Об истории открытия Дмитрием Менделеевым периодического закона

Президент РАН Александр Сергеев выступает на XXI Менделеевском съезде по общей и прикладной химии в Санкт-Петербурге, сентябрь 2019 года. Фото РИА Новости

«Изучение этой системы представляет собой несколько болезненное удовольствие».

У. Рамзай

«Так или иначе, но в поисках неизвестного надо же что‑то предположить».

У. Крукс

Сначала – о фразе Дмитрия Ивановича Менделеева, вынесенной в заголовок этой статьи. Она взята из следующего источника: Менделеев Д.И. Черновик письма Э. Эрленмейеру (ноябрь 1871 года) // Менделеев Д.И. Научный архив. Т. 1. Периодический закон / Отв. ред. тома акад. А.В. Топчиев. – М.: Изд‑во АН СССР, 1953. С. 705–708; С. 707. Речь идет об экспериментальных исследованиях Менделеевым редкоземельных элементов и поиска одного из предсказанных им экаметаллов (вероятнее всего, экасилиция, будущего германия). Надоело ему этим заниматься уже через полтора‑два месяца.

Традиционно, а особенно в последние три‑четыре десятилетия, в литературе принято подчеркивать такую отличительную черту научного творчества Д.И. Менделеева, как энциклопедизм. На биографов ученого едва ли не гипнотическое воздействие оказывают его слова о своих работах: «Все находится в генетической связи». Однако многие проблемные области сцепились в творчестве Менделеева, так сказать, по причинам его жизненных и умственных обстоятельств, что, разумеется, несколько ослабляет излюбленный менделееведами тезис о цельности и системности его мышления.

Homo Novus

18 октября (здесь и далее указаны даты по старому стилю. – «НГ») 1867 года 33-летний профессор Санкт‑Петербургского университета Дмитрий Иванович Менделеев был переведен с кафедры технической химии на кафедру химии (или общей химии, как он ее называл) в звании ординарного профессора, поскольку бывший профессор (то есть заведующий) этой кафедры А.А. Воскресенский уехал попечителем учебного округа в Харьков. Тогда же, в октябре, Менделеев начал читать лекции по неорганической химии для студентов первого курса физико‑математического факультета. Этот курс он читал ежегодно вплоть до своего ухода из университета в 1890 году. Его общая педагогическая нагрузка – в среднем пять лекционных часов в неделю (лекционный час тогда составлял 60 минут).

Естественно, Дмитрию Ивановичу надо было рекомендовать студентам какой‑то учебник. Однако ничего подходящего он не нашел и тогда решил написать свой, который назвал «Основы химии». В комментированном, с автобиографическими пометками, «Списке» своих сочинений он вспоминал: «Писать начал, когда стал после Воскресенского читать неорганическую химию в Университете и когда, перебрав все книги, не нашел, что следует рекомендовать студентам. Писать заставляли и многие друзья, например Флоринский, Бородин. Писавши, изучил многое».

Это – версия Менделеева. Однако был еще один важный стимул, заставивший Дмитрия Ивановича засесть за написание толстого учебника, – деньги.

К тому времени (1867) он уже начал реконструкцию купленного в 1865 году имения Боблово, которое намеревался сделать «образцовым» и проводить там сельскохозяйственные опыты. Кроме того, у него уже была семья, в 1865 году родился сын Владимир, осенью 1867 года стало ясно, что в семье появится второй ребенок (дочь Ольга родилась в мае 1868 года). Короче, нужны были деньги, а гонорар за учебник, который можно было переиздавать, мог стать неплохим дополнительным источником дохода. Не случайно приведенная выше запись из «Списка» заканчивалась словами: «Так как издавал сам, то получились и средства, а потом эта книга дала мне главный побочный доход – новыми изданиями». Правда, Дмитрий Иванович забыл упомянуть, что на издание учебника университетом ему было назначено денежное пособие. Более того, оно было ему назначено и для второго издания «Основ». С этим пособием связана история, редко упоминаемая его биографами.

