-го округа жандармский полковник и кавалер Александр Петров Маслов и коллежская ассесорша Марья Александрова Жилина, тобольский 1-й гильдии купец коммерции советник Николай Стефанов Пилёнков, Ялуторовского города 3-й гильдии купца Ивана Петрова Пилёнкова жена Ольга Иванова… Крещён священником Василием Поповым с помощью дьячка Ивана Сапожкова»[10]. Эту запись дополняет и корректирует копия метрического свидетельства за № 4038 о рождении Дмитрия из Музея-архива Менделеева в Санкт-Петербурге, в которой, в частности, значится: «…в хранящейся в архиве сей консистории [Тобольская духовная консистория] метрической Градо-Тобольской Богоявленской церкви тетради за 1834 год в 1-й части о родившихся под № 2 значится: Тобольской гимназии у директора надворного советника Ивана Павлова Менделеева от законной его жены Марьи Дмитревой сын Димитрий родился 27, а крещён 30 Генваря»[11].
В одном из вариантов посвящения матери первого своего крупного труда «Исследования водных растворов по удельному весу» Дмитрий скажет:
...Вашего последыша семнадцатого из рождённых Вами Вы подняли на ноги, вскормили своим трудом после смерти батюшки, ведя заводское дело, Вы научили любить природу с её правдою, науку с её истиной.., родину со всеми её нераздельнейшими богатствами, дарами.., больше всего труд со всеми его горестями и радостями.., Вы заставили научиться труду и видеть в нём одном всему опору, Вы вывезли с этими внушениями и доверчиво отдали в науку, сознательно чувствуя, что это будет последнее Ваше дело. Вы, умирая, внушали любовь, труд и настойчивость. Приняв от Вас... так много, хоть малым, быть может, последним, Вашу память почитаю[12].
Иван Павлович Менделеев — отец Дмитрия Менделеева. Неизвестный художник 1-й половины XIX века
Мария Дмитриевна Менделеева (урождённая Корнильева), мать.
Неизвестный художник первой половины XIX века
Дед его по отцовской линии Павел Максимович Соколов был священником села Тихомандрицы Вышневолоцкого уезда Тверской губернии, расположенного в 2 км от северной оконечности озера Удомля[13]. Только один из четверых его сыновей, Тимофей, сохранил фамилию отца. Как было принято в то время в среде духовенства, по окончании семинарии троим сыновьям Павла Соколова были даны разные фамилии: Александру — Тихомандрицкий (по названию села), Василию — Покровский (по приходу, в котором служил Павел Соколов), а Иван, отец Дмитрия, в виде прозвания получил фамилию соседних помещиков Менделеевых (сам Дмитрий так толковал её происхождение: «…дана отцу, когда он что-то выменял, как соседний помещик Менделеев менял лошадей»)[12][14].
Окончив в 1804 году духовное училище, Иван Менделеев поступил на филологическое отделение Главного педагогического института. Окончив институт в числе лучших студентов в 1807 году, Иван был определён «учителем философии, изящных искусств и политической экономии» в Тобольск, где в 1809 году женился на Марии Корнильевой (происходила из старинного рода сибирских купцов и промышленников[15][16]), внучке Якова Григорьевича Корнилина. В декабре 1818 года Иван Менделеев был назначен директором училищ Тамбовской губернии. С лета 1823 по ноябрь 1827 года семья Менделеевых жила в Саратове, а затем возвратилась в Тобольск, где Иван Менделеев получил место директора Тобольской классической гимназии. Его свойства ума, культура и творческое начало определяли педагогические принципы, которыми он руководствовался в преподавании своих предметов. В год рождения Дмитрия Иван Менделеев ослеп, что вынудило его выйти на пенсию. Для удаления катаракты он в сопровождении дочери Екатерины отправился в Москву, где в результате удачной операции доктора Петра Броссе ему было возвращено зрение. Однако вернуться к прежней работе он уже не мог, и семья жила на его небольшую пенсию[12].
Мария Дмитриевна, мать Дмитрия Менделеева, сыграла особую роль в жизни семьи. Не имея никакого образования, она прошла самостоятельно курс гимназии со своими братьями. Вследствие стеснённого материального положения, сложившегося из-за болезни главы семьи, Менделеевы переехали в село Аремзянское. Здесь находилась небольшая стекольная фабрика брата Марии — Василия Корнильева, жившего в Москве. Мать Дмитрия Менделеева получила право на управление фабрикой, и после кончины Ивана Менделеева в 1847 году большая семья жила на средства, получаемые от неё. Дмитрий вспоминал: «Там, на стекольном заводе, управляемом моей матушкой, получились первые мои впечатления от природы, от людей, от промышленных дел». 27 июня (9 июля) 1848 года фабрика сгорела[17]. Заметив особые способности младшего сына, мать сумела найти в себе силы навсегда покинуть родную Сибирь, уехав из Тобольска, чтобы дать Дмитрию возможность получить высшее образование. В год окончания сыном гимназии Мария Менделеева ликвидировала все дела в Сибири и вместе с Дмитрием и младшей дочерью Елизаветой выехала в Москву, чтобы определить сына в университет. Спустя два года, через несколько недель после зачисления сына Дмитрия студентом Главного педагогического института в Санкт-Петербурге, Мария Менделеева скончалась.
Детство
Вид на г. Тобольск. С гравюры голландского картографа Николааса Витсена. 1786
Детство Д. И. Менделеева совпало по времени с пребыванием в Сибири ссыльных декабристов. А. М. Муравьёв, П. Н. Свистунов, М. А. Фонвизин жили в Тобольской губернии. Сестра Дмитрия Ивановича Ольга стала женой бывшего члена Южного общества Н. В. Басаргина, и они долгое время жили в Ялуторовске рядом с И. И. Пущиным, вместе с которым оказывали семье Менделеевых помощь, ставшую насущной после смерти Ивана Павловича.
Также большое влияние на мировоззрение будущего учёного оказал его дядюшка В. Д. Корнильев, у которого неоднократно и подолгу во время своего пребывания в Москве жили Менделеевы[12]. Корнильев был управляющим у князей Трубецких, живших тоже на Покровке. Его дом часто посещали многие представители культурной среды, в числе которых на литературных вечерах или вовсе без всякого повода, запросто, бывали литераторы Ф. Н. Глинка, С. П. Шевырёв, И. И. Дмитриев, М. П. Погодин, Е. А. Баратынский, Н. В. Гоголь, Сергей Львович Пушкин, отец великого поэта, художники П. А. Федотов, Н. А. Рамазанов; учёные Н. Ф. Павлов, И. М. Снегирёв, П. Н. Кудрявцев. В 1826 году Корнильев и его жена, дочь командора Биллингса, принимали у себя на Покровке Александра Пушкина, вернувшегося в Москву из ссылки[18].
Сохранились сведения, говорящие о том, что Д. И. Менделеев однажды видел в доме Корнильевых Н. В. Гоголя
При всём том, Дмитрий Иванович оставался таким же мальчишкой, как и большинство его сверстников. Сын Дмитрия Ивановича Иван Менделеев вспоминает, что однажды, когда отец был нездоров, он сказал ему: «Ломит всё тело так, как после нашей школьной драки на Тобольском мосту».
Среди учителей гимназии выделялся преподававший русскую литературу и словесность сибиряк, известный впоследствии русский поэт Пётр Павлович Ершов, с 1844 года — инспектор Тобольской гимназии, как некогда и его учитель Иван Павлович Менделеев. Позже автору «Конька-Горбунка» и Дмитрию Ивановичу суждено было стать в некоторой степени родственниками — Пётр Ершов стал его тестем[19].
От матери Дмитрию и Павлу Менделеевым досталась крепостная девка Павленкова, которая в суде ходатайствовала об отпускной[20]. В 1851 году Менделеев прислал расписку в Тобольск из Санкт-Петербурга, в которой он отказывается от прав на крепостную Павленкову с детьми[21].
Семья и дети
Дмитрий Иванович был женат дважды. В 1862 году он сочетался браком с Феозвой Никитичной Лещевой, уроженкой Тобольска (падчерицей автора «Конька-Горбунка» Петра Павловича Ершова). Супруга (Физа, наречённое имя) была старше его на 8 лет (1826—1906). В этом браке родились трое детей: дочь Мария (1863), умершая в младенчестве, сын Владимир (1865—1898) и дочь Ольга (1868—1950). В конце 1876 года 42-летний Дмитрий Менделеев знакомится и страстно влюбляется в 16-летнюю Анну Ивановну Попову (1860—1942)[22], дочь донского казака из Урюпинска[23]. Во втором браке у Д. И. Менделеева родилось четверо детей: Любовь (1881—1939), Иван (1883—1936) и близнецы Мария (1886—1952) и Василий (1886—1922)[12][24][25][26]. В начале XXI века из потомков Менделеева был жив лишь Александр Каменский, внук его дочери Марии[27]; он умер от последствий алкоголизма, не оставив потомков[28][29].
Д. И. Менделеев был тестем русского поэта Александра Блока, женатого на его дочери Любови.
Д. И. Менделеев доводился дядей русским учёным Михаилу Яковлевичу Капустину (профессор-гигиенист) и Фёдору Яковлевичу Капустину (профессор-физик), которые были сыновьями его старшей сестры Екатерины Ивановны Менделеевой (Капустиной)[30].

