Top

Закон химической гармонии

Первого марта 1869 года он закрылся в своем кабинете сразу же после завтрака, взял пачку визиток, на обратной стороне каждой написал символы химических элементов и их свойства. А затем начал раскладывать эти карточки, как пасьянс.
Какое-то время было тихо, потом домочадцы услышали из-за закрытой двери: «У-у-у! Рогатая. Ух, какая рогатая! Я тя одолею. Убью-у!»
Это означало только одно: работа пошла.

Из цикла: «Жизнь замечательных идей»

В чудеса мы верим гораздо охотнее. Особенно, когда дело касается научных открытий. Годы напряженной работы, горы исписанной бумаги? Нет, нет! Мистическое озарение наяву или во сне. Формулы, считанные с информационного поля земли. Контакты с высшим разумом…
Такой подход ничуть не умаляет заслуг самого ученого, сделавшего великое открытие. Потому что – мы же понимаем! – только гению дается право на волшебство. Или даже колдовство.
Наверно, поэтому Менделеев и придумал свой вещий сон про таблицу. В скучную историю про то, что периодический закон был открыт им в процессе работы над учебником, журналисты попросту бы не поверили.

Учебник «Основы химии» Дмитрий Иванович Менделеев начал писать в декабре 1867 года. К тому времени учеными было уже открыто, взвешено и обмеряно 64 химических элемента. То есть, фактического материала Дмитрию Ивановичу хватало. Оставалось только определиться, как его систематизировать.

Менделеев был твердо убежден, что должен существовать закон, которому подчинялись бы все химические элементы – по отдельности и группами.
Только через год Менделеев нащупал некую закономерность и пришел к выводу, что между свойствами простых веществ и атомными массами элементов существует взаимосвязь. Вот только какая?

Конечно, если бы Менделеев знал о попытках своих предшественников выстроить химические элементы по возрастанию их атомных масс, ему не пришлось бы, что называется, изобретать велосипед…

Свое самое великое открытие Дмитрий Менделеев сделал в 35 лет. К тому времени он уже был магистром и профессором химии Петербургского университета.
Кстати, докторскую диссертацию он защитил в 22 года! И не одну, а сразу две. «Удельные объемы» и «О соединении спирта с водой». Может, отсюда и берет свои истоки легенда, что именно Менделеев изобрел сорокоградусную водку?

Про Дмитрия Ивановича еще при его жизни рассказывали множество легенд. Конечно, большинство этих историй – выдумка. Но были среди них и совершенно правдивые.

Правдивые истории про Менделеева
Говорят, что Менделееву удавалось все, за что бы он ни брался. Кроме шахмат, публичных выступлений и семейной жизни.
К семейной жизни Дмитрий Иванович не был приспособлен. Первая жена Менделеева Феозва Никитична раздражала его своим вниманием и заботой настолько, что он прятался от нее в дупле дуба. А если не успевал вовремя спрятаться — впадал в ярость, кричал, топал ногами.
Феозва Никитична рыдала и называла мужа «мучителем».
Через какое-то время «мучитель» приходил в себя и, терзаемый муками совести, пел фальшивым тенором под окном жены
тропарь иконе Казанской Божией Матери «Заступница усердная».

Человечество знакомо с химией – точнее с химическими процессами с того самого момента, как в первый костер была подброшена первая вязанка хвороста. Потом люди научились получать металлы из руды, выплавлять стекло, обжигать глину. Но только ремесленники знали настоящий секрет превращений природных материалов в металл, стекло или керамику. Остальные считали это тайной магией жрецов…
В VI веке до нашей эры тайная магия жрецов и секреты ремесленников были объединены универсальной теорией – учением о первоосновах природы. Автором этой теории был греческий философ Анаксимандр. Его учитель Фалес Милетский считал, что все многообразие явлений и вещей восходит к воде – первостихии, из которой появилась жизнь на Земле. Анаксимандр не согласился с учителем. Он выдвинул свою теорию: ни один из видимых четырех элементов – вода, огонь, воздух и земля – не могут претендовать на звание первоосновы. Первоосновой является «айперон» — бесконечное, бесформенное, бескачественное вещество, в котором содержатся все основные элементы.

Ученик Анаксимандра Анаксимен продолжил традицию споров с учителями. Он отверг теорию Анаксимандра и выдвинул свою: первоначало – воздух, при сгущении которого получаются вода, земля и камень, при разрежении — душа и огонь.

