Д. И. Менделеев – мыслитель и организатор науки

     Министерство  образования и молодёжной политики Чувашской Республики 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Исследовательская работа 

Тема: «Д. И. Менделеев – мыслитель и организатор науки» 
 
 
 
 
 

                                                 Выполнила: ученица 10 класса

                                                                         МОУ «Сугайкасинская средняя

                                                                         общеобразовательная школа» 

                                                                         Канашского района

                                                                        Чувашской Республики 

                                                                     Егорова Наталия Васильевна 
 
 
 
 
 
 

д. Сугайкасы  2008

     «Химия  вокруг нас» – это утверждение, хотя и широко известное, но не точное. Химия не только вокруг, но и внутри нас. Вся Вселенная построена из тех немногим более ста «кирпичиков», которые зовутся Элементами. Они одни и те же на Земле и в тёмных глубинах Космоса, потому что там не обнаружено ни одного Элемента, который был бы открыт на нашей планете. «Кирпичики» могут встречаться в разных соотношениях. Они способны соединяться друг с другом и вступать в разнообразные реакции, благодаря которым, кстати, мы дышим, двигаемся, живём.

     Середину XVII в. на Западе можно считать уже началом научного периода в истории химии. Наиболее видным выразителем этого нового периода явился английский учёный Р. Бойль. Научный период в развитии химии в России начинается с работ Ломоносова (1711–1765). М. В. Ломоносов – яркий приверженец атомизма. Более того, он явился предвестником современного атомно-молекулярного учения.  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

     Ранние  годы Д. И. Менделеева

     Свой  вклад в развитие химии вложил выдающийся гениальный русский химик, разносторонний учёный, педагог и общественный деятель Дмитрий Иванович Менделеев. Он родился семнадцатым и последним ребенком в семье Ивана Павловича Менделеева в1834 году 27 января в бывшем главном городе Сибири – Тобольске. Родители Менделеева — чисто русского происхождения. Дед его по отцу был священником и носил фамилию Соколов; фамилию «Менделеев» получил, по обычаям того времени, в виде прозвища. Отец Дмитрия Ивановича, Иван Павлович Менделеев, директор Тобольской гимназии и училищ Тобольского округа, рано потерял зрение, ушел в отставку и жил на небольшую пенсию. В 1847 году он умер. Вся забота о семье перешла тогда на Марию Дмитриевну. Мать Менделеева происходила из старинного, но обедневшего купеческого рода. Она была женщина далеко не заурядная. Мария Дмитриевна не только сама научилась грамоте, но много читала и собрала значительную библиотеку, с которой не согласилась расстаться даже тогда, когда денежные дела семьи были очень плохи.

     Развитие  Дмитрия Ивановича началось очень  рано, иначе его не отдали бы в  гимназию на год раньше, чем следовало по возрасту.

       Догимназические годы Дмитрий  Иванович с матерью провёл  на стекольном заводе в Аремзянке, в двадцати пяти верстах от Тобольска. Она успевала одновременно и вести небольшой стеклянный завод, доставлявший (вместе со скудной пенсией), более чем скромные средства к существованию, и заботиться о детях, которым дала прекрасное по тому времени образование. Младший сын особенно обращал на себя ее внимание своими необыкновенными способностями; она решила сделать все возможное для того, чтобы облегчить развитие его природных дарований, поместив его в тобольскую гимназию. В гимназии Менделеев учился неважно. Не по душе ему была гимназическая рутина, в которой «латинское самообольщение» играло видную роль. Охотно он занимался только математикой и физикой. Отвращение к классической школе осталось у него на всю жизнь.

     Годы  учения в Педагогическом институте

       В 1849 году Менделеев окончил  гимназию. По желанию отца Митеньки, Ивана Павловича, было решено  поместить юношу в Московский университет, что было удобно и потому, что в Москве жил его богатый дядя, Василий Дмитриевич Корнильев.