О японской незаконнорождённой «внучке» Дмитрия Ивановича — в статье, посвящённой творчеству Б. Н. Ржонсницкого.

Хроника творческой жизни
1841—1859
Фотопортрет Д. И. Менделеева в 1861 году. С. Л. Левицкий
1841 — поступил в Тобольскую классическую гимназию.
1855 — с золотой медалью окончил отделение естественных наук физико-математического факультета Главного педагогического института в Санкт-Петербурге.
1855 — назначен старшим учителем естественных наук Симферопольской мужской гимназии. По просьбе петербургского врача Н. Ф. Здекауэра в середине сентября Дмитрия Менделеева осмотрел Н. И. Пирогов, констатировавши удовлетворительное состояние пациента: «Вы нас обоих переживёте»[31].
1855—1856 — старший учитель в гимназических классах при Ришельевском лицее в Одессе.
1856 — блестяще защитил диссертацию «на право чтения лекций» — «Строение кремнезёмных соединений» (оппоненты А. А. Воскресенский и М. В. Скобликов), с успехом прочёл вступительную лекцию «Строение силикатных соединений»; в конце января отдельным изданием в Санкт-Петербурге вышла в свет кандидатская диссертация Д. И. Менделеева «Изоморфизм в связи с другими отношениями кристаллической формы к составу»[32]; 10 октября присвоена учёная степень магистра химии.
9 (21) января 1857 — утверждён в звании приват-доцента Императорского Санкт-Петербургского университета по кафедре химии.
1857—1890 — преподавал в Императорском Санкт-Петербургском университете (с 1865 года — профессор химической технологии, с 1867 — профессор общей химии). В 1861/62 учебном году — во 2-м кадетском корпусе читал курс химии и физической географии; одновременно в 1863—1872 годах — профессор Санкт-Петербургского практического технологического института императора Николая I, руководил химической лабораторией института (1863—1872), в 1866—1872 годах преподавал органическую химию, также одновременно преподавал физику в Николаевских инженерных академии и училище; 1861—1864 — химию в Институте Корпуса инженеров путей сообщения.
1859—1861 — находился в научной командировке в Германии
Гейдельбергский период (1859—1861)
Получив в январе 1859 года разрешение на командировку в Европу «для усовершенствования в науках», Д. И. Менделеев только в апреле, по завершении курса лекций в университете и занятий во 2-м кадетском корпусе и Михайловской артиллерийской академии, смог выехать из Санкт-Петербурга[12].
Он имел ясный план исследований — теоретическое рассмотрение тесной взаимосвязи химических и физических свойств веществ на основе изучения сил сцепления частиц, чему должны были служить данные, полученные экспериментально в процессе измерений при различных температурах поверхностного натяжения жидкостей — капиллярности[12].
Катетометр и компаратор, сделанные известным французским механиком Саллероном для Д. Менделеева
Систематически занимаясь изучением растворов и изоморфных смесей, Менделеев специально сконструировал в 1859 году пикнометр — прибор для определения плотности жидкости.
Через месяц, ознакомившись с возможностями нескольких научных центров, Менделеев выбрал Гейдельбергский университет, где работали незаурядные естествоиспытатели: Р. Бунзен, Г. Кирхгоф, Г. Гельмгольц, Э. Эрленмейер и др. Есть сведения, которые говорят о том, что впоследствии Д. И. Менделеев имел в Гейдельберге встречу с Дж. У. Гиббсом. Оборудование лаборатории Р. Бунзена не позволяло проводить такие «деликатные опыты, как капиллярные», и Д. И. Менделеев создал самостоятельную исследовательскую базу: провёл в арендуемую квартиру газ, приспособил отдельное помещение для синтеза и очистки веществ, другое — для наблюдений. В Бонне «знаменитый стеклянных дел маэстро» Г. Гесслер даёт ему уроки, сделав около 20 термометров и «неподражаемо хорошие приборы для определения удельного веса». У известных парижских механиков Перро и Саллерона он заказывает специальные катетометры и микроскопы[12].
16 (28) декабря 1860 года Менделеев писал из Гейдельберга попечителю Санкт-Петербургского учебного округа И. Д. Делянову: «…главный предмет моих занятий есть физическая химия»[33].
Большое значение работы этого периода имеют для понимания методики масштабного теоретического обобщения, чему подчинены хорошо подготовленные и построенные тончайшие частные исследования и что явится характерной чертой его универсума. Это теоретический опыт «молекулярной механики», исходными величинами которой предполагались масса, объём и сила взаимодействия частиц (молекул). Рабочие тетради учёного показывают, что он последовательно искал аналитическое выражение, демонстрирующее связь состава вещества с тремя этими параметрами. Предположение Д. И. Менделеева о функции поверхностного натяжения, связанной со структурой и составом вещества, позволяет говорить о предвидении им «парахора»[34], но данные середины XIX века не могли стать основой для логического завершения этого исследования — Д. И. Менделееву пришлось отказаться от теоретического обобщения[12].
В настоящее время «молекулярная механика», основные положения которой пытался сформулировать Д. И. Менделеев, имеет лишь историческое значение, однако проведённые учёным исследования позволяют оценить актуальность его взглядов, соответствовавших передовым представлениям эпохи и получившим общее распространение только после Международного химического конгресса в Карлсруэ (1860)[12][24][25][26].
В Гейдельберге у Менделеева родилась незаконная дочь — её матерью была актриса театра Агнесса Войтманн. «В судьбе этой девочки русский химик принимал участие и финансово поддерживал вплоть до её замужества.»[35]
1860—1907
Основатели Русского химического общества (члены химической секции 1-го съезда русских естествоиспытателей и врачей, вынесшие постановление об учреждении — 4 (16) января 1868 года). Стоят слева направо: Ф. Р. Вреден, П. А. Лачинов, Г. А. Шмидт, А. Р. Шуляченко, А. П. Бородин, Н. А. Меншуткин, Н. А. Соковнин, Ф. Ф. Бейльштейн, К. И. Лисенко, Д. И. Менделеев, Ф. Н. Савченков; сидят: В. Ю. Рихтер, С. И. Ковалевский, Н. П. Нечаев, В. В. Марковников, А. А. Воскресенский, П. А. Ильенков, П. П. Алексеев, А. Н. Энгельгардт (подписи сделаны рукой Д. И. Менделеева)
1860, 3—5 сентября — принимает участие в первом Международном химическом конгрессе в Карлсруэ.[36]
В конце февраля 1861 года Менделеев получил предложение от издательства «Общественная польза» написать учебник по химии и уже в июне отдал последнюю корректуру. К октябрю учебник «Органическая химия» был напечатан и вскоре представлен на Демидовскую премию. Академики Ю. Ф. Фрицше и Н. Н. Зинин в своём отзыве отмечали, что представленный труд является «редким явлением самостоятельной обработки науки в краткое учебное руководство; обработки, … в высшей степени соответствующей назначению книги как учебника»; 26 апреля (8 мая) 1862 года непременный секретарь Академии наук в Петербурге К. Веселовский уведомил Д. И. Менделеева, что «Императорская Академия наук постановлением 17 апреля сего года назначила Вам за сочинение Ваше под заглавием „Органическая химия“ полную Демидовскую премию в тысячу четыреста двадцать восемь руб…».[37]
31 января (12 февраля) 1865 на заседании Совета физико-математического факультета Императорского Санкт-Петербургского университета Менделеев защитил докторскую диссертацию «О соединении спирта с водой» (СПб.: Общественная польза, 1865. — 119 с.), в которой были заложены основы его учения о растворах. После защиты Менделеев получил должность экстраординарного профессора университета по кафедре технической химии, на которую два года назад его не утвердили из-за отсутствия соответствующего звания.
В 1860-х годах редактировал перевод книги Ш. Жерара и Г. Шанселя «Аналитическая химия» (1864, 1866—1869).[38]
Декабрь 1868 года — февраль 1869 года — по поручению Вольного экономического общества обследовал артельные сыроварни Тверской и других губерний[39].
29 декабря 1876 (10 января 1877) — избран членом-корреспондентом по разряду «физический» Императорской Академии наук, в 1880 году выдвигался в академики, но 11 (23) ноября был забаллотирован, что вызвало резкий общественный протест.[40]
Принимал участие в разработке технологий запущенного в 1879 году первого в России завода по производству машинных масел в посёлке Константиновский Ярославской губернии, который ныне носит его имя.
1880-е годы — снова изучает растворы, публикует работу «Исследование водных растворов по удельному весу».
1880—1888 — принял деятельное участие в разработке проекта создания и строительства первого в Русской Азии Сибирского университета в Томске, неоднократно консультируя руководителя комитета по строительству ТГУ профессора В. М. Флоринского. Планировался как первый ректор этого университета, но по семейным обстоятельствам в 1888 году в Томск не поехал. Через несколько лет активно помогал в создании Томского технологического института и становления в нём химической науки[41][42].
1888, март—апрель — осуществил инспекционную поездку в Донецкий бассейн. Посетил рудники и шахты в окрестностях Ясиноватой, Юзовки, Харцизской, Гавриловки, Макеевке, Горловке, Голубовке, Лисичанске, Луганске.
1890 — покинул Императорский Санкт-Петербургский университет из-за конфликта с министром народного просвещения И. Д. Деляновым, который во время студенческих волнений отказался принять от Менделеева петицию студентов.[43]
1890—1895 — консультант Научно-технической лаборатории Морского министерства, где разрабатывает технологию производства бездымного пороха.
1891—1892 — активно участвует в создании Энциклопедического словаря по заказу издателей Ф. А. Брокгауза и И. А. Ефрона как редактор химико-технического и фабрично-заводского отдела и автор многих статей, продолжив эту работу и в последующие годы.
Могила Менделеева на Волковском кладбище в Санкт-Петербурге
1892 — учёный-хранитель Депо образцовых гирь и весов, которое в 1893 году по его инициативе было преобразовано в Главную палату мер и весов (ныне ВНИИ метрологии им. Д. И. Менделеева).
1893 — работал на химическом заводе П. К. Ушкова (впоследствии — имени Л. Я. Карпова; п. Бондюжский, ныне г. Менделеевск), использовав производственную базу завода для получения бездымного пороха (пироколлодия). Впоследствии Менделеев отмечал, что посетив «немало западноевропейских химических заводов, с гордостью увидел, что может созданное русским деятелем не только не уступать, но и во многом превосходить иноземное».
1899 — возглавил Уральскую экспедицию, целью которой была активизация промышленно-экономического развития края.
1900 — участвовал в работе Всемирной выставки в Париже, входил в состав Международного жюри как его вице-президент и председатель группы химического производства; написал (первую на русском языке) большую статью о синтетических волокнах «Вискоза на Парижской выставке», где отметил важность для России развития их производства.
1903 — первый председатель Государственной экзаменационной комиссии Киевского политехнического института, в создании которого принял активное участие. О посещении Д. И. Менделеевым института в дни защиты первых дипломных работ вспоминал через 60 лет Иван Фёдорович Пономарёв (1882—1982)[44].
Член многих академий наук и научных обществ. Один из основателей Русского физико-химического общества (1868 год — химического, и 1872 — физического) и третий его президент (с 1932 года преобразовано во Всесоюзное химическое общество, которое тогда же было названо его именем, ныне — Российское химическое общество имени Д. И. Менделеева).

