Дмитрий Менделеев, его таблица, водка и нефтепереработка

8 февраля исполнилось 189 лет со дня рождения (а 2 февраля — 116 лет со дня смерти) Дмитрия Менделеева. Его помнят в первую очередь как автора периодической таблицы химических элементов (вполне заслуженно), а также изобретателя водки (ошибочно). Следующими по известности заслугами Дмитрия Ивановича можно назвать написание первых русских учебников по химии, создание теории растворов и развитие физики газов.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

Всего же за свою жизнь Менделеев выпустил более 1,5 тыс. трудов, касающихся самых разных областей: от метеорологии и технологий перегонки нефти до воздухоплавания и кораблестроения, от освоения Крайнего Севера до разоблачения спиритизма. «Ъ-Наука» вспоминает самые важные — и некоторые другие — из многочисленных достижений великого русского ученого.

Первые русские учебники по химии

«Органическая химия», написанная Дмитрием Ивановичем и опубликованная в 1861 году петербургским издательством «Общественная польза», стала фактически первым русским учебником по этой дисциплине. На тот момент Менделеев, имевший за плечами выпуск из Главного пединститута с золотой медалью и два года стажировки в Гейдельберге (Германия), приват-доцентом по кафедре химии читал лекции в Санкт-Петербургском университете.

При написании учебника Менделеев не пересказывал иные учебные пособия и не следовал каким-либо учебным курсам, потому что таковых на тот момент попросту не существовало. Собственно, этим и была продиктована необходимость составления этого руководства. «Составляя "Органическую химию", я желал пополнить ощутительный у нас недостаток в учебных руководствах по этой отрасли науки»,— признавался автор в послесловии к своему учебнику.

Интересно, что труды Александра Бутлерова, впоследствии признанного основоположником теории строения органических соединений, в отличие от работ многих других русских ученых, в менделеевском учебнике не упомянуты. Дело в том, что на то время бутлеровская теория, хоть и уже была сформулирована, не успела еще получить всеобщего признания. Сам Менделеев тогда с ее положениями не соглашался, да и к школе «структуристов» в целом относился неодобрительно.

Впрочем, это не помешало Бутлерову дать такой лестный отзыв на труд своего великого современника: «Это единственный и превосходный оригинальный русский труд по органической химии, лишь потому неизвестный в западной Европе, что ему еще не нашелся переводчик». Он был далеко не единственным, кто высоко оценил пособие: Академия наук удостоила Менделеева Демидовской премии.

В 1869–1871 годах Менделеев несколькими частями опубликовал пособие «Основы химии» — это пособие стало первым систематизированным изложением общей (то есть неорганической) химии. Дмитрий Иванович на тот момент имел звание профессора и руководил в Петербургском университете собственной кафедрой (общей химии). Составление очередного учебника началось опять же с того, что Менделеев не нашел готового курса по предмету, который можно было бы рекомендовать студентам.

Неприснившаяся таблица

Работая над «Основами химии», Дмитрий Иванович столкнулся с затруднениями, пытаясь систематизировать и определить последовательность изложения материала, описывающего химические элементы. В то время уже широко признавалось существование групп и семейств элементов, вот только связь их между собой не была установлена. Менделеев нашел ее, расположив известные на тот момент 56 элементов по возрастанию их атомного веса (относительной атомной массой это стали называть позднее). Впервые таблица Менделеева была напечатана в первом издании «Основ химии» 27 марта 1869 года.

На основе получившейся графической системы Дмитрий Иванович сделал вывод о том, что «свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел стоят в периодической зависимости от их атомного веса». В такой формулировке (ее окончательный вариант Менделеев представил в 1872-м) периодический закон химических элементов преподносился не менее 40 лет, после чего подвергся модернизации — согласно последним научным открытиям, в частности, появлению квантовой механики. Сегодня вместо «атомных весов» в законе говорится о «величинах зарядов атомных ядер».

Всеобщее безоговорочное признание периодический закон получил в 1880-х годах, после того как были открыты элементы галлий (1875), скандий (1879) и германий (1886). Их существование и свойства Менделеев предсказал на основе своей таблицы в 1870 году (правда, названия он предлагал другие: экаалюминий, экабор и экасилиций).

