МЕНДЕЛЕЕВ: читать книгу онлайн полностью и бесплатно

Показывая, какую важную роль играют растворы в химии, эти высказывания говорят о том, какая путаница царила в головах ученых XVIII века относительно механизма растворения. Но, как ни далек был XVIII век от этой зрелости в понимании предмета, которая обычно предшествует его количественному изучению, он передал веку грядущему глубокое ощущение того, что растворитель есть не безразличная среда, в которой разрежается растворяющееся тело, но активно действующий, изменяющийся в процессе растворения реагент и что растворение есть процесс не механический, но химический. Этим-то обстоятельством объясняется тот парадоксальный факт, что в первой половине XIX века сложная химическая гипотеза растворов большинству специалистов казалась естественнее и проще, нежели неизмеримо менее сложная механическая теория, рассматривающая растворы как простые механические смеси. И среди ученых, разрабатывавших в этот период химическую теорию растворов, мы видим славные имена ученых французских — К. Бертолле, Ж. Гей-Люссака и Ж. Био; германских — И. Поггендорфа, Г. Гмелина и Г. Коппа; российских — Г. Гесса и Д. Менделеева.

Когда в начале 1860-х годов Дмитрий Иванович приступил к своим физико-химическим экспериментам, он открыл любопытную психологическую закономерность. Оказывается, когда в науке выдвигается новая гипотеза, никто не верит в нее, кроме самого автора. Но когда сообщается о новом экспериментальном факте, все относятся к нему с гораздо большим доверием, чем сам экспериментатор. «Опыт доказывает»… «эксперименты подтверждают»… — такие фразы уверенно говорят люди, не знающие об этом опыте и об этих экспериментах ничего, кроме окончательных чисел. Но сам экспериментатор, знающий, чего стоят его приборы, его установка, его ассистенты, называет полученные им цифры не так уверенно, как окружающие. Подтверждения такого положения дел Дмитрий Иванович обнаруживал на каждом, шагу. Анализируя данные, полученные многими предшественниками, он снова и снова убеждался, как опасна «покорная доверчивость к так называемым фактам». И этот урок, усвоенный в 1860-х годах, не прошел даром.

В 1883 году, приступая к всестороннему исследованию водных растворов, Менделеев вложил в эту работу весь накопленный за двадцать лет опыт, применил новейшие измерительные методы и приборы, использовал для обработки полученных данных все новейшие математические приемы. «Мое исследование, — писал он, — стремится отыскать в массе «фактов» те наблюдения, с которыми стоит считаться, то есть оно относится к ним с требованиями о их достоверности».

Сначала Дмитрий Иванович собрал материалы по растворам, накопленные его предшественниками почти за целое столетие. Затем, чтобы сделать все эти цифры сравнимыми между собой, он пересчитал их, приведя удельные веса к взвешиванию в пустоте, отнеся их к воде при наибольшей плотности и сличив при одинаковом составе. Одновременно велась выработка новых, более точных приемов и методов измерений и измерялись удельные веса растворов, либо вовсе не изученных предшественниками, либо изученных с недостаточной точностью. В своем труде Дмитрий Иванович рассматривает растворы в воде 233 химических веществ при различных концентрациях и температурах. «Критический сборник всех отдельных измерений удельного веса водных растворов, не имеющий… аналога в литературе других народов» — так много лет спустя оценивал книгу Дмитрия Ивановича академик П. Вальден.