Умер Д. И. Менделеев 20 января (2 февраля) 1907 года в Санкт-Петербурге от воспаления лёгких в возрасте 72 лет. Похоронен на «Литераторских мостках» Волковского кладбища[45].

Оставил более 1500 трудов[46], среди которых классические «Основы химии» (ч. 1—2, 1869—1871, 13 изд., 1947) — первое стройное изложение неорганической химии.

Именем Менделеева назван 101-й химический элемент — менделевий.

Научная деятельность

Илья Репин. Портрет Д. И. Менделеева в мантии доктора права Эдинбургского университета. 1885; акварель

Он один из самых гениальных химиков XIX века; провёл многочисленные определения физических констант соединений (удельные объёмы, расширение и т. д.), изучал Донецкие месторождения каменного угля, разработал гидратную теорию растворов. Написал «Основы химии» (1868—1871) — труд, многочисленные издания которого оказали влияние на химиков-неоргаников.

— М. Джуа (итал. Michele Giua)[47]

Д. И. Менделеев является автором фундаментальных исследований по химии, физике, метрологии, метеорологии, экономике, основополагающих трудов по воздухоплаванию, сельскому хозяйству, химической технологии, народному просвещению и других работ, тесно связанных с потребностями развития производительных сил России.

Менделеев исследовал (1854—1856) явления изоморфизма, раскрывающие отношения между кристаллической формой и химическим составом соединений, а также зависимость свойств элементов от величины их атомных объёмов.

Открыл в 1860 году «температуру абсолютного кипения жидкостей», или критическую температуру.

Сконструировал в 1859 году[48] — прибор для определения плотности жидкости. Создал в 1865—1887 годах гидратную теорию растворов. Развил идеи о существовании соединений переменного состава.

Исследуя газы, нашёл в 1874 году общее уравнение состояния идеального газа, включающее, как частность, зависимость состояния газа от температуры, которую в 1834 году обнаружил физик Б. П. Э. Клапейрон (уравнение Клапейрона — Менделеева).
В 1877 году выдвинул гипотезу происхождения нефти из карбидов тяжёлых металлов (на сегодняшний день большинством учёных не принимается); а также предложил принцип дробной перегонки при переработке нефти.
Выдвинул в 1880 году идею подземной газификации углей. Занимался вопросами химизации сельского хозяйства, пропагандировал использование минеральных удобрений, орошение засушливых земель. Совместно с И. М. Чельцовым принимал в 1890—1892 годах участие в разработке бездымного пороха. Автор ряда работ по метрологии. Создал точную теорию весов, разработал наилучшие конструкции коромысла и арретира, предложил точнейшие приёмы взвешивания.
В своё время интересы Д. И. Менделеева были близки к минералогии, его коллекция минералов бережно хранится и сейчас в Музее кафедры минералогии Санкт-Петербургского университета[49], а друза горного хрусталя с его стола является одним из лучших экспонатов в витрине кварца. Рисунок этой друзы он поместил в первое издание «Общей химии» (1903 год). Студенческая работа Д. И. Менделеева была посвящена изоморфизму в минералах.
Менделеев написал 432 фундаментальные работы, из которых 40 — посвящены химии, 106 — физической химии, 99 — физике, 22 — географии, 99 — технике и промышленности, 37 — экономике и общественным вопросам, 29 — сельскому хозяйству, воспитанию, другим работам.
Периодический закон
Основная статья: Периодический закон
Д. И. Менделеев. Рукопись «Опыта системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве». 17 февраля 1869 года (1 марта 1869 года)
Работа над учебным пособием «Основы химии» позволила Менделееву задуматься над природой химических элементов. В результате этих размышлений 1 марта (17 февраля) 1869 года был завершен самый первый целостный вариант Периодической системы химических элементов, который получил тогда название «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве»[50], в котором элементы были расставлены по девятнадцати горизонтальным рядам (рядам сходных элементов, ставших прообразами групп современной системы) и по шести вертикальным столбцам (прообразам будущих периодов). Эта дата знаменует собой открытие Менделеевым Периодического закона, но более верным считать эту дату началом открытия, поскольку требовалось его осмысление и затем достижение формулировки.
Согласно окончательной хронологии первых публикаций Таблицы Менделеева[51], впервые Таблица была опубликована 26-27 марта (14-15 марта) 1869 года в 1-м издании учебника Менделеева «Основы Химии» (ч. 1, вып. 2). И уже после этого, осознав во время двухнедельной поездки по провинции великое значение своего открытия, Менделеев по возвращении в Петербург заказал в середине марта в типографии «Общественная польза» отдельные листки с этой таблицей, которые были напечатаны 29 марта (17 марта) 1869 года специально для рассылки «многим химикам». Позднее, уже в начале мая 1869 года «Опыт системы элементов» был напечатан с химическим обоснованием в программной статье Менделеева «Соотношение свойств с атомным весом элементов»[52] (журнал Русского химического общества). Напечатанные листки достигли своей цели — в апреле 1869 года состоялась первая публикация Таблицы Менделеева в международной печати, согласно точной хронологии[51], она вышла в свет 17 апреля (5 апреля) 1869 года в лейпцигском «Журнале практической химии»[53] и стала достоянием мировой науки.
В том же году эта статья из «Журнала Русского Химического Общества» была переведена в «Zeitschrift für Chemie», а в 1872 году в журнале «Annalen der Chemie und Pharmacie» была осуществлена развёрнутая публикация Д. И. Менделеева, посвящённая его открытию — «Die periodische Gesetzmässigkeit der Elemente» (Периодическая закономерность химических элементов). В этой работе, датированной августом 1871 года, Менделеев приводит формулировку периодического закона, которая затем оставалась в силе на протяжении более сорока лет[54]:
Свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от их атомного веса[55].
Оригинальный текст (нем.)[показать]
Отдельные учёные в ряде стран, особенно в Германии, соавтором открытия считают Лотара Мейера. Существенное различие этих систем заключается в том, что таблица Л. Мейера — это один из вариантов классификации известных к тому времени химических элементов; выявленная Д. И. Менделеевым периодичность — это система, которая дала понимание закономерности, позволившей определить место в ней элементов, неизвестных в то время, предсказать не только существование, но и дать их характеристики[12][57].