Древнегреческий философ Гераклит Эфесский считал первоэлементом огонь, Ксенофан Колофонский – поэт и философ – уверял, что первоматерия земля…

Идеи милетской школы натурфилософов обобщил и развил Эмпедокл из Агригента – создатель теории четырех начал мироздания. Согласно Эмпедоклу все в мире образовано при соединении вечных стихий: воды, воздуха, земли и огня под воздействием космических сил любви и ненависти. Теория Эмпедокла продержалась почти две тысячи лет.

 

Прародительницей химии была алхимия – искусство совершенствования веществ и человека. Главной целью алхимиков были золото и бессмертие.

Как наука или точнее, отдельная область знаний, алхимия появилась в Египте, во втором веке нашей эры. Тайное священное искусство жрецов распространилось со временем по Ближнему и Среднему Востоку.

Самым известным египетским алхимиком был Зосима. Примерно в 300 веке нашей эры он написал энциклопедию алхимии, которая состояла из 28 книг.

Самым прославленным арабским алхимиком был Джабир ибн Хайян, который жил в конце VIII века нашей эры. Европе он был известен под именем Гебер. Гебер полагал, что сера и ртуть являются двумя основными элементами и противоположными началами. Именно из них образуются семь известных на тот момент металлов. В том числе и золото.

 

Алхимики занимались не только трансмутацией металлов. Их достижения в XII-XIII веках широко использовала европейская промышленность. Например, рецепты алхимиков пригодились для обработки металлов, для производства спирта, усовершенствования процесса перегонки. Самым важным достижением алхимии было, пожалуй, открытие серной и азотной кислоты. Именно европейские химики-алхимики научились получать купорос, квасцы, соли азотной, серной и соляной кислот.

 

В конце XIV века интерес алхимиков к золоту начал постепенно угасать. Считается, что современная химия зародилась как раз в это время. Алхимия переключилась с трансмутации металлов на производство меди, латуни, уксуса, оливкового масла. Опыт алхимиков стали использовать в горном деле и в медицине.

 

Парацельс: «Основная задача алхимии – не получение золота и серебра, а изготовление лекарственных веществ».

Швейцарский врач Филипп фон Гогенгейм, которого история знает под именем Парацельса, считал, что все, происходящее в организме человека, это химические реакции. Он соединил химию с медициной, получилась новая отрасль науки – ятрохимия.

Их алхимической традиции Парацельс заимствовал учение о трех основных материях, которые составляют основу макрокосма – Вселенной, и микрокосма — человека. Это ртуть, сера и соль. Их основные макрокосмические качества летучесть, горючесть и твердость. А на уровне микрокосма они отвечают за дух, душу и тело.

Парацельс был уверен, что успех лечения любой болезни зависит от способности врача выделять чистые начала из нечистых субстанций и умения нейтрализовать вредные вещества. Например, паралич наступает от ртути. Следовательно, нужно вывести из организма больного избыток ртути, и паралич отступит.

 

В семнадцатом веке ятрохимия отошла на второй план, уступив место корпускулярной теории. Ее автором был французский философ, математик, физик и физиолог Рене Декарт.

Декарт: «Все тела состоят из многочисленных мелких частиц различной формы и размеров, которые не настолько точно прилегают друг к другу, чтобы вокруг них не оставалось промежутков; эти промежутки не пустые, а наполнены разреженной материей».

Декарт полагал, что его «мелкие частицы» не являются атомами. То есть, они могут делиться до бесконечности.

 

Химия, как научная дисциплина, появилась в 1670 году. Ее начали преподавать в ведущих европейских университетах наряду с медициной и натурфилософией. Первый учебник химии написал французский врач и фармацевт Николя Лемери.

Лемери: «Химия есть искусство, учащее, как разделять различные вещества, содержащиеся в смешанных телах. Я понимаю под смешанными телами те, которые образуются в природе, а именно: минералы, растительные и животные тела».

Лемери выделял пять основных материальных начал веществ: спирт, масло, соль, вода и земля. Первые три начала – активные, вода и земля – пассивные, так как ослабляют «живость» активных начал.

 

В конце восемнадцатого века в химии произошел настоящий переворот. Английские химики Стивен Хейлз и Генри Кавендиш установили, что воздух – это смесь разных «воздухов». И тем самым нанесли первый удар по элементам-стихиям. За очень кроткий промежуток времени были открыты водород, кислород, азот. Затем последовал второй удар по натурфилософии, когда выяснилось, что вода – это не простое вещество, а смесь кислорода и водорода.