Ученые 1860-х годов вовсе не случайно и не слепо придерживались химической точки зрения на растворы. Их убеждал в справедливости такой позиции ряд наблюдений и прежде всего то, что при растворении многих веществ — спирта, серной кислоты, аммиака — выделяется теплота. А выделение теплоты издавна считалось характернейшим признаком химической реакции — достаточно вспомнить горение угля в воздухе или растворение цинка в соляной кислоте. И вот что интересно: в результате таких химических реакции объем получившихся продуктов всегда оказывается меньше, чем объем вступивших в реакцию веществ. Другими словами, исходные реагенты как бы сжимаются в получившемся в результате реакции продукте. А это значит, что удельный вес продукта возрастает по сравнению с удельным весом вступающих в реакцию веществ. Вот почему удельный вес, то есть чисто механическая характеристика раствора, дает возможность заглянуть в глубь его молекулярного строения, вот почему именно эту характеристику растворов, доступную весьма точному измерению, Дмитрий Иванович положил в основу своего капитального труда. И он не обманулся в своих ожиданиях…

Серная кислота получается при растворении газообразного серного ангидрида — SO₃ — в воде. Этот процесс сопровождается выделением тепла и сжатием раствора. Исследования Дмитрия Ивановича показывали, что из бесчисленного множества растворов серной кислоты в воде можно выделить пять, при образовании которых сжатие было наибольшим. В первом из них на одну молекулу SO₃ приходится точно одна молекула воды, во втором — две, в третьем — три, в четвертом — семь и в пятом — сто пятьдесят одна. Эти пять растворов ясно выделялись и по другим физическим свойствам: по температуре плавления, электропроводности, вязкости и химической активности. Подобные зависимости были получены также для растворов многих других веществ.

Эти удивительные закономерности настолько увлекли Дмитрия Ивановича, настолько сильно было его желание разгадать их секрет, что он решил обратиться за помощью к математиком. Поставленная им задача гласила: при каком соотношении числа шаров, имеющих разные диаметры, достигается наибольшее сжатие. Астроном Геофизической обсерватории И. Клейбер, к которому обратился Дмитрий Иванович, не смог дать общее решение этой задачи. И изобретательный Менделеев, не чуждый механических моделей, если они дают возможность оценить явление, ускользающее от точных методов, в течение некоторого времени пытался найти ответ на свою задачу, используя различные смеси гороха и проса. Но, конечно, центральным вопросом Дмитрий Иванович считал вопрос о механизме образования раствора.

Большинство предшественников Менделеева, отдавая дань механицизму, считало, что молекулы воды, соединяясь в строго определенных пропорциях с молекулами вещества, образуют сначала концентрированный раствор, механическая смесь которого с водой и даст уже раствор разбавленный. Дмитрию Ивановичу этот процесс представлялся иначе. Он считал, что, соединяясь с молекулами вещества, молекулы воды образуют множество гидратов, часть которых настолько, однако, непрочна, что тут же распадается — диссоциирует. Продукты этого распада вновь соединяются с веществом, с растворителем и другими гидратами, часть вновь образовавшихся соединений снова диссоциирует, и процесс идет до тех пор, пока в растворе не установится подвижное — динамическое — равновесие.

Менделеев ожидал от своего «Исследования водных растворов по удельному весу» большого резонанса в научных кругах: «Растворы представляют для меня самый общий случай химического взаимодействия, определяемого сравнительно слабыми средствами, а потому представляют собой плодовитейшее поле для дальнейшего успеха химических умений и достойны внимательнейшей разработки частностей». Но, увы, его труд был опубликован в том же году, когда появились осмотическая теория Я. Вант-Гоффа и электролитическая теория С. Аррениуса.

Выдающийся голландский ученый, первый нобелевский лауреат по химии Якоб Вант-Гофф сделал смелое предположение: молекулы растворенного в жидкости вещества можно уподобить молекулам газа, занимающего тот же объем, что и данный раствор. Если это так, то к раствору можно приложить отлично разработанный для газов математический аппарат термодинамики. Сделав все это, Вант-Гофф связал в стройную систему множество разрозненных наблюдений, считавшихся прежде не связанными между собой, дал мощный импульс развитию физико-химических исследований. Но вот что любопытно: формулы Вант-Гоффа давали прекрасные результаты для органических веществ и «не срабатывали», когда дело касалось электролитов — солей, кислот и щелочей, растворы которых проводят электрический ток.