Не давая представления о строении атома, периодический закон, тем не менее, вплотную подводит к этой проблеме, и решение её было найдено несомненно благодаря ему — именно этой системой руководствовались исследователи, указывая факторы, выявленные им с интересовавшими их другими физическими характеристиками. В 1984 году академик В. И. Спицын писал: «…Первые представления о строении атомов и природе химической валентности, разработанные в начале нашего столетия, основывались на закономерностях свойств элементов, установленных с помощью периодического закона»[58].

Немецкий учёный, главный редактор фундаментального пособия «Анорганикум» — объединённого курса неорганической, физической и аналитической химии, выдержавшего более десяти изданий, академик Л. Кольдиц так истолковывает особенности открытия Д. И. Менделеева, сопоставляя в высшей степени убедительные результаты его труда с работами других исследователей, искавших подобные закономерности[59]:
Никто из учёных, занимавшихся до Менделеева или одновременно с ним исследованиями соотношений между атомными весами и свойствами элементов, не смог сформулировать эту закономерность так ясно, как это сделал он. В частности, это относится к Дж. Ньюлендсу и Л. Мейеру. Предсказание ещё не известных элементов, их свойств и свойств их соединений является исключительно заслугой Д. И. Менделеева. Наилучшим образом он смог применить свой метод горизонтальной, вертикальной и диагональной интерполяции в открытой им периодической системе для предсказания свойств.
Развивая в 1869—1871 годах идеи периодичности, Д. И. Менделеев ввёл понятие о месте элемента в периодической системе как совокупности его свойств в сопоставлении со свойствами других элементов. На этой основе, в частности, опираясь на результаты изучения последовательности изменения стеклообразующих оксидов, исправил значения атомных масс 9 элементов (теллура, бериллия, индия, урана и др.). В статье, датированной 29 ноября 1870 года (11 декабря 1870 года) предсказал существование, вычислил атомные массы и описал свойства трёх ещё не открытых тогда элементов — «экаалюминия» (открыт в 1875 году Лекоком де Буабодраном и назван галлием), «экабора» (открыт в 1879 году шведским химиком Л. Нильсоном и назван скандием) и «экасилиция» (открыт в 1886 году немецким химиком К. Винклером и назван германием)[60]. Затем предсказал существование ещё восьми элементов, в том числе «двителлура» — полония (открыт в 1898 году), «экаиода» — астата (открыт в 1942—1943 годах), «экамарганца» — технеция (открыт в 1937 году), «двимарганца» — рения (открыт в 1925 году), «экацезия» — франция (открыт в 1939 году).
В 1900 году Дмитрий Иванович Менделеев и Уильям Рамзай пришли к выводу о необходимости включения в периодическую систему элементов особой, нулевой группы благородных газов.[61]
Удельные объёмы. Химия силикатов и стеклообразного состояния
Обложка первой публикации Д. И. Менделеева «Химический анализ ортита из Финляндии». 1854
Настоящий раздел творчества Д. И. Менделеева, не выразившись результатами масштабов естествознания в целом, тем не менее, как и всё в его исследовательской практике, будучи неотъемлемой частью и вехой на пути к ним, а в отдельных случаях — их фундаментом, чрезвычайно важен и для понимания развития этих исследований. Как станет видно из дальнейшего, он тесным образом связан с основополагающими компонентами мировоззрения учёного, охватывающими сферы от изоморфизма и «основ химии» до базиса периодического закона, от постижения природы растворов до взглядов, касающихся вопросов строения веществ[12].
Первые работы Д. И. Менделеева в 1854 году представляют собой химические анализы силикатов. Это были исследования «ортита из Финляндии» и «пироксена из Рускиалы в Финляндии», о третьем анализе минеральной глинистой породы — умбры — имеются сведения только в сообщении С. С. Куторги в Русском географическом обществе. К вопросам аналитической химии силикатов, Д. И. Менделеев возвращался в связи с магистерскими экзаменами — письменный ответ касается анализа силиката, содержащего литий. Этот небольшой цикл работ послужил возникновению интереса у исследователя к изоморфизму: состав ортита учёный сравнивает с составами других сходных минералов и приходит к выводу, что такое сопоставление позволяет построить изменяющийся по химическому составу изоморфный ряд[62].
В мае 1856 года Д. И. Менделеев, вернувшись в Санкт-Петербург из Одессы, подготовил диссертационную работу под обобщённым названием «Удельные объёмы» — многоплановое исследование, своеобразную трилогию, посвящённую актуальным вопросам химии середины XIX века. Большой объём работы (около 20 печатных листов) не позволил издать её полностью. Опубликована была только первая часть, озаглавленная, как и вся диссертация «Удельные объёмы»; из второй части позднее был напечатан только фрагмент в виде статьи «О связи некоторых физических свойств тел с химическими реакциями»; третья же часть при жизни Д. И. Менделеева не была полностью опубликована — в сокращённом виде она была представлена в 1864 году в четвёртом выпуске «Технической энциклопедии», посвящённой стекольному производству. Через взаимосвязь освещаемых в работе вопросов Д. И. Менделеев последовательно приближался к постановке и решению наиболее существенных в его научном творчестве проблем: выявлению закономерностей при классификации элементов, построению системы, характеризующей соединения через их состав, строение и свойства, создание предпосылок формирования зрелой теории растворов[12].
Весы, сконструированные Д. И. Менделеевым для взвешивания газообразных и твёрдых веществ
В первой части этого труда Д. И. Менделеева — детального критического анализа литературы, посвящённой вопросу, им высказана оригинальная мысль о связи молекулярного веса и объёма газообразных тел. Учёный вывел формулу расчёта молекулярного веса газа, то есть впервые была дана формулировка закона Авогадро-Жерара. Позднее выдающийся русский физикохимик Е. В. Бирон напишет: «Насколько мне известно, Д. И. Менделеев первый стал считать, что можно уже говорить о законе Авогадро, так как гипотеза, в виде которой закон был сперва сформулирован, оправдалась при экспериментальной проверке…»[63].
Опираясь на колоссальный[46] фактический материал в разделе «Удельные объёмы и состав кремнезёмных соединений», Д. И. Менделеев приходит к широкому обобщению. Не придерживаясь, в отличие от многих исследователей (Г. Копп, И. Шрёдер и др.), механистического толкования объёмов соединений как суммы объёмов образующих их элементов, но отдавая должное результатам, полученным этими учёными, Д. И. Менделеев ищет не формальные количественные закономерности в объёмах, а старается установить связь между количественными соотношениями объёмов и совокупностью качественных характеристик вещества. Таким образом он приходит к выводу, что объём, подобно кристаллической форме, является критерием сходства и различия элементов и образуемых ими соединений, и делает шаг в направлении создания системы элементов, прямо указывая на то, что изучение объёмов «может служить на пользу естественной классификации минеральных и органических тел».
Особый интерес представляет часть, именуемая «О составе кремнезёмных соединений». С исключительной глубиной и обстоятельностью Д. И. Менделеевым впервые изложен взгляд на природу силикатов как соединений, подобных сплавам оксидных систем. Учёным установлена связь между силикатами как соединениями типа (MeO)x(SiO)x и «неопределёнными» соединениями других типов, в частности, растворами, что выразилось правильной трактовкой стеклообразного состояния[12].

Именно с наблюдения процессов стеклоделия начался путь Д. И. Менделеева в науке. Возможно, именно этот факт сыграл определяющую роль в его выборе, во всяком случае, данная тема, непосредственно связанная с химией силикатов, в той или иной форме закономерно соприкасается со многими другими его изысканиями[62].

Место силикатов в природе лаконично, но с исчерпывающей ясностью определено Д. И. Менделеевым[64]:

Как органическая материя обуславливается присутствием углерода и им изобилует, так и минеральное царство изобилует кремнезёмистыми соединениями[65].

Эта фраза указывает и на понимание учёным первостепенного утилитарного значения силикатных материалов, древнейших и самых распространённых в практике, и на сложность химии силикатов; поэтому интерес учёного к данному классу веществ, помимо известного практического значения, был связан с развитием важнейшего понятия химии — химическое соединение, с созданием систематики соединений, с решением вопроса о соотношении понятий: химическое соединение (определённое и неопределённое) — раствор. Чтобы осознать важность и научное значения самой постановки вопроса, актуальность его и по прошествии более чем столетия, достаточно привести слова одного из специалистов в области химии силикатов, академика М. М. Шульца, сказанные им на XIII Менделеевском съезде, прошедшем в дни 150-летнего юбилея Д. И. Менделеева: «…До сегодняшнего дня нет общих определений, которые устанавливали бы чёткое соотношение сущности понятий „соединение“ и „раствор“. …Как только атомы и молекулы вступают во взаимодействие друг с другом при повышении их концентрации в газе, не говоря уже о конденсированных фазах, так сразу же возникает вопрос, на каком уровне по энергии взаимодействия и при каком численном соотношении между взаимодействующими частицами можно отделить друг от друга понятия „химическое соединение частиц“ или их „взаимный раствор“: для этого нет объективных критериев, они ещё не выработаны, несмотря на бесчисленное количество работ на эту тему и кажущуюся простоту»[64].

