Менделеев как химик что сделал
Дмитрий Иванович Менделеев и его вклад в науку
На протяжении истории развития химической науки сделано немало открытий, однако немногие из них можно сопоставить с достижениями русского ученого Дмитрия Ивановича Менделеева. Со времени открытия периодического закона прошло достаточно времени, однако даже сегодня никто не может однозначно утверждать, что все содержание таблицы элементов осознано до конца.
Открытие периодического закона
В 1865 году автор знаменитого учебника по органической химии пришел к заключению, что возникла острая необходимость создать новый учебник, но уже по неорганической химии. В нем Менделеев планировал отразить современный уровень развития науки. К этой идее он подошел со всей ответственностью — вместе с материалом стал одновременно собирать и анализировать данные о химических элементах. Нужно сказать, что сегодня эта задача не составила бы большого труда, но в то время, когда не существовало никакой системы расположения элементов, это была работа не из легких. Все элементы и их соединения представляли собой своеобразный «темный лес», в котором не составляло труда заблудиться. Ученый решил сделать картонные карточки и написать на каждой название элемента, его атомную массу, формулы соединений и основные свойства. Но без строгой систематизации в итоге получился своеобразный каталог известных к тому времени элементов, в котором мог разобраться лишь его создатель.
По легенде, которая более похожа на правду,
периодическую таблицу элементов, которая позволила превратить весь собранный материал в стройную базу данных, Менделеев увидел во сне.
Ему приснилось, в каком порядке необходимо расположить имеющиеся у него карточки согласно фундаментальному закону природы. На тот момент ученый был весьма близок к открытию таблицы, ведь он годами пытался систематизировать данные, так что рано или поздно это должно было случиться. Мозг химика и днем, и ночью работал в одном направлении. Поэтому озарение скорее закономерно, чем случайно. С того дня, когда за простыми рядами символов химических элементов Менделеев увидел проявление закона природы, его уже не занимали другие вопросы: все отошло на задний план.
1 марта 1869 года, закончив рукопись учебника, в котором находилась таблица элементов, Менделеев сдал его в печать и сразу же уехал в командировку. Этот день считается датой открытия периодического закона химических элементов. Однако именно тогда ученый лишь завершил разработку таблицы, которая на самом деле была прообразом той периодической системы, о которой мы знаем со школьной скамьи.
Об открытии закона сообщил друг Менделеева профессор химии Меншуткин. Это произошло 6 марта 1869 года на заседании Русского химического общества. Интересен тот факт, что русские химики вначале даже не поняли, о чем идет речь и какое великое достижение имеется в виду. Однако для дальнейшего развития таблицы и закона было достаточно того, что значение этого открытия осознал сам Дмитрий Иванович.
Термин «периодический закон» Менделеев впервые употребил в 1870-м, а спустя год дал окончательную формулировку.
Закон звучал так: «Свойства простых тел, а также формы и свойства соединений элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел стоят в периодической зависимости от их атомного веса».
Существует и альтернативная формулировка: «Измеримые физические и химические свойства элементов и их соединений стоят в периодической зависимости от атомных весов элементов». Графическим выражением данного закона является разработанная Менделеевым таблица элементов, которая вскоре стала также называться периодической. Вот так обосновывает ее название сам ученый: «Было бы правильнее назвать мою систему периодической, поскольку она вытекает из периодического закона, что естественно». На склоне лет ученый так оценит свое открытие: «Это лучший свод моих взглядов и соображений о периодичности элементов. Это главная причина моей научной известности, потому что многое оправдалось гораздо позднее».
Окончательная доработка периодической таблицы
В течение последующих двух лет после первого упоминания о таблице элементов Менделеев сформулировал и заложил основы учения о периодичности. Параллельно с этим шли «шлифовка» и упорядочивание элементов в таблице, так как распределение иногда казалось Дмитрию Ивановичу несовершенным. По его мнению, атомные массы во многих случаях были определены неточно. В результате такой ошибки некоторые элементы занимали не те места в таблице, и это подтверждалось свойствами их соединений.
Руководствуясь законом периодичности и химико-физическими свойствами соединений, Менделеев изменил атомные массы этих элементов и поставил их в один ряд с теми, у которых были сходные свойства.
Так, вначале он поместил карточку с бериллием, атомная масса которого считалась равной 14, рядом с алюминием (атомная масса 27,4). В то время бериллий считали аналогом алюминия. Но, сопоставив химические свойства, переместил бериллий ближе к магнию. Можно сказать, что ученый таким образом высказал сомнение в общепринятом значении атомной массы бериллия. Он изменил ее на 9,4. А формулу оксида бериллия по аналогии с оксидом магния переделал из Be2O3 в BeO. Следует заметить, что такое значение атомной массы бериллия было подтверждено только спустя десять лет. Так же смело Менделеев действовал и в остальных подобных случаях. Например, приписал урану атомную массу 240, вследствие чего элемент оказался последним в системе. Далее четко сформулировал понятия о группах элементов, малых и больших периодах.
