Дмитрий Иванович Менделеев является первооткрывателем одного из основных законов современного естествознания – периодического закона химических элементов.
Родился Менделеев 8 февраля 1834 года в сибирском городе Тобольске в семье директора гимназии. Он рано лишился отца, но благодаря усилиям матери, мужественно боровшейся с нуждой, получил все же высшее образование. В дальнейшем, в посвящении к фундаментальной работе «Исследование водных растворов по удельному весу», Дмитрий Иванович писал: «Это исследование посвящается памяти матери ее последышем. Она могла его взрастить только своим трудом, ведя заводское дело; воспитывала примером, исправляла любовью и, чтобы отдать науке, вывезла из Сибири, тратя последние средства и силы. Умирая, завещала: избегать латинского самообольщения, настаивать в труде, а не в словах, и терпеливо искать... научную правду, ибо понимала, сколь часто диалектика обманывает, сколь много еще должно узнать и как при помощи науки без насилия, любовно, но твердо устраняются предрассудки, неправда и ошибки, а достигаются: охрана добытой истины, свобода дальнейшего развития, общее благо и внутреннее благополучие. Заветы матери считает священными».
В 1855 году Менделеев окончил с медалью физико-математический факультет Петербургского педагогического института, где слушал лекции выдающихся русских ученых того времени: физика Э. X. Ленца, математика М. В. Остроградского, химика А. А. Воскресенского. С 1856 года начинается его путь в науку. В течение многих лет он был профессором Петербургского университета, ведя большую лекторскую работу и отдавая много сил созданию первоклассной химической лаборатории. Периодический закон – вершина многогранного творчества великого русского ученого.
Известна точная дата открытия – 17 февраля 1869 года. В этот день ученый составил таблицу из известных тогда 63 химических элементов. Вскоре она была отпечатана в типографии на отдельном листке под заглавием «Опыт системы элементов, основанной на их атомном весе и химическом сходстве» и разослана многим отечественным и иностранным ученым.
Во второй половине февраля Менделеев пишет статью «Соотношение свойств с атомным весом элементов», в которой излагает открытый им закон: химические и физические свойства элементов есть периодическая функция атомного веса.
Открытие Менделеева буквально «висело» в воздухе. Многие ученые-химики, особенно после международного химического конгресса в Карлсруэ в 1860 году, на котором было принято новое определение атомных весов и даны более точные их значения, устремились на поиски связи между атомными весами и химическими свойствами различных элементов. Например, вслед за Менделеевым и независимо от него аналогичную периодическую систему предложил немецкий химик Лотар Мейер, опубликовав свою статью после сообщения Менделеева. Приоритет русского ученого в настоящее время общепризнан.
История открытия периодического закона является одним из ярких примеров, когда преподавание может стать стимулом для научного творчества. Работая над фундаментальным курсом лекций «Основы химии», ученый стремился построить такую систему элементов, чтобы студенты могли проще запомнить названия химических элементов и усвоить их свойства. Раскладывая пасьянс из карточек, на каждой из которых был записан символ химического элемента, Менделеев однажды заметил периодичность свойств элементов с возрастанием атомного веса. Это явилось ключом к разгадке великой закономерности. Ученый сразу же понял важность своего открытия для дальнейшего развития химии. Предложенная периодическая система имела громадное эвристическое значение: она позволяла предсказывать существование не открытых еще элементов и с большой точностью описывать их основные физико-химические свойства. При жизни Менделеева были открыты предсказанные им галлий, скандий и германий.
Вплоть до настоящего времени созданная Менделеевым система позволяет обнаруживать и искусственно получать все новые элементы, число которых непрерывно возрастает. Только в XX веке стала ясной роль периодического закона в развитии атомной и ядерной физики. В 1913 году голландский ученый Ван ден Брук, исходя из модели атома Резерфорда, предположил, что номер элемента в таблице Менделеева совпадает с зарядом ядра элемента, названным им атомным номером. Таким образом, периодический закон Менделеева был уточнен: атомный вес, представленный ранее в качестве классификационной величины, был заменен зарядом ядра – основной характеристикой химического элемента. Теоретическую интерпретацию система Менделеева получила лишь после создания квантовой статистики Ферми – Дирака, но многие вопросы, связанные с ядерным строением элементов таблицы Менделеева, до сих пор ждут своего решения.
По меткому выражению советского историка физики П. С. Кудрявцева, Менделеев – это Ломоносов XIX века. И в самом деле, многие черты деятельности Менделеева как ученого, просветителя, гражданина роднят его с выдающимся основателем русской науки. Как и Ломоносов, он не проводил резкой границы между химическими и физическими явлениями, считая, что в их основе лежат одни и те же закономерности. Поэтому при изучении химических процессов он широко пользовался физическими методами исследования. Менделеев – автор гидратной теории растворов и других теоретических и экспериментальных работ по химии.
В своем первом физическом исследовании в 1860 году Менделеев делает открытие, имевшее фундаментальное значение для развития физики фазовых превращений. Он открывает так называемую температуру абсолютного кипения (так называемую критическую), при которой поверхностное натяжение жидкостей и скрытая теплота испарения обращаются в нуль. Он показывает, что любой газ при температурах выше критической ни при каких давлениях не может быть превращен в жидкость.
В 1875 году выходит первый том фундаментальных исследований Менделеева «Об упругости газов», в которых он, как бы продолжая работу Ломоносова, показал ограниченность применения закона Бойля – Мариотта для низких давлений. Важными являются и его многочисленные работы по метрологии, особенно в области точного взвешивания и создания теории весов.
Менделеев не был кабинетным ученым. Подобно Ломоносову, он глубоко интересовался развитием техники и производства, вносил ценные практические рекомендации. Технология создания бездымного пороха, идея подземной газификации углей, разработка добычи и переработки нефти, металлургия, земледелие, воздухоплавание, демографические проблемы России – вот неполный перечень граней кипучей деятельности русского ученого-патриота. Он предсказывал великое будущее России, призывая к индустриализации страны: «Истинный завет Петра Великого состоит именно в том, что нашу страну, богатую землей, народом и хлебом, сделать богатой в промышленном смысле, потому что это есть единственный путь для умножения блага народного и для удовлетворения его стремлений к просвещению, прогрессу и миру во всем мире».
Несмотря на высокий научный авторитет Менделеева во всем мире, он так и не был допущен в Императорскую академию наук. Но он сплачивал вокруг себя лучшие умы России, став одним из организаторов Русского физико-химического общества, сыгравшего большую роль в пропаганде научных знаний в стране. Поддержав студентов в их выступлении против царской охранки, Менделеев в 1890 году вынужден был уйти из родного ему Петербургского университета. С 1893 года и до конца своей жизни (ученый скончался 2 февраля 1907 года) он возглавлял Палату мер и весов, превратив ее в хорошо оснащенное научно-исследовательское учреждение, на базе которого существовал Всесоюзный институт метрологии и стандартизации (ВНИИМС). В знак признания роли выдающегося русского ученого в развитии естествознания сто первый элемент периодической таблицы был назван менделевием.