Изучение стекла помогло Д. И. Менделееву глубже понять природу кремнекислых соединений и на этом своеобразном веществе увидеть некоторые важные особенности химического соединения вообще[62].

Темам стеклоделия, химии силикатов и стеклообразного состояния Д. И. Менделеевым посвящено около 30 работ.

Исследование газов

Д. И. Менделеев. Опыт химической концепции мирового эфира. Нью-Йорк — Лондон — Бомбей. 1904

Д. И. Менделеев. Попытка химического понимания мирового эфира. С.-Петербург. 1905

Эта тема в творчестве Д. И. Менделеева связана, прежде всего, с поиском учёным физических причин периодичности. Так как свойства элементов находились в периодической зависимости от атомных весов, массы, исследователь мыслил возможность пролить свет на эту проблему, выясняя причины сил тяготения и посредством изучения свойств передающей их среды.

Концепция «мирового эфира» имела в XIX веке большое влияние на возможное решение данной проблемы. Предполагалось, что «эфир», заполняющий межпланетное пространство, является средой, передающей свет, тепло и гравитацию. Исследование сильно разреженных газов представлялось возможным средством к доказательству существования названной субстанции, когда свойства «обычного» вещества уже не способны бы были скрывать свойства «эфира».

Одна из гипотез Д. И. Менделеева сводилась к тому, что специфическим состоянием газов воздуха при большом разрежении и мог оказаться «эфир» или некий газ с очень малым весом. Д. И. Менделеевым написано на оттиске из «Основ химии», на периодической системе 1871 года: «Легче всех эфир, в миллионы раз»; а в рабочей тетради 1874 года учёный выражает ещё более ясно ход мысли: «При нулевом давлении у воздуха есть некоторая плотность, это и есть эфир!». Тем не менее, среди его публикаций этого времени таких определённых соображений не высказано (Д. И. Менделеев. Попытка химического понимания мирового эфира. 1902).

В контексте предположений, связанных с поведением сильно разреженного газа (инертного — «наилегчайшего химического элемента») в космическом пространстве, Д. И. Менделеев опирается на сведения, полученные астрономом А. А. Белопольским: «Инспектор Главной Палаты мер и весов, обязательно снабдил меня следующими результатами новейших исследований, в том числе и г. Белопольского». А далее он прямо ссылается на эти данные в своих выводах[66][67].

При всей гипотетической направленности исходных предпосылок этих исследований, основным и наиболее важным результатом в области физики, полученным благодаря им Д. И. Менделеевым, явился вывод уравнения идеального газа, содержащего универсальную газовую постоянную. Также очень важным, но несколько преждевременным, было предложенное Д. И. Менделеевым введение термодинамической шкалы температур.

Учёным также было избрано правильное направление для описания свойств реальных газов. Вириальные разложения, использованные им, соответствуют первым приближениям в известных сейчас уравнениях для реальных газов.

В разделе, имеющем отношение к исследованиям газов и жидкостей, Д. И. Менделеевым сделано 54 работы[12].

Учение о растворах

В 1905 году Д. И. Менделеев скажет: «Всего более четыре предмета составили моё имя: периодический закон, исследование упругости газов, понимание растворов как ассоциации и „Основы химии“. Тут моё богатство. Оно не отнято у кого-нибудь, а произведено мною…»
Н. А. Ярошенко. Д. И. Менделеев. 1886. Масло. На портрете Ярошенко у Менделеева три ноги. Во время позирования Менделеев изменил позу, а Ярошенко забыл[источник не указан 2032 дня] закрасить ступню
На протяжении всей своей жизни Д. И. Менделеева не ослабевал его интерес к «растворной» тематике. Наиболее значительные его исследования в этой области относятся к середине 1860-х, а важнейшие — к 1880-м годам. Тем не менее, публикации учёного показывают, что и в другие периоды своего научного творчества он не прерывал изысканий, способствовавших созданию основы его учения о растворах. Концепция Д. И. Менделеева эволюционировала от весьма противоречивых и несовершенных первоначальных представлений о природе этого явления в неразрывной связи с развитием его идей в других направлениях, в первую очередь — с учением о химических соединениях.

Д. И. Менделеев показал, что правильное понимание растворов невозможно без учёта их химизма, отношения их к определённым соединениям (отсутствия грани между таковыми и растворами) и сложного химического равновесия в растворах — в разработке этих трёх неразрывно связанных аспектов заключается основное его значение. Однако сам Д. И. Менделеев никогда не называл свои научные положения в области растворов теорией — не сам он, а его оппоненты и последователи так именовали то, что он называл «пониманием» и «представлением», а труды настоящего направления — «попыткой осветить гипотетическим воззрением всю совокупность данных о растворах» — «…до теории растворов ещё далеко»; основное препятствие в её формировании учёный видел «со стороны теории жидкого состояния вещества».

Развивая это направление, Д. И. Менделеев, поначалу априорно выдвинув идею о температуре, при которой высота мениска будет нулевой, в мае 1860 года провёл серию опытов. При определённой температуре, которую экспериментатор назвал «абсолютной температурой кипения», нагретый в парафиновой ванне в запаянном объёме жидкий хлорид кремния (SiCl4) «исчезает», перейдя в пар. В статье, посвящённой исследованию, Д. И. Менделеев сообщает, что при абсолютной температуре кипения полный переход жидкости в пар сопровождается уменьшением поверхностного натяжения и теплоты испарения до нуля. Эта работа — первое крупное достижение учёного.

Теория растворов электролитов приобрела удовлетворительную направленность, только восприняв идеи Д. И. Менделеева, когда произошёл синтез гипотезы о существовании ионов в растворах электролитов с менделеевским учением о растворах.

Растворам и гидратам Д. И. Менделеевым посвящено 44 труда[12][68].

Комиссия для рассмотрения медиумических явлений

Основная статья: Комиссия для рассмотрения медиумических явлений
Воздухоплавание

Большой привязной аэростат А. Жиффара, на котором Д. И. Менделеев поднимался в 1878 году, в Париже

Воздушный шар «Русский», на котором Д. И. Менделеев 7 августа 1887 года совершил полёт для наблюдения полного солнечного затмения

Занимаясь вопросами воздухоплавания, Д. И. Менделеев, во-первых, продолжает свои исследования в области газов и метеорологии, во-вторых — развивает темы своих работ, вступающих в соприкосновение с темами сопротивления среды и кораблестроения.

В 1875 году он разработал проект стратостата объёмом около 3600 м³ с герметической гондолой, подразумевающий возможность подъёма в верхние слои атмосферы (первый такой полёт в стратосферу осуществлён был О. Пикаром только в 1924 году). Д. И. Менделеев также спроектировал управляемый аэростат с двигателями. В 1878 году учёный, находясь во Франции, совершил подъём на привязном аэростате Анри Жиффара.

Летом 1887 года Д. И. Менделеев осуществил свой знаменитый полёт на воздушном шаре «Русский». Возможным это стало и благодаря посредничеству Русского технического общества в вопросах оснащения. Важную роль в подготовке этого мероприятия сыграли В. И. Срезневский и в особой степени изобретатель и аэронавт С. К. Джевецкий.[12][69]

Д. И. Менделеев, рассказывая об этом полёте, разъясняет почему РТО обратилось именно к нему с такой инициативой: «Техническое общество, предложив мне произвести наблюдения с аэростата во время полного солнечного затмения, хотело, конечно, служить знанию и видело, что это отвечает тем понятиям и роли аэростатов, какие ранее мною развивались»[12].

Обстоятельства подготовки к полёту ещё раз говорят о Д. И. Менделееве, как о блестящем экспериментаторе (здесь можно вспомнить о том, что он считал: «Профессор, который только читает курс, а сам не работает в науке и не двигается вперёд, — не только бесполезен, но прямо вреден. Он вселит в начинающих мертвящий дух классицизма, схоластики, убьёт их живое стремление»)[26]. Д. И. Менделеев был очень увлечён возможностью с аэростата впервые наблюдать солнечную корону во время полного затмения. Он предложил использовать для наполнения шара не светильный газ, а водород, который позволял подняться на большую высоту, что расширяло возможности наблюдения. И здесь снова сказалось сотрудничество с Д. А. Лачиновым, приблизительно в это же время разработавшим электролитический способ получения водорода, на широкие возможности использования которого Д. И. Менделеев указывает в «Основах химии»[69].