     Чтобы поехать в Москву, Мария Дмитриевна продала в Тобольске всё имущество  и отправилась в путешествие  с Митей и его сестрой Лизой. Остальные сестры были замужем, а братья уже устроились на службу и жили в Сибири.

     Живя  в Москве, Дмитрий Иванович с интересом  изучал её, а в доме своего дядюшки  познакомился со многими наиболее культурными  и выдающимися людьми того времени. У Корнильева бывали Н. В. Гоголь, А. С. Пушкин, С. Л. Пушкин, Ф. Глинка, Погодин.

     Однако в Москве его ждало горькое разочарование. Окончив курс в гимназии Казанского учебного округа, Дмитрий Иванович мог поступить только в Казанский университет. Хлопоты в течение целого года не помогли.

       Потерпев неудачу, Мария Дмитриевна решила ехать в Петербург, так как там жили её тобольские друзья Скерлетовы. Менделеевы приехали в Петербург зимою. Начались хлопоты о поступлении в высшее учебное заведение. Об университете нечего было и думать, так как туда не приняли бы по той же причине, что и в Москве. Оставалось поступить в Главный Педагогический институт, где воспитывался его отец. Здесь встретилось большое, но устранимое затруднение. Дело в том, что в год поступления Менделеева, то есть в1850 году, приёма в институт не было, туда принимали только через год. Однако в1850 году Митя всё же был принят в институт, но с тем, что через полгода он снова пройдет первый курс. 

    В Педагогическом институте всё то, что на лекциях по естествознанию однокурсникам казалось новым, ему было знакомо. Он всё это видел, бегая с деревенскими мальчуганами по полям и лесам, а кое-что узнал из книг, которые читала вслух Мария Дмитриевна длинными зимними вечерами. Дмитрий Иванович и сам много читал, благодаря своей исключительной памяти хорошо помнил прочитанное. Благоприятную почву для развития своих способностей Менделеев нашел только в Главном Педагогическом институте. Здесь он встретил выдающихся учителей, умевших заронить в души своих слушателей глубокий интерес к науке. В числе их были лучшие научные силы того времени, академики и профессора Петербургского университета: М. В. Остроградский (математика), Э. Х. Ленц (физика), А. А. Воскресенский (химия), М. С. Куторга (минералогия), Ф. Ф. Брандт (зоология). Сама обстановка института, при всей строгости режима закрытого учебного заведения, благодаря малому числу студентов, крайне заботливому к ним отношению и тесной связи их с профессорами, давала широкую возможность для развития индивидуальных склонностей.

    Мария Дмитриевна умерла в 1850 г. Смерть матери была одним из самых жестоких ударов для Дмитрия Ивановича. Менделеев сохранил до конца своих дней благодарную о ней память. Вот что пишет он в 1887 г, посвящая ее памяти свое сочинение «Исследование водных растворов по удельному весу». «Это исследование посвящается памяти матери ее последышем. Она могла его возрастить 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 божескую или научную правду, ибо понимала, сколь часто диалектика обманывает, сколь многое еще должно узнать, и как при помощи науки, без насилия, любовно, но твердо устраняются предрассудки и ошибки, а достигаются: охрана добытой истины, свобода дальнейшего развития, общее благо и внутреннее благополучие. Заветы матери считает священными Д. Менделеев».

    Из  этого посвящения ясно, что Мария  Дмитриевна верила в силу науки и была убеждена, что только труд позволяет ею овладеть.

    Постепенно слава о Менделееве разнеслась и в профессорских и в студенческих кругах. На его экзамен по химии собрались не только естественники, но и студенты филологии и приехал академик Фрицше, прямого отношения к институту не имевший.

    Один  из однокурсников Дмитрия Ивановича, историк, в своих записях рассказал  об экзамене.

    Дмитрий Иванович сначала написал очень  большое число формул на доске, а  потом о них долго рассказывал.

      Понятно, что студент-историк не мог описать всего, о чём говорил Дмитрий Иванович, и отметил лишь, что, по словам естественников, Менделеев развивал какие-то новые взгляды.

      По-видимому, он говорил о правильном  приёме определения химических  формул на основе объёмных соотношений в газообразном состоянии.