Легенда о том, что периодическая таблица элементов явилась Дмитрию Ивановичу во сне, получила распространение еще при его жизни. Собственно, появилась она в качестве поверхностной интерпретации его собственных воспоминаний: «Заподозрив о существовании взаимосвязи между элементами еще в студенческие годы, я не уставал обдумывать эту проблему со всех сторон, собирал материалы, сравнивал и сопоставлял цифры. Наконец настало время, когда проблема созрела, когда решение, казалось, вот-вот готово было сложиться в голове. Как это всегда бывало в моей жизни, предчувствие близкого разрешения мучившего меня вопроса привело меня в возбужденное состояние. В течение нескольких недель я спал урывками, пытаясь найти тот магический принцип, который сразу привел бы в порядок всю груду накопленного за 15 лет материала. И вот в одно прекрасное утро, проведя бессонную ночь и отчаявшись найти решение, я, не раздеваясь, прилег на диван в кабинете и заснул. И во сне мне совершенно явственно представилась таблица. Я тут же проснулся и набросал увиденную во сне таблицу на первом же подвернувшемся под руку клочке бумаги».

Впоследствии Менделеев оказался недоволен тем, как были поняты эти его слова. «Я над ней, может, 25 лет думал, а вы полагаете: сидел, и вдруг пятак за строчку, пятак за строчку, и готово!» — возмущался ученый в интервью газете «Петербургский листок».

Прочие фундаментальные открытия и неизобретение водки

Фундаментальный вклад Менделеева в науку не ограничивается одной лишь периодической таблицей и соответствующим законом. К примеру, в работе «О температуре абсолютного кипения», написанной в германской командировке в 1860-м, Дмитрий Иванович ввел понятие критической температуры и сформулировал первые представления о том, что сегодня зовется критическим состоянием вещества.

В докторской диссертации «О соединении спирта с водой», защита которой в 1865-м принесла ему профессорское звание, Менделеев сделал вывод о существовании трех вариантов ассоциации молекул спирта и воды, которые становятся стабильными при определенных концентрациях раствора: одна молекула спирта с тремя молекулами воды при 46% содержании спирта (по массе), три молекулы спирта с одной молекулой воды в более «крепком» варианте и одна молекула спирта с 12 молекулами воды — в более слабом. Все это ученому удалось установить прецизионным измерением плотности и теплового расширения смесей.

Этот труд положил начало не только легенде о том, что Менделеев изобрел водку (это абсолютная неправда: что бы ни писали на этикетках некоторые производители, водка появилась задолго до Дмитрия Ивановича), но и его дальнейшим работам в области теории растворов. Собственно, благодаря им (выполнены в период 1865–1887 годов) такая теория в принципе появилась.

Дело в том, что современники Менделеева полагали, будто растворы — это физические образования, получающиеся в результате диспергирования (то есть рассеивания) растворенного вещества в индифферентной среде растворителя. Каких-либо химических взаимодействий между растворителем и растворенным не предполагалось. Дмитрий Иванович же продемонстрировал химический характер растворения, в частности описав образование соединений, изменяющих свой состав с изменением температуры и концентрации.

В 1871–1875 годах Менделеев исследовал упругость и расширение газов — а конкретнее, их сжимаемость и термический коэффициент расширения в широком интервале давлений. Ключевым выводом стало уравнение состояния идеального газа, описывающее зависимость между его давлением, молярным объемом и абсолютной температурой. Зависимость состояния газа от температуры, открытая французом Бенуа Полем Эмилем Клайпероном в 1834-м, оказалась частным случаем этого уравнения. Наконец, в нем Менделеев ввел универсальную газовую постоянную, сыгравшую важную роль в дальнейшем развитии физики газов и термодинамики.