Естествоиспытатель предполагал, что изучение солнечной короны должно дать ключ к пониманию вопросов, связанных с происхождением миров. Из космогонических гипотез его внимание привлекла появившаяся в то время идея о происхождении тел из космической пыли: «Тогда солнце со всей его силой само оказывается зависящим от невидимо малых тел, носящихся в пространстве, и вся сила солнечной системы черпается из этого бесконечного источника и зависит только от организации, от сложения этих мельчайших единиц в сложную индивидуальную систему. Тогда „корона“, быть может, есть сгущённая масса этих мелких космических тел, солнце образующих и его силу поддерживающих». В сопоставлении с другой гипотезой — о происхождении тел солнечной системы из вещества Солнца — он высказывает такие соображения: «Как ни противоположны на первый взгляд кажутся эти понятия, они так или иначе уложатся, помирятся — таково свойство науки, которая содержит выводы мысли, испытанные и проверенные. Надо только не довольствоваться одним уже установленным и узнанным, надо не окаменеть в нём, всё дальше и глубже, точнее и подробнее изучать все явления, могущия содействовать разъяснению этих коренных вопросов. „Корона“ этому изучению, конечно, во многом поможет».

Этот полёт привлёк внимание широкой общественности. Военное министерство предоставило воздушный шар «Русский» объёмом 700 м³. В Боблово 6 марта приезжает И. Е. Репин, и вслед за Д. И. Менделеевым и К. Д. Краевичем направляется в Клин. В эти дни им были сделаны зарисовки.

А. И. Менделеева. Портрет Д. И. Менделеева. 1885. Не закончен
7 августа на месте старта — пустыре на северо-западе города, близ Ямской слободы, несмотря на ранний час, собираются огромные толпы зрителей. С Д. И. Менделеевым должен был лететь пилот-аэронавт А. М. Кованько, но из-за прошедшего накануне дождя повысилась влажность, шар намок — двух человек поднять был не в состоянии. По настоянию Д. И. Менделеева его спутник вышел из корзины, предварительно прочитав учёному лекцию об управлении шаром, показав, что и как делать[70]. Менделеев отправился в полёт в одиночестве. Это событие В. А. Гиляровский описал в оригинальной статье «Солнечное затмение под Москвой», которая была опубликована в «Русских ведомостях».[71] Сам Менделеев впоследствии так пояснил свою решимость:

...Немалую роль в моём решении играло... то соображение, что о нас, профессорах и вообще учёных, обыкновенно думают повсюду, что мы говорим, советуем, но практическим делом владеть не умеем, что и нам, как щедринским генералам, всегда нужен мужик, для того чтобы делать дело, а иначе у нас всё из рук валится. Мне хотелось демонстрировать, что это мнение, быть может справедливое в каких-то других отношениях, несправедливо в отношении к естествоиспытателям, которые всю жизнь проводят в лаборатории, на экскурсиях и вообще в исследованиях природы. Мы непременно должны уметь владеть практикой, и мне казалось, что это полезно демонстрировать так, чтобы всем стала когда-нибудь известна правда вместо предрассудка. Здесь же для этого представлялся отличный случай.

Аэростат не смог подняться так высоко, как того требовали условия предполагаемых экспериментов — Солнце частично заслоняли облака. В дневнике исследователя первая запись приходится на 6 ч 55 м — по прошествии 20 минут после взлёта. Учёный отмечает показания анероида — 525 мм и температуру воздуха — 1,2°: «Пахнет газом. Сверху облака. Ясно кругом (то есть в уровне аэростата). Облако скрыло солнце. Уже три версты. Подожду самоопускания». В 7 ч 10—12 м: высота 3,5 версты, давление 510—508 мм по анероиду. Шар покрыл расстояние около 100 км, поднявшись на высоту в максимуме — до 3,8 км; пролетев над Талдомом в 8 ч 45 м, приблизительно в 9 ч начал снижаться. Между Калязином и Переславлем-Залесским, около деревни Спас-Угол (имение М. Е. Салтыкова-Щедрина) произошла успешная посадка. Уже на земле, в 9 ч 20 м, Д. И. Менделеев заносит в записную книжку показания анероида — 750 мм, температура воздуха — 16,2°. Во время полёта учёный устранил неисправность управления главным клапаном аэростата, что показало хорошее знание практической стороны воздухоплавания.

Высказывалось мнение, что удачный полёт явился стечением счастливых случайных обстоятельств — аэронавт не мог с этим согласиться — повторив известные слова А. В. Суворова «счастье, помилуй Бог, счастье», он добавляет: «Да надо что-то и кроме него. Мне кажется, что всего важнее, кроме орудий спуска — клапана, гидрона, балласта и якоря, спокойное и сознательное отношение к делу. Как красота отвечает, если не всегда, то чаще всего высокой мере целесообразности, так удача — спокойному и до конца рассудительному отношению к цели и средствам».

Международный комитет по аэронавтике в Париже за этот полёт удостоил Д. И. Менделеева медали французской Академии аэростатической метеорологии.

Учёный оценивает этот свой опыт следующим образом: «Если бы мой полёт из Клина, ничего не прибавивший в отношении к знанию „короны“, послужил бы к возбуждению интереса метеорологических наблюдений с аэростатов внутри России, если бы он, кроме того, увеличил общую уверенность в том, что летать на аэростатах можно с удобством даже новичку, тогда бы я не напрасно летал по воздуху 7-го августа 1887 года».

Д. И. Менделеев проявлял большой интерес к летательным аппаратам тяжелее воздуха, он интересовался одним из первых самолётов с воздушными винтами, изобретённым А. Ф. Можайским. В фундаментальной монографии Д. И. Менделеева, посвящённой вопросам сопротивления среды, есть раздел о воздухоплавании; вообще же учёным на эту тему, сочетающую в его творчестве указанное направление исследований с развитием изучения в области метеорологии, написано 23 статьи.[12][24][69]

Кораблестроение. Освоение Крайнего Севера

Являя собой развитие исследований газов и жидкостей, труды Д. И. Менделеева по сопротивлению среды и воздухоплаванию находят продолжение в работах, посвящённых кораблестроению и освоению арктического мореплавания.
Фотопортрет Д. И. Менделеева
Эта часть научного творчества Д. И. Менделеева в наибольшей степени определяется его сотрудничеством с адмиралом С. О. Макаровым — рассмотрением научных сведений, полученных последним в океанологических экспедициях, их совместными трудами, связанными с созданием опытового бассейна, идея которого принадлежит Дмитрию Ивановичу, принимавшему активнейшее участие в этом деле на всех этапах его реализации — от решения проектных, технических и организационных мероприятий — до строительных, и связанных непосредственно с испытаниями моделей судов, после того как в 1894 году бассейн, наконец, был построен. Д. И. Менделеев с энтузиазмом поддерживал усилия С. О. Макарова, направленные на создание большого арктического ледокола.
Ледокол, сконструированный в начале XX века Д. И. Менделеевым. Модель по чертежам учёного выполнена под руководством А. И. Дубравина в 1969 году. Музей-архив Д. И. Менделеева (СПбГУ)
Когда в конце 1870-х годов Д. И. Менделеев занимался изучением сопротивления среды, им была высказана мысль о постройке опытового бассейна для испытания судов. Но только в 1893 году по просьбе управляющего морским министерством Н. М. Чихачёва учёный составляет записку «О бассейне для испытания судовых моделей» и «Проект положения о бассейне», где трактует перспективу создания бассейна как часть научно-технической программы, подразумевающей не только решение задач судостроения военно-технического и торгового профиля, но и дающей возможность осуществления научных исследований.

Занимаясь изучением растворов, Д. И. Менделеев в конце 1880-х — начале 1890-х годов проявляет большой интерес к результатам исследований плотности морской воды, которые были получены С. О. Макаровым в кругосветном плавании на корвете «Витязь» в 1887—1889 годах. Эти ценнейшие данные чрезвычайно высоко оценивал Д. И. Менделеев, включивший их в сводную таблицу величин плотности воды при разных температурах, которую он приводит в своей статье «Изменение плотности воды при нагревании».

Продолжая взаимодействия с С. О. Макаровым, начатые при разработке порохов для морской артиллерии, Д. И. Менделеев включается в организацию ледокольной экспедиции в Северный Ледовитый океан.

Выдвинутая С. О. Макаровым идея этой экспедиции нашла отклик у Д. И. Менделеева, видевшего в таком начинании реальный путь решения многих важнейших экономических проблем: связь Берингова пролива с другими русскими морями положила бы начало освоению Северного морского пути, что делало доступными районы Сибири и Крайнего севера.

Ваша мысль блистательна, — пишет он С. О. Макарову, — и рано или поздно неизбежно выполнится и разовьётся в дело большого значения не только научно-географическое, но и в живую практику.[12]

Инициативы были поддержаны С. Ю. Витте и уже осенью 1897 года правительство принимает решение о финансировании постройки ледокола. Д. И. Менделеев был включён в состав комиссии, занимавшаяся вопросами, связанными с постройкой ледокола, из нескольких проектов которого был предпочтён предложенный английской фирмой. Первому в мире арктическому ледоколу, построенному на верфи Armstrong Whitworth, было дано имя легендарного покорителя Сибири — «Ермак», и 29 октября 1898 года он был спущен на воду на реке Тайн в Англии.