    Дело  в том, что на основе объёмных соотношений  взаимодействующих и получающихся газов, то есть при правильном сопоставлении  результатов опытов, частица воды состоит из одного атома кислорода (О) и двух атомов водорода (Н), то есть она – НОН, вместо принимавшейся  в то время формулы НО (один водород + один кислород). Соответственно перестраивались и формулы всех остальных соединений; но против этого восставали почти все старые представители химии, любившие доказывать, что вода должна иметь простейшую формулу, то есть НО, потому что вода наиболее распространённое вещество в природе.

    Академик  Ю. Ф. Фрицше пришёл в восторг от познаний и соображений Дмитрия Ивановича и написал директору института письмо, в котором настаивал, чтобы Менделеева направили в один из университетских городов за границу, чтобы он там непосредственно ознакомился с намечавшимися в то время новыми течениями науки.

    По  окончании курса в институте  Менделеев вследствие пошатнувшегося здоровья занял место учителя сначала в Симферополе, затем в Одессе, где он пользовался советами Пирогова. Пребывание на юге поправило его здоровье, а в 1856 г. он возвратился в Санкт-Петербург, где защитил диссертацию на степень магистра химии: «Об удельных объемах». 23 лет от роду он делается доцентом Петербургского университета, где читает сначала теоретическую, потом органическую химию. Кандидатскую диссертацию Дмитрий Иванович защищал при окончании института. В ней он разбирал вопрос о том, каковы должны быть условия, чтобы различные тела образовывали одинаковые кристаллы.

    Подготовив  вторую диссертацию, то есть рассуждение  для защиты на степень магистра, он поехал Одессы в Петербург для  сдачи экзаменов. За несколько дней Дмитрий Иванович сдал все экзамены, на что обычно требуются месяцы, защитил диссертацию на магистра и диссертацию на право чтения лекций.

    В рассуждениях Менделеева было много  новых, смелых мыслей.

    Понятно, что против Менделеева было высказано  много возражений, и притом не только по мелочам, но и по основным вопросам всех наук и по философии. Он блестяще опровергал часть возражений, а другую – разъяснил, как недоразумение.

    Магистерская  диссертация Менделеева «Удельные  объёмы» рассматривала вопросы  об изменении объёмов, занимаемых телами до и после химического соединения.

    Это был один из возможных путей для  ответа на вопрос, образовалось ли химическое соединение после смешения.

    Из  работы «Удельные газы» стало ясно, что решение химических  задач  механическими приёмами, то есть взвешиванием и измерением  объёмов, бессмысленно, и потому необходимо разобраться в силах, притягивающих атомы или частицы друг к другу.

    Но  как это сделать? Химические силы сказываются только на весьма малых  расстояниях, то есть для приведения атомов во взаимодействие нужно тесно  перемешать друг с другом. Для взаимного притяжения частиц разных веществ эта задача и сейчас, почти через сто лет, не решена.

    Задачу  о притяжении одинаковых частиц друг к другу, например, водных к водным, спиртовых к спиртовым, бензиновых к бензиновым, очень трудно решить, но путь для этого решения был указан в России лишь через десять лет после смерти Дмитрия Ивановича.

    В его время из-за недостатка опытных  данных, с одной стороны, и из-за неправильных теоретических, но «общепризнанных» авторитетами выводов, с другой, Менделеев решил не столько стремиться к относительным величинам, сколько к выяснению взаимного притяжения частиц данного вещества в зависимости от температуры.

    Для решения основной задачи, прежде всего, нужно было узнать взаимное притяжение одинаковых частиц. Для этого были нужны приборы и вещества, которые в то время можно было получить только за границей. 

    Поездка за границу 

    После защиты магистерской диссертации Дмитрий  Иванович имел полное право на заграничную  поездку.

    Однако  дело не обошлось без затруднений. Нашлись другие, у которых было много покровителей, хотя необходимых научных заслуг у них далеко не достаточно.