Воздухоплавание и разоблачение спиритизма

В октябре 1875 года Менделеев выступал на заседании Русского физического общества при Петербургском университете с первым в истории проектом стратосферного аэростата — управляемого аэростата, оснащенного герметичной гондолой, способного достигать верхних слоев атмосферы (с целью их изучения). Полетать на таком Дмитрию Ивановичу не довелось — впервые стратосферы человечество достигло лишь в 1931-м в лице швейцарца Огюста Пикара, собравшего стратостат по собственному проекту. Впрочем, в 1887-м Менделеев все же поднимался в воздух — на аэростате «Русский» — для наблюдения полного солнечного затмения и изучения солнечной короны.

В 1875–1876 годах Дмитрий Иванович состоял в комиссии по расследованию медиумических явлений, созданной Русским физическим обществом для последовательного разоблачения спиритизма, находившегося в то время на пике моды. Свои выводы комиссия подытожила таким образом, что «спиритические явления происходят от бессознательных движений или от сознательного обмана, а спиритическое учение есть суеверие». Впрочем, популярности медиумов и спиритических сеансов это не убавило. Менделеев же с тех пор стал время от времени читать платные разоблачительные лекции, доход от которых жертвовал на самые разные виды благотворительности: помощь славянам Боснии и Герцеговины (они тогда вели освободительную борьбу против османского владычества), поддержку нуждающихся литераторов и ученых, организацию детских лечебных колоний.

Русский Север, ледоколы, бездымный порох и метрология

В 1905 году в переписке с министром финансов Сергеем Витте Менделеев, обобщая все свои достижения, рассказывал о трех службах родине: «Плоды моих трудов — прежде всего в научной известности, составляющей гордость — не одну мою личную, но и общую русскую... Лучшее время жизни и ее главную силу взяло преподавательство… Третья служба моя Родине наименее видна, хотя заботила меня с юных лет по сих пор. Это служба по мере сил и возможности на пользу роста русской промышленности…»

Важной частью «третьей службы» стали около 40 работ Дмитрия Ивановича, касающихся вопросов освоения Крайнего Севера. В частности, он предлагал маршрут Северного морского пути и обосновывал его экономическую целесообразность. Сам будучи сибиряком по рождению (происходил из Тобольска), Менделеев настаивал, что «богатства России будут прирастать Сибирью». Проблема заключалась в том, что в мире не существовало судов, способных преодолевать арктические льды, а с коммерчески целесообразной регулярностью и подавно.

Увлекшись ее разрешением, Менделеев принял участие в проектировании первого в мире ледокола арктического класса, то есть способного форсировать тяжелые льды Заполярья. Судно получило название «Ермак», было построен на верфи британского подрядчика Armstrong Whitworth в Ньюкасле к 1898 году, сыграло роль в освоении Ледовитого океана, прошло Первую мировую и Великую Отечественную войны и водило караваны по Севморпути вплоть до начала 1960-х.

В 1892 году, трудясь консультантом научно-технической лаборатории Морского министерства, Менделеев изобрел универсальный вариант бездымного пороха — «пироколлодий». Правда, так вышло, что в Первую мировую России пришлось закупать этот порох у США. Развитию отечественных изысканий в то время зачастую предпочитали приобретение иностранных привилегий и патентов, и, пользуясь таким попустительством, сотрудники американского военного ведомства раздобыли рецептуру, запатентовали ее у себя и успешно наладили поставки в Россию.

«Наука начинается с тех пор, как начинают измерять,— говорил Дмитрий Иванович, добавляя: — Точная наука немыслима без меры». Метрологическими изысканиями он занимался, кажется, всю свою научную карьеру, что видно хотя бы по его докторской диссертации насчет смеси спирта с водой, выводы которой были бы невозможны без прецизионной (выше 0,01%) точности измерений.

В 1892-м Менделеева назначили хранителем Депо образцовым гирь и весов, которое он годом позже преобразовал в Главную палату мер и весов. Ее директором он оставался до конца жизни. Ныне это Всероссийский НИИ метрологии им. Д. И. Менделеева.

В 1899 году император Николай II утвердил «Положение о мерах и весах», проект которого разработал Дмитрий Иванович. Согласно этому документу, в Российской империи впервые допускалась к применению метрическая система мер (правда, тут Менделеев немного недожал — в качестве обязательной ее ввело только советское правительство в 1918-м).