Решение этой трудности нашел шведский химик Сванте Аррениус. Он заявил, что при растворении электролитов в жидкости происходит разложение — диссоциация — молекул электролита на положительно и отрицательно заряженные частицы — ионы. Поэтому электролиты при растворении дают гораздо больше частиц, чем их было бы при отсутствии диссоциации. Объединение теорий Вант-Гоффа и Аррениуса оказалось весьма плодотворным. В 1890-х годах они были легче для всеобщего восприятия и таили в себе зародыши быстрого и мощного развития. Немалую роль в торжестве учения об ионах сыграла пропагандистская деятельность шумливого и сноровистого В. Оствальда — способного физико-химика, печально прославившегося увлечением энергетизмом. А в результате спустя каких-нибудь пять лет одно из любимых детищ Менделеева в трудах германских авторов пренебрежительно именовалось «так называемой гидратной теорией».

Как отнесся к этим событиям сам Дмитрий Иванович? Если теорию Вант-Гоффа он встретил доброжелательно, то теория Аррениуса вызвала у него резко отрицательное отношение. Хотя Аррениус и назвал ее теорией электролитической диссоциации, это была совсем не та диссоциация, которую имел в виду Менделеев. Дмитрий Иванович называл диссоциацией распад нестойких гидратов, Аррениус же подразумевал под этим термином расщепление прочнейших молекул электролитов при попадании их в воду. Поначалу различие между атомом и ионом было проведено не очень четко. Было неясно, за счет каких сил происходит расщепление прочных молекул, и неудивительно, что многие химики не могли примириться с новой теорией.

Верный своим принципам, Менделеев не ввязался в шумные споры и диспуты, которые велись в те годы между сторонниками физической и химической теорий растворов. Но несколько замечаний, брошенных между делом в его трудах, показывают: он ясно понимал сокровенную сердцевину дела и ясно видел трудности, до понимания которых не дозрели «ионисты». По мнению Дмитрия Ивановича, общая единая теория должна охватывать как разбавленные, так и концентрированные растворы. Физическая теория Вант-Гоффа и Аррениуса справедлива лишь для слабых растворов, химическая теория Менделеева имела своим объектом крепкие растворы. Следующим шагом должно было стать объединение обеих теорий. Но опыт подсказывал Менделееву, что время для такого объединения еще не настало.

В 1889 году появилась последняя заметка Дмитрия Ивановича, посвященная гидратной теории. И больше он никогда не возвращался к этой проблеме. Но незадолго до смерти, комментируя свои труды, он, дойдя до «Исследований водных растворов по удельному весу», твердо написал: «Это одно из исследований, наиболее труда стоившее мне… Мои мысли смолоду были там же, где тут и где теперь — грани нет между этими явлениями и чисто химическими. Рад, что успел их тут сказать довольно четко».

История показала, что Менделеев, хотя и допустил некоторые увлечения в частностях, оказался прав в главном. Через двадцать лет после выхода в свет менделеевских «Исследований водных растворов по удельному весу» сам Аррениус заявил, что гидратная теория заслуживает подробного изучения, ибо именно она может дать ключ к пониманию самого трудного вопроса электролитической диссоциации. Вопроса о том, какие таинственные силы разрывают молекулы электролитов на ионы. Последователи Менделеева — Д. Коновалов, Д. Кистяковский, П. Вальден, Д. Флавицкий — доказали: образование ионов невозможно без гидратации молекул. Но сам Дмитрий Иванович уже в 1890-х годах охладел к теории растворов. Как будто предчувствуя грядущие и уже недалекие события, он заключил предисловие к «Исследованию водных растворов по удельному весу» пророческими словами: «Научный труд безграничен, никогда не закончится, всегда возбуждает, а жизнь оставляет, так или иначе, но часто за штатом, лишает свободы выбора, ограничивает и требует непреклонно и решительно кончать незаконченное, даже переходить от одного привычного и любезного к другому, быть может, неприветливому, а во всяком случае, еще незнаемому».