    В конце концов, вопрос был решен благоприятно, и Дмитрий Иванович получил командировку. В январе 1859 г. Менделеев был отправлен в двухгодичную командировку. Cначала он поехал в Варшаву, затем в Краков.

      Отправляясь за границу, Дмитрий  Иванович уже имел продуманный  план работы. Он решил изучить  взаимное притяжение частиц жидкости, которое сказывается, например, в  том, что капли росы имеют шарообразную форму. Такую форму они имеют потому, что все частицы жидкости притягиваются внутрь. Но это можно наблюдать, пока капля не смочила листок, покрытый утром особой восковой пленочкой. Измерить это притяжение Менделеев надеялся по подъёму жидкостей в узких трубках.

      Немецкие города, такие как Бреславль,  Лейпциг и другие, произвели на  Менделеева слабое впечатление.

      Дмитрия Ивановича манил Париж, где работала с начала ХIХ века плеяда крупных учёных.

      В то время Париж был неблагоустроен  и состоял во многих местах из запутанных улиц, очень грязных, где рядом с дворцами ютились убогие хижины.

      Менделеев ехал туда не без  тревоги. 

    Там он встретился такими известными химиками, как Дюма Вюрц, и физиком Беккерелем.

    В Париже он спешил посетить заводы химических веществ и мастерские по изготовлению научных приборов, которых в Париже были десятки.

      Для работы, задуманной Менделеевым, нужны были приборы, которые можно было купить только в Париже. И Менделеев купил там основной для своего исследования прибор – катетометр, весы, воздушный насос и ряд других приборов.

      В Париже было трудно спокойно  и сосредоточено работать, а потому  Дмитрий Иванович поселился в  провинциальном немецком университетском  городке    Гейдельберге. Туда его привлекали имена Бунзена, Кирхгофа и Коппа, и где он работал в собственной частной лаборатории. Там  было немало его соотечественников, среди них нужно отметить химика, а в будущем – одного из самых видных русских и мировых композиторов, А. П. Бородина, великого физиолога И. М. Сеченова, двоюродную сестру А. И. Герцена – Пасек, которая хила там с целою семьею, и ряд других лиц.

    Дмитрий Иванович, разносторонне образованный, остроумный, увлекающийся всем живым, занял в этом кругу людей руководящее  положение. Кружок русских жил не только научными интересами, но и всеми новостями искусства и политики.

      В то время задача, поставленная Менделеевым, была неразрешимой, потому что Дмитрий Иванович не мог собрать так много данных, как нужно было для решения. Кроме того, все считали тогда, что жидкости подобны газу, хотя, по непонятным причинам, несжимаемы.

    Зато  Менделеев обратил внимание на обстоятельство первоклассной важности для решения  вопроса о строении жидкостей. Он заметил, что подъём жидкостей во всех узких (волосных, или капиллярных, трубках) уменьшается при повышении температуры и вместе с тем уменьшается затрата тепла на испарение жидкости…

    Опираясь на выводы из своих опытных исследований, что при повышении температуры уменьшается и взаимное притяжение частиц жидкости. Он утверждал, что для каждой жидкости обязательно имеется критическая температура, выше которой притяжение между частицами делается равным нулю (точнее, равным тому же, что и в газе) и скрытая теплота перехода  в пар, то есть затрата теплоты на испарение, делается равной нулю.

    До 1859 года считали, что и газы и жидкости одинаково состоят из частиц, но в газах они движутся в большем  объёме, и потому газы легко сжимать, и они упруги; в жидкости те же частицы сближены почти вплотную, и потому жидкости почти не сжимаются.

    Дмитрий Иванович показал, что любой газ можно обратить в жидкость, но для этого нужно его охладить ниже некоторой температуры, названной в дальнейшем критической, и что при нагреве любой жидкости до той же температуры исчезает граница между жидкостью и паром над нею. Жидкость и пар обращаются в газ.

    Чтобы подтвердить свои выводы, Дмитрий  Иванович использовал свои наблюдения над тем, что высота подъёма жидкостей в трубках падала равномерно с подъёмом температуры.