В 1876 году в газете «Московские ведомости» (номер от 29 января) за подписью Homo Novus была опубликована статья, в которой сообщалось, что «одним профессором был издан учебник и деньги на издание были щедро и притом безвозвратно ассигнованы из университетской казны. Это бы еще ничего! Учебник пошел очень бойко, и весьма скоро потребовалось второе издание. Вот на это‑то второе издание деньги тоже были благодушно выданы университетским советом, хотя все издание наперед было запродано одному книгопродавцу… Как вам понравится сей образчик профессорской спекуляции?»

Конкретное имя «спекулянта» не называлось, но было известно, что так поступали многие университетские профессора. Естественно, все, на кого намекал автор газетной статьи, сделали вид, что к ним это не относится. И только Менделеев стал оправдываться.

За один вечер он написал полемическую заметку в газету «Голос», заявив, что «выдача пособия на издание сочинений, а особенно учебников, составляет достоинство, а не позор университетов… Я сам получил на второе издание своего сочинения «Основы химии» из специальных средств университета 600 р. (Про пособие на первое издание Менделеев решил не упоминать. – И.Д.) Правда, мое сочинение не есть учебник: это скорее изложение целой совокупности моих воззрений, часть которых вошла потом в мемуары, много раз публиковавшиеся. Сам я, в изложении своих лекций, его не придерживаюсь… Ни в наше, ни в какое другое министерство мое сочинение не было представлено для одобрения как учебник или руководство, а потому, строго говоря, и не может носить этого имени (строго говоря, этот аргумент к делу вообще не относится. – И.Д.) …Всякий знает, что такую книгу нельзя издать меньше, как в 5–7 тысяч рублей… (да, конечно, но «всякий знал» тогда, что и 600 рублей – деньги по тем временам не малые. – И.Д.). 

Сверх того, я и не продавал моего издания никому, а только имею комиссионера…  который платит мне за книгу по мере ее распродажи (т.е. сам не торговал, а действовал через комиссионера, и при этом «побочный доход» имел, что, конечно, круто меняет дело. – И.Д.)».

Дмитрий Иванович Менделеев. Николай Ярошенко. Д.И. Менделеев за рабочим столом. 1886

Первый выпуск «Основ» был опубликован в конце мая или в начале июня 1868 года. Видимо, Менделеев писал его зимой 1867/68 годов. Летом 1868 года он работал над вторым выпуском своего учебника, печатание которого было закончено в марте 1869 года. Именно в процессе работы над «Основами» Менделеев открывает Периодический закон.

«Первая проба»

История открытия Периодического закона и создания Периодической системы сложна и запутанна, как, впрочем, и сам закон.

Его первая статья об этом законе начиналась следующими словами: «Систематическое распределение элементов подвергалось в истории нашей науки многим разнообразным превратностям». Это так. Но об одном Дмитрий Иванович умолчал: проблема «систематического распределения элементов» была для научного сообщества сугубо маргинальной, а то и просто недостойной внимания серьезного ученого. К примеру, когда один из предшественников Менделеева – Джон Ньюлендс – представил Лондонскому Химическому обществу свой вариант классификации элементов (так называемый «закон октав»), один из присутствующих заметил: «А не пытался ли он [Ньюлендс] расположить элементы по алфавиту? Ведь любое расположение их может представлять случайные совпадения (occasional coincidences)».

Таким образом, Менделеев взялся за тему, которая в то время не только не представлялась актуальной, но и вызывала насмешки. И все‑таки он решил всерьез заняться проблемой классификации элементов.

Начальный этап своей работы («первую пробу») Дмитрий Иванович – разумеется, реконструируя события под связный нарратив, ибо подлинную историю он после долгих и мучительных поисков вряд ли уже мог и желал восстанавливать – представил так: «Первая проба, сделанная в этом отношении, была следующая: я отобрал тела с наименьшим атомным весом и расположил их по порядку величины их атомного веса. При этом оказалось, что существует как бы период свойств простых тел, и даже по атомности элементы следуют друг за другом в порядке арифметической последовательности величины их пая…»

Его замысел был замечательным, но построить полную систему, включавшую все 63 известных тогда элемента, было непросто, поскольку Дмитрий Иванович столкнулся со следующими трудностями:

– не все элементы были к тому времени (1869 год) известны, что, впрочем, составляло не только затруднение для построения системы, но и помогало реализации менделеевского замысла. Действительно, даже трудно представить, насколько усложнилась бы задача Менделеева, если бы в 1869 году были открыты все (или почти все) лантаниды и хотя бы половина актинидов, а также аргон. Для открытия Периодического закона и создания системы в XIX столетии нужно было иметь некое оптимальное число более или менее изученных элементов, которое и имелось в распоряжении химиков в 1869 году. На мой взгляд, наиболее способствующим открытию Периодического закона в середине XIX века числом элементов было бы 59–60 (это самое оптимальное количество, которое к 1869 году было превышено ненамного, «лишними», то есть затрудняющими поиск классификационного решения, как мне представляется, были Ce, Er, Di и, может быть, Th);

– не для всех открытых элементов были правильно определены атомные веса (причем оставалось неясным – какие именно атомные веса правильные, а какие – нет).

Притом что Дмитрий Иванович понимал: свойства элементов определяются не только величиной и весом атома, но и «внутренними различиями материи, входящей в состав атомов», то есть внутриатомной структурой. Но это понимание тогда оставалось лишь блестящей догадкой.

И что же в итоге у него получилось? После долгих мучений Менделеев создал вариант системы, который с несвойственной ему скромностью назвал «Опытом (то есть попыткой создания. – И.Д.) системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве». На рукописном листке с «Опытом» рукою Дмитрия Ивановича проставлена дата: 17 февраля 1869 года.

Гиперболическое изображение Периодического закона. Автор В.Я. Курбатов, 1925 г. Изображение из книги: «Юбилейному Менделеевскому съезду. В ознаменование 100-летней годовщины со дня рождения Д.И. Менделеева», Л., 1934

Таким образом, Менделеев к 17 февраля 1869 года понял главное – характер той фундаментальной зависимости, которая связывает между собой все химические элементы. Однако полученный результат, сколь бы важен он ни был сам по себе, никак не мог считаться окончательным, поскольку «Опыт» при всех его достоинствах не обладал ни цельностью, ни должной естественностью.

Отсюда – сложное отношение Менделеева к своему созданию. Включив «Опыт» в первую часть «Основ» и в статью «Соотношение свойств» (не считая отдельных листков с таблицей, отпечатанных для рассылки коллегам), Менделеев затем больше никогда его не публиковал.

Только в статье «О месте церия в системе элементов», представленной Физико‑математическому отделению Санкт‑Петербургской Академии наук академиком Н.Н. Зининым и адъюнктом А.М. Бутлеровым на заседании 24 ноября 1870 (!) года и опубликованной на немецком языке в «Бюллетенях» Академии, Менделеев приводит таблицу, озаглавленную просто и кратко – «Система элементов». Она и стала прообразом известной сегодня короткой формы системы, которую Менделеев в другой статье назвал «Естественной системой химических элементов» (1870).

Аналогичная таблица‑вклейка во второй части первого издания «Основ химии» (1871; в начале тома) имеет следующий заголовок: «Естественная система элементов Д. Менделеева». Приоритет, знаете ли, святое дело. Эта статья датирована 29 ноября 1870 года. Хотя Менделеев работал над ней одновременно со статьей «О месте церия», графическое выражение Периодического закона, представленное в «Естественной системе», является более совершенным и зрелым. Оно было включено Менделеевым во вторую часть первого издания «Основ химии» (1871).

Эта часть истории открытия Периодического закона была детально рассмотрена мною ранее (Дмитриев И.С. Научное открытие in statu nascendi // Дмитриев И.С. Человек эпохи перемен. Очерки о Д.И. Менделееве и его времени. СПб.: Химиздат, 2004. С. 90–207). К тому, что было мною изложено в этих работах, можно добавить, что определенное влияние на размышления Менделеева о соотношении элементов разных разрядов могли оказать соображения, высказанные в 1869 году некоторыми отечественными химиками, например Н.Н. Бекетовым и А.Н. Энгельгардтом.

Слеза Менделеева

Как бы там ни было, но Менделеев прекрасно понимал значимость сделанного им открытия. Однако предстояло еще убедить в этом других, для чего следовало прежде всего познакомить отечественных и, что особенно важно, зарубежных химиков с открытым им законом и созданной на его основе системой элементов. Это было важно и с приоритетной точки зрения.