Прошло всего три года, и Дмитрию Ивановичу пришлось искать себе новое дело — «неприветливое и незнаемое», — навсегда оставив Санкт-Петербургский университет…

На протяжении тридцатитрехлетней педагогической деятельности в Петербургском университете Дмитрий Иванович трижды был близок к тому, чтобы покинуть это учебное заведение. И каждый раз его намерение было связано с очередным попранием университетских прав, которые некогда великому М. Ломоносову удалось оговорить в уставе Московского университета.

Когда в XVIII веке Вильгельм Оранский в награду за услуги, оказанные городом Лейденом в войне за независимость Нидерландов, предложил горожанам на выбор — отмену налогов или основание университета, ответ лейденцев был лаконичен: «Не заботьтесь о налогах, давайте университет». Взяв за основу устав именно Лейденского университета, Ломоносов всю меру своего влияния приложил к тому, чтобы, как он выразился, «привести в вожделенное течение университет, откуда могут выйти бесчисленные Ломоносовы». Ради этой далекой цели Михаил Васильевич настойчиво добивался, чтобы университет «имел власть производить в градусы», то есть давать ученые степени; чтобы «студентов не возить в полицию, но прямо в академию»; и наконец, чтобы «духовенству к учениям, правду физическую для пользы и просвещения показующим, не привязываться, а особенно не ругать наук в проповедях». И хотя Ломоносову не удалось провести полностью «несовместные вольности Лейденские», Московскому университету при учреждении были дарованы немалые привилегии.

В 1804 году для Московского и вновь открытых Харьковского, Казанского, Виленского и Дерптского университетов был разработан новый устав. Составленный либеральными вольнодумцами, забравшими большую силу в начале царствования Александра I, устав этот, казалось бы, не оставлял желать ничего лучшего. Он взял под защиту русскую науку, бережно доверив ее не чиновникам, а самим ученым, объединенным в самоуправляющуюся корпорацию. В нем искусно сочетались интересы самой науки и ее служителей, и он сам по себе мог гарантировать успехи высшего образования в России. Но, увы, устав 1804 года остался мертвой буквой. И когда в 1835 году был утвержден новый устав, он, по сути дела, лишь констатировал существующее положение дел: ликвидацию автономии и практически полное подчинение университетов попечителям и инспекторам.

Французская революция 1848 года, можно сказать, заморозила русскую университетскую жизнь. «А эти? — спросил у попечителя Николай I, кивая на профессоров Харьковского университета. — Хорошо себя ведут?» Одна такая деталь дает достаточно яркое представление об университетских «вольностях» в конце николаевского царствования. Непривычный позор военных неудач, постигших русскую армию в Крымской войне, еще при жизни Николая I вызвал некоторое оживление университетской жизни.

Начало царствования Александра II породило в студенческой среде немало преувеличенных надежд на восстановление духа вольных университетов. Когда же вместо этого министр адмирал Е. Путятин повысил плату за обучение и ввел новые стеснительные правила, среди студентов началось глухое брожение. В такой-то малоподходящий момент появилось правительственное предписание применять вооруженную силу, чтобы разгонять студенческие сходки. Ответом на это распоряжение и явилась сходка, состоявшаяся в Петербургском университете 23 сентября 1861 года.

Вечером на квартиру к Дмитрию Ивановичу пришел из университета солдат, сообщил, что лекции прекращаются с 24 сентября до объявления, и вручил повестку: на следующий день со всеми другими преподавателями университета быть у министра просвещения.

«Я не пошел, ибо это официальная явка, такая, каких я не терплю… Да нехай его, пускай меня найдут теперь, а не я их буду искать. Ведь и он, поди, подписывал протоколы о стрельбе и т. п.».