      Однако дойти до критической температуры наблюдатели не рисковали, так как трубки могли не выдержать давления пара и разорваться.

    На  основании величин подъёма при  низких температурах Дмитрий Иванович вычислил для трёх жидкостей температуры, при которых высота подъёма сделается  равной нулю.

    Позже  другие учёные подтвердили его расчёты для многих жидкостей и подтвердили их.

      Из менделеевского учения следовало,  что любой газ можно превратить  в жидкость, если его охладить  ниже критической температуры. 

      По окончании работы с жидкостями Дмитрию Ивановичу пришлось участвовать и играть значительную роль в важнейшем в истории химии конгрессе химиков в Карлсруэ в 1860 году. Конгресс был посвящен основному вопросу: что считать химической частицей?

    Наибольшая  трудность заключалась в том, что ряд профессоров, считавшихся авторитетами, хотел сохранить сложность представлений о выводе формул, чтобы производить впечатлении, что в химии учение об атомах – лишь условное представление, удобное для расчётов, а на самом деле атомов в природе нет.

    Эти учёные не хотели отказаться от привычных, но устарелых приёмов. Так, например, Дюма предлагал в одной половине химии (минеральной) сохранить старый приём, а в другой (органической) – принять новый. Ясно, какая поучилась бы при этом путаница.

    Но  путаница и без того была большая. Так, формулу воды писали неправильно – ОН, – что, естественно, влекло неточности и во всех формулах, куда входила вода.

    Например, для столь широко распространенного  вещества, как уксусная кислота, в  период с 1855 по 2860 год применялось  около десяти формул. Каждая из них заставляла иначе изображать состав многих соединений.

      Представьте себе положение студентов,  которые могли ожидать, что  на экзамене профессор задаст  вопрос в соответствии с той формулой, которую студент считал неправильной. И каково было положение учёного, читающего статью по химии и не понимающего сразу, каких же формул придерживается её автор

          Часы досуга проводил в кругу молодых русских ученых: С. П. Боткина, И. М. Сеченова, И. А. Вышнеградского, А. П. Бородина и др. В 1861 г.

     В течение всей жизни за границей Менделеев стремился вернуться на родину, где его ждала большая и многообразная деятельность. 

     Работа  над растворами 

     Менделеев возвращается в Санкт-Петербург, где  возобновляет чтение лекций по органической химии в университете и издает замечательный по тому времени учебник: «Органическая химия», в котором идеей, объединяющей всю совокупность органических соединений, является теория пределов, оригинально и всесторонне развитая.

       В 1863 г. физико-математический  факультет Петербургского университета избирает его профессором на кафедру технологии, но он не получает утверждения от министерства, за отсутствием у него степени магистра технологии! (утверждение состоялось, однако, в 1865 г.).

       В 1864 г. Менделеев был избран  профессором Петербургского технологического института. В 1865 г. он защитил диссертацию «О соединениях спирта с водой» на степень доктора химии, а в 1867 г. получил в университете кафедру неорганической (общей) химии, которую и занимал в течение 23 лет. С этим периодом времени совпадает наиболее полный расцвет научного творчества и педагогической деятельности Менделеева. Он открывает периодический закон (1869) и излагает его в ряде мемуаров, выпускает «Основы химии» (1869 — 1871), посвящает многолетнюю работу, совместно с несколькими сотрудниками, сначала изучению сжимаемости газов, затем — исследованию растворов, главным образом по отношению к удельному весу. Первая из этих работ велась на средства, предоставленные Менделееву Императорским Русским Техническим Обществом и Артиллерийским Ведомством, при участии М. Л. Кирпичева, Н. Н. Каяндера, Богуского, Ф. Я. Капустина, Гемильяна и Е. Н. Гутковского, и обнимает период времени с 1872 — 78 г.; она осталась незаконченной. Ее результаты изложены в сочинении «Об упругости газов» (1875) и в нескольких предварительных сообщениях. Работы по растворам, являющиеся продолжением докторской диссертации Менделеева, занимают Менделеева и его сотрудников (В. Е. Павлова, В. Е. Тищенко, И. Ф. Шредера, С. П. Вуколова и др.) в конце 70-х и в первой половине 80-х годов; результаты ее сведены в обширном сочинении: «Исследования растворов по удельному весу» (1887). В тесной связи с этими работами по газам он занимается вопросами, касающимися сопротивления жидкостей, воздухоплавания и метеорологии, и публикует по этому поводу две ценных монографии.  