 

Первым, кто попытался как-то систематизировать химические элементы, был французский химик Антуан Лоран Лавуазье. Вместе со своими коллегами Антуаном Франсуа де Феркуа и Гитоном де Морво, Лавуазье разработал логическую систему химических элементов. Он назвал свой труд «Метод химической номенклатуры». Метод был опубликован в 1787 году. В нем было описано примерно 35 простых веществ с указанием их химических свойств. Впоследствии оказалось, что только 23 вещества из списка Лавуазье были простыми, то есть, на самом деле являлись элементами. Лавуазье не делал разницы между понятиями «химический элемент» и «вещество, состоящее из атомов одного элемента».
Путаница с понятиями «атом» и «молекула», а также с атомными и молекулярными весами закончилась только в середине 19 века. Точнее – в сентябре 1860 года. В Карлсруэ. На Международном конгрессе химиков. Где итальянский ученый Станислао Канниццаро предложил четко разграничить понятия «атом», «молекула», «эквивалент». Свою теорию итальянский химик изложил в отдельной брошюре, которую раздал всем участникам конгресса – 140 ученым из разных стран мира, в том числе русскому химику Дмитрию Ивановичу Менделееву и немецкому ученому Юлиусу Лотару Мейеру.

«Я также получил экземпляр… Я перечитал его не раз… Меня поразила ясность, с которой там говорится о важнейших спорных пунктах. С моих глаз спала пелена, исчезли все сомнения. Взамен появилось чувство спокойной уверенности». Юлиус Лотар Мейер, немецкий химик.

Теория Канниццаро открыла дорогу для создания периодического закона.
Юлиус Лотар Мейер был тогда, пожалуй, ближе всех к этому открытию. В 1864 году он опубликовал свою первую таблицу химических элементов.
Мейер разместил элементы в соответствии с валентностью и в порядке увеличения атомных масс. Почти также, как расположит их потом в своей таблице Менделеев. И пустые места для пока еще не открытых элементов Мейер тоже оставил. Но он не сделал никаких теоретических выводов из своей системы.

Спустя шесть лет, уже после того, как Менделеев обнародует свой Периодический закон, Мейер опубликует исправленную периодическую таблицу в журнале «Анналы химии и фармации» и заметит вскользь: «В существенном моя таблица идентична с данной Менделеевым»

Менделеев отреагирует незамедлительно.

Менделеев: «Лотар Мейер раньше меня не имел в виду периодического закона, а после меня ничего нового к нему не прибавил».

Правдивые истории про Менделеева
Говорят, однажды Менделееву предложили место в лаборатории по исследованию пороха. И оклад — 30 тысяч годовых. Дмитрий Иванович отказался. Он сказал: «Буду работать, если станете платить две тысячи. Тридцать – это кабала. А две тысячи – тьфу! Захочу и уйду…»

В лаборатории по исследованию пороха он проработал всего четыре года. Но за этот срок успел изобрести бездымный порох. Правда, рецепт этого пороха по вечному российскому головотяпству уплыл в Америку. И в 1914 году русское военное ведомство было вынуждено закупать «менделеевский» порох у Штатов.

По большому счету претендовать на открытие периодического закона могли многие химики, которые задолго до Мейера пытались систематизировать химические элементы, взяв за основу атомную массу веществ – величину постоянную и неизменную.

Например, немецкий химик Иеремия-Вениамин Рихтер в 1793 году выстроил элементы по возрастанию их атомных масс. Рихтер расположил в один ряд близкие по химическим свойствам металлы: натрий и калий; магний, кальций, стронций и барий. Система Рихтера не отличалась ни стройностью, ни законченностью, но в ней уже прослеживались некоторые закономерности.

 

В 1817 году немецкий химик Иоганн Вольфганг Дёберейнер объединил щелочноземельные элементы кальций, стронций и барий в одну группу – триаду. Через двенадцать лет он нашел еще три группы элементов, схожих по своим химическим свойствам. Дёберейнер также обнаружил, что в его триадах атомная масса среднего элемента примерно равна среднему арифметическому атомных масс двух крайних элементов. Используя свое правило, Дёберейнер вычислил атомную массу брома из триады «хлор-бром-йод». Получилось примерно 81 атомная единица. Впоследствии это подтвердилось экспериментально. Атомная масса брома оказалась равна 79,9.

 

Русский химик Герман Иванович Гесс добавил к четырем триадам Дёберейнера еще две. В 1849 году он подробно рассмотрел эти группы в учебнике «Основания чистой химии». Но отметил при этом: «Эта классификация еще очень далека от того, чтобы быть естественной, но она все-таки соединяет элементы в группы весьма сходные, и с распространением наших сведений она может усовершенствоваться». Считается, что именно Гесс ввел понятие «группа элементов».