Лекции в университете были возобновлены 11 октября, и, поскольку студенты продолжали протестовать против унизительных правил Е. Путятина, были вызваны войска и полиция. «Тут произошла сцена, — записывая в своем дневнике Дмитрий Иванович, — которой тягостнее и не видел, разве что припомнить впечатление обозов раненых, которых везли из Севастополя. Выводят студентов, окруженных огромным количеством солдат… В это время наскакивает сперва один взвод, потом другой взвод жандармов — топчет, давит, рубит, окружает. Это дело двух секунд. 3 или 4 раненых. Недоставало крови — теперь она на них лежит пятном, которого не смоют. Обуяет внутри мерзость какая-то. Видишь себя бессильным, слабым…»

Впервые в голове Менделеева мелькнула мысль: уйти из университета. Не видеть пошло-хладнокровных профессоров, рассуждающих о том, что студентов-де следует теперь усмирять не словами, а штыками. Не видеть солдат, жандармов, городовых и пожарных, стянутых к университету и своим присутствием молчаливо угрожавших его стенам. «Взволнованный, убитый всеми этими мыслями — иду, чтобы подать в отставку. В профессорской комнате написал прошение к ректору об отставке… Написал просьбу и пошел в правление — там Плетнев, Воскресенский, Срезневский, Мурашкин. Плетнев не берет, они все уговаривают, говорят опять о законности. О том, что если мы будем подавать в отставку, то они скажут, что профессора противу студентов. Вот выдумывают. Но я взял — бог знает, что говорило во мне: чувство ли самосохранения, привязанность ли к званию, надежда ли на поправку обстоятельств впереди, что ли другое — не знаю, но взял. Скверное время, низкое время — все чахлое какое-то, кроме молодежи».

После ареста и препровождения нескольких сот студентов в Петропавловскую крепость занятия в университете снова прекратились. И этот исход волнений 1861 года долго не давал Дмитрию Ивановичу покоя.

Студенческие волнения 1861 года показали и правительству, на каких неблагополучных основаниях держится жизнь российских университетов. Е. Путятин на посту министра просвещения был заменен Л. Головниным, который немедленно приказал приступить к разработке нового университетского устава. По этому уставу, утвержденному в 1863 году, главным органом университетского управления становился совет, который с утверждения министерства выбирал ректора, деканов, проректора или инспектора и профессоров. Причины же студенческих беспорядков считались устраненными введением университетской автономии и профессорского суда. Но студенческая жизнь была уже так тесно связана с мощными общественно-социальными процессами 1860-х годов, что одним уставом прекратить периодически вспыхивающие волнения было уже невозможно.

29 августа 1878 года Совет Петербургского университета получил инструкции министерства просвещения, отменявшие явочным порядком многие положения устава 1863 года. В них, в частности, запрещались какие-либо студенческие сборища, сходки, публичные концерты и т. д. И когда 27 ноября около полутораста студентов Петербургского университета собрались, чтобы потолковать о событиях, происшедших в Харьковском университете, к ним были применены новые инструкции, и волнения вспыхнули с новой силой.

В связи с этими событиями петербургский генерал-губернатор, герой русско-турецкой войны генерал И. Гурко вызвал к себе ректора университета А. Бекетова. Зная чересчур деликатный характер ректора, Дмитрий Иванович поехал к генералу вместе с ним. Когда профессора вошли, генерал встретил их криком. Сначала профессора слушали генерала молча, но потом вдруг Менделеев тряхнул своей львиной гривой и стал кричать на Гурко. «Кричали оба, — вспоминал В. Поссе, один из очевидцев этой «беседы», — но скоро голос генерала стал ослабевать, и слышны были только менделеевские громы:

— Как вы смеете мне грозить? Вы кто такой? Солдат, и больше ничего. В своем невежестве вы не знаете, кто я такой. Имя Менделеева навеки вписано в историю науки. Знаете ли вы, что он произвел переворот в химии, знаете ли вы, что он открыл периодическую систему элементов? Что такое периодическая система? Отвечайте!