Теоретик зарождающейся нефтянки

Менделеева помнят еще и как главного теоретика российской нефтяной промышленности на этапе ее становления. Впервые заинтересовался этой тематикой Дмитрий Иванович в 1862-м, составляя «Техническую энциклопедию». Энциклопедией этой он занялся потому, что Петербургский университет был временно закрыт из-за студенческих волнений и свободное от чтения лекций время нужно было куда-то девать.

В 1863 году Менделеева как эксперта по химии пригласили на нефтеперерабатывающий завод в Сураханах (близ Баку), чтобы он помог привести предприятие в порядок: оно терпело убытки, несмотря на внедрение новейшей технологической схемы немецкого химика Юстуса фон Либиха. Исследовав производство, Дмитрий Иванович предложил идеи непрерывной (круглосуточной) нефтеперегонки, перекачки сырья и продуктов между нефтесборным пунктом, заводскими резервуарами и пристанью по трубопроводам (ранее нефть возили в деревянных бочках), а также организации танкерных перевозок по воде (до того керосин сплавляли на баржах во все тех же деревянных бочках).

Избавив таким образом предприятие от огромных затрат на складское хранение, бочкотару и многократную перегрузку продукта (в несколько раз превышавших заводскую себестоимость керосина), Менделеев вывел его на прибыль. Единственное, с чем завод не справился,— организация танкеров. Лишь в 1873-м астраханские судовладельцы Артемьевы построили, согласно проекту Менделеева, судно с трюмной цистерной и осуществили первую в истории нефтеналивную перевозку.

Дмитрий Иванович занимался развитием отечественного нефтяного дела до конца жизни, в том числе, приобретя национальную и мировую известность, по правительственным поручениям. Он исследовал происхождение, состав и свойства нефтей, разрабатывал методы обработки и перегонки как сырой нефти, так и отдельных фракций, обследовал нефтепромыслы Юга России и США (в правительственной командировке за океан в 1876-м), а также трудился над множеством смежных вопросов: от обеспечения пожаробезопасности нефтепромыслов до таких регуляторных проблем, как налогообложение отрасли и господдержка строительства новых нефтезаводов.

Как отец отечественных смазочных масел остался без Нобелевки

Еще в 1860-х Менделеев предлагал строительство нефтепроводов и обосновывал возможность доставки таким способом нефти с Юга России в центральные регионы. Братья же Нобель эту идею очень долго высмеивали, усматривая в ней угрозу для своей монополии на российских нефтяных промыслах. В итоге нефтепроводы в России Нобели все же начали строить, правда, лишь к 1880 году (проектировал и руководил их строительством Владимир Шухов).

Другой эпизод конфликта Менделеева с Нобелями разыгрался в 1881-м. На нобелевских заводах тяжелые остатки нефтепереработки — мазут — считали отходами и попросту жгли в качестве печного топлива. Именно по этому поводу Дмитрий Иванович употребил свою знаменитую фразу «топить можно и ассигнациями», предложив производить из этих остатков смазочные масла. Людвиг Нобель идею внедрять отказался. Впрочем, другой крупный нефтепромышленник — Виктор Рагозин — сделал на ней значительную часть своего состояния.

Смазочные масла «Товарищества В. И. Рагозин и Ко», произведенные по менделеевской технологии, широко продавались как в России, так и за рубежом, регулярно завоевывая золотые медали на международных выставках по всей Европе. Впоследствии Рагозин, опираясь на изобретения Дмитрия Ивановича, наладил промышленный выпуск бензола, толуола, ксилола и антрацена. Рагозинский завод, на котором все это происходило, действует по сей день — сегодня это Ярославский опытно-промышленный нефтемаслозавод имени Менделеева, старейшее в стране нефтеперерабатывающее предприятие.

Неприязнью, которую Менделеев питал к братьям Нобель (за то, что считал хищническим монополизмом), часто объясняют тот факт, что Нобелевская премия ему так и не досталось, несмотря на три выдвижения в 1905, 1906 и 1907 годах. Интересно, что номинировали его каждый раз зарубежные коллеги — среди номинаторов не оказалось ни одного соотечественника.

Ольга Грибова