В 1898 году Д. И. Менделеев и С. О. Макаров обратились к С. Ю. Витте с докладной запиской «Об исследовании Северного Полярного океана во время пробного плавания ледокола „Ермак“», излагавшей программу экспедиции, планировавшейся к проведению летом 1899 года, в осуществление астрономических, магнитных, метеорологических, гидрологических, химических и биологических исследований.

Модель строящегося ледокола в опытовом судостроительном бассейне Морского министерства была подвергнута испытаниям, включавшем помимо определения скорости и мощности гидродинамическую оценку винтов и исследование остойчивости, сопротивления нагрузкам поперечной качке, для ослабления воздействий которой было внесено ценное техническое усовершенствование, предложенное Д. И. Менделеевым, и впервые применённое в новом корабле.

В 1901—1902 годах Д. И. Менделеев создал проект арктического экспедиционного ледокола. Учёным разработан высокоширотный «промышленный» морской путь, подразумевавший прохождение судов вблизи Северного полюса. Гибель в 1904 году на борту броненосца "Петропавловск" С. О. Макарова наносит сильный удар по работе. Изучение северного ледовитого океана по настоящему начнётся лишь в СССР.[источник не указан 2839 дней]

Теме освоения Крайнего Севера Д. И. Менделеевым посвящено 36 работ.[12]

Метрология

Менделеев был предтечей современной метрологии, в частности — химической метрологии. Он является автором ряда работ по метрологии. Создал точную теорию весов, разработал наилучшие конструкции коромысла и арретира, предложил точнейшие приёмы взвешивания.

Наука начинается с тех пор, как начинают измерять. Точная наука немыслима без меры.

Д. И. Менделеев

Высочайшим указом 8 июня 1893 году было утверждено Положение о Главной палате мер и весов, которую возглавил Д. И. Менделеев[72] (ныне Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии имени Д.И. Менделеева). Для разработки нового закона о мерах и весах в феврале 1897 года была создана государственная комиссия о пересмотру действующего закона под председательством министра финансов В. И. Ковалевского. «Положение о мерах и весах» и новый штат Главной палаты мер и весов 24 мая 1899 года были рассмотрены Государственным советом и Высочайше утверждены 4 июня 1899 года.

Д. И. Менделеев поставил перед собой три задачи, разрешение которых, по его мнению, должно было коренным образом изменить существующее положение дел в области и мер и весов: возобновление русских прототипов длины и массы; создание центрального метрологического учреждения с хорошо оборудованными для научных работ лабораториями; организация поверочного дела на новых началах. В 1899 году были созданы три платиново-иридиевые эталона аршина и три платиново-иридиевого эталона фунта, а также специальный эталон — платиново-иридиевая полусажень. Масса эталона фунта была определена Менделеевым с точностью до 0,000072 грамма

8 (21) октября 1901 года по инициативе Дмитрия Ивановича Менделеева в Харькове была открыта первая на Украине поверочная палатка для выверки и клеймения торговых мер и весов. С этого события берёт начало не только история метрологии и стандартизации на Украине, но и более чем столетняя история ННЦ «Институт метрологии».

Пороходелие

Основная статья: Пироколлодийный порох
Существует ряд противоречивых мнений о работах Д. И. Менделеева, посвящённых бездымному пороху. Документальные сведения говорят о следующем их развитии.

В мае 1890 года от лица Морского министерства вице-адмирал Н. М. Чихачёв предложил Д. И. Менделееву «послужить научной постановке русского порохового дела», на что учёный, уже ушедший из университета, в письме выразил согласие и указал на потребность заграничной командировки с включением специалистов по взрывчатым веществам — профессора Минных офицерских классов И. М. Чельцова, и управляющего пироксилиновым заводом Л. Г. Федотова, — организации лаборатории взрывчатых веществ.[12]

В Лондоне Д. И. Менделеев встречался с учёными, у которых пользовался неизменным авторитетом: 15—25 июня — с Ф. Абелем (председатель Комитета по взрывчатым веществам, открывший кордит), Дж. Дьюаром (член комитета, соавтор кордита), У. Рамзаем, У. Андерсоном, А. Тилло и Л. Мондом, Р. Юнгом, Дж. Стоксом и Э. Франкландом. 21 июня посетил завод скорострельного оружия и пороха Норденфельда-Максима, где сам производил испытания; 22 июня вместе с И. М. Чельцовым посетил полигон Вулвичского арсенала и отмечает в записной книжке: «Бездымный порох: пироксилин+нитроглицерин+касторовое масло; тянут, режут чешуйки и проволочные столбики. Дали образцы…»). Далее — Париж. Французский пироксилиновый порох был строго засекречен (технология опубликована лишь в 1930-х годах). Встретился с Л. Пастером, П. Лекоком де Буабодраном, А. Муассаном, А. Ле Шателье, М. Бертло (один из руководителей работ по пороху), — со специалистами по взрывчатым веществам А. Готье и Э. Сарро[en] (директор Центральной лаборатории порохов и селитр Франции) и другими. Учёный обратился к Военному министру Франции Ш. Л. Фрейсине за допуском на заводы — через два дня Э. Сарро принял Д. И. Менделеева в своей лаборатории, показал испытание пороха; Арну и Э. Сарро дали «для личного пользования» образец (2 г), но состав и свойства его показали непригодность для крупнокалиберной артиллерии.[12]

В середине июля 1890 года в Санкт-Петербурге Д. И. Менделеев указал на необходимость лаборатории (открыта только летом 1891 года), а сам, с Н. А. Меншуткиным, Н. П. Фёдоровым, Л. Н. Шишковым, А. Р. Шуляченко, начал опыты в университетской. Осенью 1890-го на Охтинском заводе он участвовал в испытаниях бездымного пороха на различных типах оружия, — запросил технологию. В декабре Д. И. Менделеевым получена растворимая нитроклетчатка, а в январе 1891 — та, которая «растворяется, как сахар», названная им пироколлодием.[12][46]

Большое значение Д. И. Менделеев придавал промышленной и экономической стороне пороходелия, — использованию только отечественного сырья; изучил получение серной кислоты из местных колчеданов на заводе П. К. Ушкова в городе Елабуге Вятской губернии (где позднее в малом объёме и начали производить порох), — хлопчатобумажных «концов» с русских предприятий. Началось производство на Шлиссельбургском заводе под Санкт-Петербургом. Осенью 1892 года, с участием главного инспектора артиллерии морского флота адмирала С. О. Макарова, испытан пироколлодийный порох, получивший высокую оценку военных специалистов. За полтора года под руководством Д. И. Менделеева разработана технология пироколлодия — основы отечественного бездымного пороха, своими качествами превосходящего иностранные. После испытаний 1893 года адмирал С. О. Макаров подтвердил пригодность нового «бездымного зелья» для использования в орудиях всех калибров.[12][31]

Д. И. Менделеев был занят пороходелием до 1898 года. Привлечение Бондюжинского и Охтинского заводов, Морского пироксилинового завода в Санкт-Петербурге, вылилось в противостояние ведомственных и патентных интересов. С. О. Макаров, отстаивая приоритет Д. И. Менделеева, отмечает его «крупные услуги по решению вопроса о типе бездымного пороха» для Морского министерства, откуда 1895 году учёный ушёл с должности консультанта; он добивается снятия секретности — «Морской сборник» под рубрикой «О пироколлодийном бездымном порохе» (1895, 1896) публикует его статьи, где сопоставляя различные пороха с пироколлодием по 12 параметрам, констатирует его очевидные преимущества, выраженные — постоянством состава, однородностью, исключением «следов детонации»[73]

Влагая то, что могу в дело изучения бездымного пороха, я уверен, что служу, по мере сил, мирному развитию своей страны и научному познанию вещей, слагающемуся из попыток отдельных лиц осветить узнанное.[74]

Французский инженер Мессена, не кто иной, как эксперт Охтинского порохового завода, заинтересованный в своей технологии пироксилина, добился от также заинтересованных производителей признания идентичности последнего пироколлодийному — Д. И. Менделеева[75][76]. Вместо развития отечественных изысканий, покупали иностранные патенты — право на «авторство» и производство менделеевского пороха присвоил себе находившийся тогда в Санкт-Петербурге младший лейтенант ВМФ САСШ Д. Бернаду (англ. John Baptiste Bernadou), «по совместительству» сотрудник ONI (англ. Office of Naval Intelligence — Управление военно-морской разведки)[77], раздобывший рецептуру, и, никогда ранее не занимаясь этим, вдруг с 1898 года «увлёкшийся разработкой» бездымного пороха, а в 1900 году получивший патент на «Коллоидную взрывчатку и её производство» (англ. Colloid explosive and process of making same) — пироколлоидный порох…, в своих публикациях он воспроизводит выводы Д. И. Менделеева. И Россия, «по извечной своей традиции», в Первую мировую войну в огромном количестве покупала его, этот порох, в Америке, а изобретателями до сих пор указываются моряки — лейтенант Д. Бернаду и капитан Дж. Конверс (англ. George Albert Converse).[74][75][78][79]