 

В 1862 году французский химик Александр Эмиль Бегуйе де Шанкуртуа высказал предположение, что свойства химических элементов являются функцией чисел. То есть, вполне вероятно, что они подчиняются некоему математическому закону. Шанкуртуа первым предпринял попытку собрать все известные на тот момент химические элементы в одну таблицу. Он создал оригинальную пространственную схему, где элементы располагались по спирали вокруг цилиндра в порядке возрастания их атомных масс. Близкие по химическим свойствам элементы находились на одной вертикальной линии. Шанкуртуа назвал свою модель «Земная спираль». К сожалению, земная спираль Шанкуртуа никого не заинтересовала.

«Закон октав» — так назвал свою таблицу химических элементов английский химик Джон Александр Рейна Ньюлендс. В 1865 году, за четыре года до открытия Менделеева, Ньюлендс обнаружил, что химические свойства элементов повторяются с определенной периодичностью. Если расположить все элементы в ряд по мере возрастания их атомного веса, то свойства любого элемента, выбранного произвольно, будут повторяться через семь номеров. Как ноты в музыкальной октаве. Кстати, Ньюлендс был первым, кто пронумеровал все химические элементы.
Лондонское химическое общество встретило доклад Ньюлендса о законе октав более чем прохладно. Один из профессоров даже спросил с иронией, не пробовал ли Ньюлендс расположить элементы в алфавитном порядке, может быть и в этом случае найдется какая-то закономерность. Однако через 22 года Лондонское химическое общество признало заслуги Ньюлендса и наградило его медалью имени Дэви «за открытие периодического закона». Парадокс ситуации заключался в том, что ту же самую медаль и с той же самой формулировкой Дмитрий Иванович Менделеев уже получил пятью годами раньше…
Правдивые истории про Менделеева
Когда Менделеев служил ученым-хранителем Депо образцовых гирь и весов, ему приходилось помимо научной работы заниматься выбиванием денег на реконструкцию здания.
Однажды он замыслил такую хитрость: пригласил в Депо Его Императорское Величество. А перед приходом венценосной особы приказал своим служащим завалить коридоры разным хламом из подвала. «Под ноги, под ноги ставьте! – руководил сотрудниками Менделеев. – Чтобы переступать надо было! Ведь не поймут, что тесно. Надо, чтобы спотыкались, тогда поймут!»
Хитрость удалась. Деньги Менделееву дали.

Утром 1 марта 1869 года Менделеев заперся в своем кабинете и начал колдовать над карточками. Он перекладывал их из одного горизонтального ряда в другой, располагая элементы по группам, объединяя ближайших «химических родственников».

Менделеев выстраивал элементы строго в порядке возрастания атомных масс. Впрочем, если атомная масса не соответствовала тому месту, которое элемент занимал в таблице, Менделеев попросту… исправлял массу!
Так бериллий у Менделеева стал весить не 14 атомных единиц, а 9 целых 4 десятых. Что, кстати, подтвердилось только через 10 лет.

Дмитрий Иванович работал над системой элементов целый день. Прерывался всего три раза: пообедать, поужинать и поиграть с годовалой дочерью. Вечером он набело переписал составленную им таблицу и послал ее в типографию.
Свойства химических веществ повторялись в периодической системе через семь элементов у восьмого. Менделеев был настолько уверен в правильности своей системы, что оставил три пустых клетки для еще не открытых элементов.
Это было, пожалуй, самым важным в Периодическом законе Менделеева — возможность предсказывать будущие открытия.

Элементы, которые еще только предстояло найти, Менделеев назвал экабор, экаалюминий и экасилиций. «Эка» — значит «подобный».

Менделеев: «Мне кажется, наиболее интересным из несомненно недостающих металлов будет тот, который принадлежит к 4 группе аналогов углерода, а именно к 3 ряду. Это будет металл, следующий тотчас за кремнием, и поэтому назовем его «экасилицием».

Отпечатанную в типографии таблицу Менделеев разослал своим российским и европейским коллегам. Бурных аплодисментов и поздравлений не последовало. Отзывы от зарубежных коллег были очень нелицеприятными.

«Открыт не закон, а принцип чего-то неопределенного». Вильгельм Оствальд, немецкий физиохимик.

«Менделеев увлекает химиков в надуманный мир чистых абстракций». Роберт Бунзен, немецкий химик.