     Работы  для производства 

     В 1887 г. он поднимается на воздушном  шаре в Клину для наблюдения полного  солнечного затмения. Он посвящает  много внимания нашей нефтяной промышленности;

       в 1876 г. предпринимает путешествие в Америку (по поручению правительства) для ознакомления с постановкой там нефтяного дела, неоднократно посещает с той же целью и наши кавказские месторождения; ведет ряд любопытных работ по исследованию нефти.

    В 1888 г. он изучает экономическое состояние Донецкого каменноугольного района, выясняет огромное его значение для России и предлагает ряд мер для рационального использования «будущей силы, покоящейся на берегах Донца». Результаты этих работ изложены им в ряде статей и отдельных монографий.

    В 1890 г. Менделеев покинул Петербургский  университет при следующих обстоятельствах. Возникшие весной этого года студенческие беспорядки привели к выработке  на студенческих сходках петиции  на имя министра народного просвещения, в которой содержались исключительно пожелания академического характера. По просьбе студентов Менделеев согласился передать эту петицию министру, взяв раньше с них слово приостановить беспорядки. Бестактный ответ министра (графа Делянова), отказавшегося рассмотреть петицию, и возобновившиеся после того беспорядки заставили Менделеева подать прошение об отставке. Просьбы товарищей не смогли заставить Менделеева изменить раз принятое решение; со стороны министра не было предпринято никаких шагов к тому, чтобы загладить свою вину перед Менделеевым и сохранить за Петербургским университетом его лучшее украшение. Почти насильно оторванный от науки, Менделеев посвящает все свои силы практическим задачам. При его деятельном участии, в 1890 г. создается проект нового таможенного тарифа, в котором последовательно проводится покровительственная система, а в 1891 г. выходит в свет замечательная книга: «Толковый тариф», представляющий комментарий к этому проекту и вместе с тем глубоко продуманный обзор нашей промышленности, с указанием на ее нужды и будущие перспективы. Морское и военное министерство поручают Менделееву (1891) разработку вопроса о бездымном порохе, и он (после заграничной командировки) в 1892 г. блестящим образом выполняет эту задачу. Предложенный им «пироколлодий» оказался превосходным типом бездымного пороха, притом универсальным и легко приспособляемым ко всякому огнестрельному оружию. Менделеев принимает деятельное участие в работах, связанных с Всероссийской выставкой (1896), с Чикагской (1893) и Парижской (1900) всемирными выставками.

    В 1899 г. он был командирован на уральские  заводы; плодом этой поездки явилась  в следующем же году обширная и в высшей степени содержательная монография о состоянии уральской промышленности. В 1893 г. Менделеев был назначен управляющим только что преобразованной по его же указаниям «Главной Палаты мер и весов» и на этом посту оставался до конца своей жизни. В главной палате Менделеев организует ряд работ по метрологии, связанных с возобновлением русских прототипов меры и веса.

    Особенно  важны работы, касающиеся законов, управляющих колебаниями весов, и выработки приемов точного взвешивания; сюда же относится определение веса определенного объема воды и изменения удельного веса воды при изменении температуры от 0 до 30°, подготовление опытов для измерения абсолютного напряжения силы тяжести. Все эти и другие работы напечатаны в основанном Менделеевым «Временнике» главной палаты. К этому же периоду деятельности Менделеева относится его известная статья: «Попытка химического понимания мирового эфира» (1903), в которой он высказывает предположение, что эфир — особый химический элемент с весьма малым атомным весом, относящийся к нулевой группе периодической системы.