Исследованиям по теме пороходелия, опирающихся на его фундаментальные труды по изучению водных растворов, и напрямую связанных с ними, Дмитрий Иванович посвятил 68 статей.[12]

Об электролитической диссоциации

К развитию теории растворов Д. И. Менделеева продолжал проявлять интерес и в конце 1880-х — 1890-х годов. Эта тема приобрела особое значение и злободневность после оформления и начала успешного применения теории электролитической диссоциации (С. Аррениус, В. Оствальд, Я. Вант-Гофф). Д. И. Менделеев пристально наблюдал за развитием этой новой теории, однако воздерживался от какой-либо категорической её оценки.
Участники празднования 200-летия Берлинской академии наук: Слева направо стоят: А. Ладенбург, С. Иоргенсен, Э. Гельд, Г. Ландольт, К. Винклер, Т. Торпе; сидят: Я. Вант-Гофф, Ф. Ф. Бейльштейн, У. Рамзай, Д. И. Менделеев, А. Байер, А. Косса. 1900
Д. И. Менделеев обстоятельно рассматривает некоторые доводы, к которым обращаются сторонники теории электролитической диссоциации при доказательстве самого факта разложения солей на ионы, в том числе понижения температуры замерзания и других факторов, определяющихся свойствами растворов. Этим и другим вопросам, связанным с пониманием данной теории, посвящена его «Заметка о диссоциации растворённых веществ»[80]. Он говорит о возможности соединений растворителей с растворёнными веществами и влиянии их на свойства растворов. Не утверждая безапелляционно, Д. И. Менделеев, в то же время указывает на потребность не сбрасывать со счето́в возможность многостороннего рассмотрения процессов: «прежде, чем признавать в растворе соли MX диссоциацию на ионы M+X, следует по духу всех сведений о растворах, искать для водных растворов солей MX воздействия с H2О дающего частицы MOH + HX, или же диссоциации гидратов MX (n + 1) H2О на гидраты MOHmH2O + HX (n — m) H2O или даже прямо гидратов MXnH2О на отдельные молекулы».

Из этого следует, что Д. И. Менделеев не отрицал огульно саму теорию, а в большей степени указывал на потребность её развития и понимания с учётом последовательно разработанной теории взаимодействия растворителя и растворённого вещества. В примечаниях раздела «Основ химии», посвящённого теме, он пишет: «…для лиц, желающих изучить химию подробнее, весьма поучительно вникнуть в совокупность сведений сюда относящихся, которые можно найти в „Zeitschrift für physikalische Chemie“ за годы начиная с 1888».

В конце 1880-х годов между сторонниками и противниками теории электролитической диссоциации развернулись интенсивные дискуссии. Наибольшую остроту приобрела полемика в Англии, причём связана она была именно с работами Д. И. Менделеева. Данные по разбавленным растворам явились основой доводов сторонников теории, а противники обращались к результатам исследований растворов в широких областях концентраций. Наибольшее внимание отводилось растворам серной кислоты, хорошо исследованным Д. И. Менделеевым. Многие английские химики последовательно развивали точку зрения Д. И. Менделеева на присутствие в диаграммах «состав — свойство» важных точек. Сведения эти использовали в критике теории электролитической диссоциации Х. Кромптон, Э. Пикеринг, Г. Е. Армстронг и другие учёные. Их указание на точку зрения Д. И. Менделеева и данные о растворах серной кислоты в виде основных аргументов своей правоты расценивалось многими учёными, в том числе и немецкими, как противопоставление «гидратной теории Менделеева» теории электролитической диссоциации. Это привело к предвзятому и остро критическому восприятию позиций Д. И. Менделеева, например, тем же В. Нернстом.

В то время как данные эти относятся к очень сложным случаям равновесий в растворах, когда, помимо диссоциации, молекулы серной кислоты и воды образуют сложные полимерные ионы. В концентрированных растворах серной кислоты наблюдается параллельное протекание процессов электролитической диссоциации и ассоциации молекул. Отрицать справедливость теории электролитической диссоциации не даёт основания даже выявляемое благодаря электропроводности (по скачкам линии «состав — электропроводность») присутствие разнообразных гидратов в системе H2O — H2SO4. Требуется осознание факта одновременного протекания ассоциации молекул и диссоциации ионов[12]. В преодолении кажущегося противоречия теорий Аррениуса и Менделеева принадлежит русскому учёному И. А. Каблуков, который ввёл в науку представление о гидратации ионов, а в 1888 году физиохимик В. А. Кистяковский высказал идею об объединении химической теории растворов Менделеева с учением об электролитической диссоциации Аррениуса.

Менделеев — экономист и футуролог

И. Н. Крамской. Д. И. Менделеев. 1878. Масло

Д. И. Менделеев был также выдающимся экономистом, обосновавшим главные направления хозяйственного развития России. Вся его деятельность, будь то самые отвлечённые теоретические изыскания, будь — строгие технологические исследования, непременно, теми или иными путями, следствием имела практическую реализацию, которая всегда подразумевала учтение и хорошее понимание экономического смысла.

С 1867 года Менделеев состоял членом Комитета Общества для содействия русской промышленности и торговли — первого всероссийского объединения предпринимателей.

Будущее русской промышленности Д. И. Менделеев видел в развитии общинного и артельного духа. Конкретно он предлагал реформировать русскую общину так, чтобы она летом вела земледельческую работу, а зимой — фабрично-заводскую на своей общинной фабрике. Внутри отдельных заводов и фабрик предлагалось развивать артельную организацию труда. Фабрика или завод при каждой общине — «вот что одно может сделать русский народ богатым, трудолюбивым и образованным».

Богатство и капитал Д. И. Менделеев считал функцией труда. «Богатство и капитал, — записывал он для себя, — равно труду, опыту, бережливости, равно началу нравственному, а не чисто экономическому». Состояние без труда может быть нравственно, если только получено по наследству. Капиталом, по мнению Менделеева, является только та часть богатства, которая обращена на промышленность и производство, но не на спекуляцию и перепродажу. Выступая против паразитического спекулятивного капитала, Д. И. Менделеев считал, что его можно избежать в условиях общины, артели и кооперации.

Таможенный тариф и протекционизм

В сентябре 1889 года министр финансов И. А. Вышнеградский предложил Менделееву заняться таможенным тарифом по химическим продуктам и представить доклад к январю 1890 года. Изучив необходимые материалы, Менделеев решил составить общий тариф, что предполагало разработку теоретических основ таможенной политики и системы распределения товаров. В январе 1890 года он представил доклад «Связь частей общего таможенного тарифа. Ввоз товаров», в котором разработал теоретические основы таможенного протекционизма и сформулировал принципы тарифной политики.

При разработке таможенного тарифа, писал Менделеев, следует исходить из того, что, во-первых, «таможенный тариф всегда будет делом времени, условий и обстоятельства страны, к которой прилагается»; во-вторых, «от тарифа можно ждать вполне благоприятных плодов лишь тогда, когда он установлен прочно, когда к нему есть возможность приноровиться и когда его система отличается целостностью»; в-третьих, тариф должен «ясно указывать всем и каждому его истинные цели и те начала, которые определяют размеры его „таможенных окладов“.»[81]

В октябре 1890 года Менделеев представил Вышнеградскому обширное «Добавление к докладной записке, относящейся к связи частей таможенного тарифа»

Вместе с С. Ю. Витте принимал участие в разработке Таможенного тарифа 1891 г. в России.

Д. И. Менделеев выступал горячим сторонником протекционизма и хозяйственной самостоятельности России. В своих работах «Письма о заводах», «Толковый тариф…» Д. И. Менделеев стоял на позициях защиты русской промышленности от конкуренции со стороны западных стран, связывая развитие промышленности России с общей таможенной политикой. Учёный отмечал несправедливость экономического порядка, позволяющего странам, осуществляющим переработку сырья, пожинать плоды труда работников стран-поставщиков сырья. Этот порядок, по его мнению, «имущему отдаёт весь перевес над неимущим».

В своём обращении к общественности — «Оправдание протекционизма» (1897) и в трёх письмах Николаю II (1897, 1898, 1901 — «писаны и посланы по желанию С. Ю. Витте, который говорил, что он один не в силах убедить») Д. И. Менделеев излагает некоторые свои экономические взгляды.

Он указывает на целесообразность беспрепятственного включения иностранных инвестиций в национальную промышленность. Учёный расценивает капитал как «временную форму», в которую «вылились в наш век некоторые стороны промышленности»; до какой-то степени, подобно многим современникам, идеализирует его, подразумевая за ним функцию носителя прогресса: «Откуда бы ни пришёл, везде родит новые капиталы, так обойдёт весь ограниченный шар Земли, сблизит народы и тогда, вероятно, утратит своё современное значение». По мнению Д. И. Менделеева, иностранные капиталовложения следует использовать, по мере накопления собственных российских, как временное средство для достижения национальных целей.

Притом учёный отмечает необходимость национализации нескольких жизненно важных регулирующих экономических составляющих и потребность создания системы образования как части покровительственной политики государства[12].