Как известно, в день создания «Опыта» (17 февраля 1869 года) Менделеев, который «не скучал изучать все ветви сельского хозяйства» и имел к тому же «симпатии к артелям», должен был ехать в Тверскую губернию обследовать артельные сыроварни Н.В. Верещагина (брата известного художника‑баталиста). Однако открытие Периодического закона вынудило его отложить поездку на 12 дней, чтобы закончить статью «Соотношение свойств с атомным весом элементов».

Когда статья была написана, Менделеев передал рукопись Н.А. Меншуткину для публикации в «Журнале Русского химического общества» (ЖРХО) и для сообщения о своем открытии на предстоящем заседании РХО и отправился в субботу, 1 марта, на тверские сыроварни. (Меншуткин был делопроизводителем и редактором «Журнала РХО». Следует также отметить, что в 1860‑х годах он стал близким другом и помощником Менделеева. Как заметил злоязычный В.В. Марковников, «Меншуткин у него (Менделеева) не более как приказчик».) Меншуткин просьбу Менделеева исполнил и 6 марта сделал от имени последнего сообщение о Периодическом законе.

Заседание в отсутствие президента РХО – Н.Н. Зинина – вел Федор Николаевич Пургольд (1843–1882). Собрания общества начинались в 20 часов и обычно продолжались часа два. В тот вечер было заслушано 10 докладов, в основном по органической химии. Вряд ли у Н.А. Меншуткина было более 10 минут на сообщение о системе Менделеева. В протоколе общества сказано: «За отсутствием Д. Менделеева обсуждение этого сообщения отложено до следующего заседания». Следующее собрание состоялось 3 апреля 1869 года под председательством Ф.Н. Савченкова, но вопрос о классификации элементов ни тогда, ни позднее даже не поднимался.

В литературе часто дискутируется вопрос: почему Менделеев сам не выступил с докладом о своем открытии? Ответы давались разные. Если не считать сказок про то, что Менделеев 6 марта сам доложил в РХО о своем открытии, то обращает на себя внимание самая увеселительная версия событий, которую предложили Д.С. и Н.М. Чернавские: «Этот день (17 февраля 1869 года. – И.Д.) … выдался для Менделеева оень хлопотливым и нервозным. Нужно было сделать много разных дел и, в частности, написать заключение к «Началам химии» (авторы даже не удосужились узнать правильное название книги Менделеева. – И.Д.). Сроки сдачи рукописи прошли, издатель был суров и на отсрочку не соглашался. Д.И. Менделеев вернулся домой поздно, так и не доделав половины дел. Осознав это, Дмитрий Иванович заплакал (о чем свидетельствуют следы слез на дневнике). Затем, поняв, что выхода нет, решил, что лучшим заключением к «Началам» будет таблица элементов… и создал ее» (Чернавский Д.С., Чернавская Н.М. К онтологии научного творчества. Синергетический подход // Эпистемология и философия науки / Epistemology & Philosophy of Science, 2004. Том 1, № 1. С. 114–130; С. 128–129). Создал, заметим, не во сне, как полагают некоторые, а в слезах.

Видимо, главная причина, по которой Менделеев не решился докладывать коллегам о своем открытии, состояла в неразрешенности многих важных вопросов. «Опыт» стал своего рода компромиссным или, другими словами, «фиксационным» вариантом системы.

Возможно, была и другая причина «неторопливости» Менделеева более или менее детализированно изложить свое открытие. Он прекрасно понимал, что никакой реакции на него не будет как в силу периферийности темы, так и по причине весьма настороженного отношения к нему многих представителей Русского химического сообщества.

Скажем, две его диссертации – студенческая и магистерская – были неэкспериментальными работами с неясными результатами; исследования, проведенные в Германии, – изучение капиллярности – скорее относились к области физики; докторская диссертация «Соединение спирта с водой» имела явно прикладную направленность; а «теория пределов» была встречена весьма холодно, в ней не видели новизны. По поводу этой теории в январе 1862 года А.П. Бородин, которого в отличие от Марковникова никак нельзя заподозрить в сколь‑либо предвзятом отношении к Дмитрию Ивановичу, писал последнему: «…Дружище, простите, если я скажу правду, как мне кажется, прямо – ведь теория эта далеко не нова; не говоря уже о статьях Кагура и Франкланда о границах (то есть пределах. – И.Д.) упоминается, не помню, кажется, у Кекуле или у Бутлерова об атомности углей (то есть о валентности атома углерода. – И.Д.)... Ваша теория, как мне кажется, скорее эмпирический закон нежели теория; у Кекуле и Бутлерова этот «предел» есть прямое следствие 4‑атомности углерода».