А коллеги из Лейпцигского университета и вовсе назвали открытие Менделеева спекулятивным…

Правдивые истории про Менделеева
Говорят, что однажды Менеделеев увлекся аграрными исследованиями. В своем имении Боблово он выделил одно поле под опыты и экспериментировал с разными удобрениями. Хлеб на этом поле вырос какой-то совершенно замечательный. Удивленные крестьяне спросили Менделеева: «Талант у тебя, барин, али случай?» «Конечно, братцы, талант!» — ответил Менеделеев.
Он и в самом деле был талантлив во всем. С блеском занимался судебной экспертизой, сыроварением, разработкой таможенного тарифа, усовершенствованием керосиновых ламп, проектированием ледокола и изобретением пульсирующего насоса. Его даже пытались обвинить в промышленном шпионаже, когда он путешествовал по Америке и по заказу русских нефтянников вызнавал секреты перегонки нефти.
А вот водку, вопреки распространенному мнению, Мендлеев не изобретал. Более того, в своей монографии «К познанию России» специально отметил: «Я на своем веку никогда водки не пил и даже вкус ее знаю очень мало, не больше вкуса многих солей и ядов».

Первое предсказание Менделеева сбылось в 1875 году. Французский химик Поль-Эмиль Лекок де Буабодран открыл «экаалюминий». Он назвал его галлием, в честь своей родины Франции.

«Я думаю, нет необходимости настаивать на огромном значении подтверждения теоретических выводов господина Менделеева». Лекок де Буабодран.

Менделеев абсолютно точно предсказал свойства экаалюминия-галлия, атомную массу, предугадал, что это будет очень легкоплавкий металл. Вот только с плотностью вышла неувязка. Менделеев высчитал, что плотность экаалюминия должна составлять 5,9 грамм на сантиметр в кубе. А Буабодран уверял, что открытый им галлий имеет плотность 4,7.
Что в этой ситуации делает Менделеев, который и в глаза-то не видел новый металл? Он заявляет, что Буабодран… ошибся в расчетах!
Между русским и французским химиком завязался спор, больше похожий на игру. В конце концов, после дополнительных измерений выяснилось, что Менделеев был прав. Буабодран признал ошибку.

В 1879 году шведский химик Ларс Нильсон открыл новый элемент и назвал его «скандий». В честь родины Нильсона Скандинавии.

«Не остается никакого сомнения, что в скандии открыт экабор. Так подтверждаются нагляднейшим образом соображения русского химика, которые не только дали возможность предсказать существование скандия и галлия, но и предвидеть заранее их важнейшие свойства». Ларс Нильсон.

Последний элемент, предсказанный Менделеевым – экасилиций – был открыт в 1886 году профессором Горной академии во Фрайбурге, немецким химиком Клеменсом Винклером.
Винклер, по уже сложившейся традиции, назвал этот элемент германием, в честь своей родины. И это почему-то вызвало очень резкие возражения со стороны европейских химиков. Винклера обвинили в национализме и в присвоении открытия Менделеева.
Затравленный немецкий химик обратился за советом к самому Менделееву. Дмитрий Иванович тут же выступил на защиту Винклера и напомнил коллегам, что именно первооткрыватель нового элемента должен дать ему название.

После открытия галлия, скандия и германия споры вокруг Периодического закона Менделеева закончились.
Был, правда, еще один всплеск неприятностей в 1894 году. Когда английские ученые Уильям Рамзай и Джон Уильям Стретт открыли аргон, которому поначалу не нашлось места в Периодической системе элементов. Бурные дискуссии растянулись на целых шесть лет. Сомневающихся в справедливости Периодического закона было предостаточно.
Но вскоре были открыты и другие благородные газы. И в 1900 году Менделеев добавил в свою систему «нулевую» группу химических элементов. Все сразу встало на свои места. Таблица вновь обрела стройность гармоничной системы.

Менделеев: «По-видимому, периодическому закону будущее не грозит разрушением, а только надстройки и развитие обещает, хотя как русского меня хотели затереть, особенно немцы».

Правдивая история про Менделеева
Кто-то однажды подсчитал, что только девять процентов трудов Менделеева имеют непосредственное отношение к химии. По большому счету, химией Менделеев увлекался только в молодости.
Главным увлечением Дмитрия Ивановича с юности до глубокой старости, было… изготовление чемоданов.
Материалы для чемоданов он закупал в Гостином дворе.
Однажды, перебирая ткани, Менделеев услышал за спиной шепот: «Кто этот почтенный господин?»
«Таких людей знать надо! — также шепотом ответил приказчик. – Это же Менделеев! Чемоданных дел мастер…»

Ссылка на фильм: Режиссер Татьяна Малова, художник Владимир Моренко, «Цивилизация», 2009 год