Это настороженное отношение к Менделееву русских химиков с афористической краткостью выразил академик Н.Н. Зинин: «Дмитрий Иванович, пора заняться работать». В ответ Дмитрий Иванович написал Зинину столь резкое письмо, что в итоге решил не отправлять его адресату. И в этом письме (декабрь 1869 года) Менделеев заявил: «Разработку фактов органической химии считаю в наше время не ведущей к цели столь быстро, как это было 15 лет тому назад, а потому мелочными фактами этой веточки химии заниматься не стану...» Ему не нужны были «мелочные факты», да к тому же не ведущие быстро к цели (какой?).

Но и игнорировать РХО Менделеев не мог, поскольку то была единственная профессиональная среда в России, объединявшая химиков, работавших в самых разных местах, и именно в журнале общества естественней всего было публиковать на русском языке статью об открытии закона, для чего необходимо было сделать хотя бы формальное предварительное представление ее на заседании РХО.

Таким образом, Менделеев нашел оптимальный путь презентации своей работы: доклад Н.А. Меншуткина, редактора ЖРХО, от имени автора предстоящей публикации, при этом без риска излишних словопрений. И только в научно‑популярной литературе легковесно‑пошловатого толка можно встретить утверждения о том, какое колоссальное впечатление произвело сообщение 6 марта об открытии Периодического закона на членов РХО.

Таблицадля Митрофанушки

Среди химиков и преподавателей химии (особенно отечественных) традиционно было принято различать три понятия: Периодический закон, Периодическая система и Периодическая таблица. Периодический закон – это закон, лежащий в основе систематики элементов и (в формулировке Менделеева) гласящий: «Физические и химические свойства элементов, проявляющиеся в свойствах простых и сложных тел, ими образуемых, стоят в периодической зависимости… от их атомного веса». В настоящее время этот закон формулируется несколько иначе (свойства элементов ставятся в периодическую зависимость от заряда ядра). Но тем не менее он остается важнейшим законом природы.

Периодическая система определяет общие принципы систематизации элементов в соответствии с Периодическим законом, так сказать, топологию межэлементных отношений.

Периодическая таблица – это наглядное графическое выражение Периодического закона и системы. Как выразился Менделеев, «подобных распределений (то есть таблиц и трехмерных конструкций. – И.Д.) возможно большее число. Они не изменяют существа системы» и, добавлю, закона.

Поэтому, скажем, X юбилейный Менделеевский съезд (1969) был посвящен столетию Периодического закона химических элементов. Да, в названии закона не фигурировало имя Менделеева, но ему были посвящены и отдельные выступления, и его вклад в науку упоминался едва ли не каждым докладчиком. Прошло 50 лет. Ситуация коренным образом изменилась. Теперь отмечают 150 лет таблицы и предлагают побороться за имя Менделеева на ней же. Маленькое свидетельство большой деградации научного сообщества.

В настоящее время существует несколько сотен вариантов графического представления Периодической системы. Замечу, что выражение «периодическая таблица» в трудах Менделеева надо еще поискать. Практически он им не пользовался.

К сожалению, об этих элементарных вещах в настоящее время стали забывать, что проявилось, к примеру, в том, что 2019 год стараниями российской научной элиты был объявлен Международным годом Периодической таблицы (любопытно, какой именно?), что совершенно безграмотно как с исторической, так и с химической точки зрения, но органично сочетается с доминированием в нашем обществе имиджево ориентированных социальных групп.

Впрочем, акцент на таблице (таблицах) отнюдь не случаен также в силу возрастания роли символов в современной социальной жизни. В таком случае красивая таблица, которую можно дизайнерски варьировать бессчетным числом способов и инкорпорировать в самые разные интерьеры, от штор для ванной до дверного коврика, эффективней и притягательней любого самого фундаментального закона. Именно она остается в качестве послеобраза на сетчатке глаза современных Митрофанушек, дипломированных и прочих.

Санкт‑Петербург