Пустые места в таблице Менделеева не смущали: он с легкостью оставлял их, считая, что эти элементы еще не открыты и неизвестны науке.
Так, с учетом свойств соседствующих с пустотами в таблице элементов и их соединений талантливый химик предсказал и подробно описал три неизвестных элемента, назвав их именами аналогов — эка-бор (будущий элемент скандий), эка-алюминий (известный затем как галлий) и эка-силиций (получивший название германий).
Доработкой таблицы занимался не только сам ее создатель. К ней приложили руку многие видные химики всех передовых стран. Варианты периодической системы отличались друг от друга порой разительно, однако всегда во главе угла стоял открытый Менделеевым закон периодического изменения свойств элементов.
Так, химик поместил элемент водород в первую группу (сверху слева), некоторые ученые вообще не предоставляли водороду места в системе, другие рассматривали его как легкий аналог галогенов (хлора, брома или йода), третьи размещали водород в середине первого периода, подразумевая, что этот элемент как бы принадлежит ко всем группам элементов. К слову, такая неоднозначная ситуация сохранилась и до сих пор.
Вариант таблицы, опубликованной в «Основах химии» Менделеева за 1871 год, представлял классическую короткую форму периодической системы, являющейся в весьма высокой степени информативной — четко очерчены периоды и группы элементов, под их символами приведены формулы важнейших соединений. Здесь большинство атомных масс округлены до целых чисел, а также четко показаны пробелы, которые отвечают предсказанным элементам. Во времена Менделеева было известно мало редкоземельных элементов. Ученый поместил в таблицу только символ элемента церия, а положение остальных — иттрия, лантана, диспрозия, эрбия — он затем неоднократно менял, но прийти к однозначному выводу так и не смог. Несмотря на это, химик полагал, что за каждым редкоземельным элементом должно быть закреплено отдельное место в определенной группе периодической системы.
Последним элементом в этом варианте таблицы был уран с атомной массой 240. Менделеев не спешил предсказывать существование элементов тяжелее урана. Он считал, что если они и есть в природе, то их совсем немного.
Так, в таблице после урана идут пять пустых мест, которые соответствуют трансурановым элементам с их вероятными атомными массами. Кроме этого, в таблице присутствуют и другие элементы, которые еще предстояло открыть: два аналога марганца с атомными массами 100 и 190 — будущие технеций и рений, аналоги цезия, бария, лантана и тантала — франций, радий, актиний и протактиний, аналоги теллура и йода — полоний и астат.
В восьмом издании «Основ химии», которое вышло в 1906-м, была помещена другая, немного модифицированная таблица. В нее добавили так называемую нулевую группу, включающую новые элементы, открытые в конце XVIII века, —
благородные, или инертные, газы. Их Менделеев предсказать не смог, более того, они стали целым испытанием для периодического закона и таблицы.
Дело в том, что от данных элементов не удавалось получить каких-либо соединений, они просто не вступали в химическое взаимодействие с другими веществами. Доходило до того, что некоторые ученые отказывались признавать их элементами. Однако в итоге была выдвинута идея так называемой нулевой группы, что позволило включить данные элементы в таблицу. Кроме них в таблицу попал еще радий — это говорит о том, что Менделеев окончательно признал явление радиоактивности и радиоактивных элементов.
Открытие предсказанных элементов
Интересна история открытия элементов, существование которых предрекал Менделеев исходя из периодической таблицы. По сути, относительно скорое их обнаружение и полное совпадение предсказанных свойств с реальными стало дополнительной причиной признания периодического закона, дальнейшего развития таблицы и поиска новых элементов. А началось все, как водится, с подачи Дмитрия Ивановича.
Однажды осенью 1875 года, просматривая доклады Парижской академии наук, Менделеев обратил внимание на сообщение французского химика Поля-Эмиля Лекока де Буабодрана об открытии нового элемента, названного галлием (в честь Франции, но по ее латинскому названию — Галлия). Интересно то, что символ страны — петух — по-французски пишется lecoq, а на латыни — gallus, поэтому, дав новому элементу имя галлий, Лекок неумышленно увековечил заодно и свою фамилию.
Открытие галлия — первое подтверждение закономерности, выведенной Менделеевым.
Ученый получил новый элемент в очень небольшом количестве (меньше 100 мг), и полностью изучить его физические и химические свойства не представлялось возможным. Поэтому неудивительно, что первоначально атомная масса была определена неверно: французский исследователь указал цифру 4,7. По вычислениям Менделеева, у эка-алюминия он должен быть 5,9. Дмитрий Иванович написал французскому ученому о том, что, судя по свойствам открытого элемента, это не что иное, как предсказанный им в 1869- м эка-алюминий. После более точных исследований удельный вес галлия действительно получился 5,94!
Открытие галлия вызвало настоящую сенсацию в научной среде. Фамилии Менделеева и Лекока де Буабодрана в одночасье стали известны буквально всему миру. Ученые всех передовых стран воодушевились возможными успехами, что дало мощный старт дальнейшему поиску остальных предсказанных элементов. Десятки лабораторий Европы подключились к этой работе, не говоря уже о сотнях химиков, жаждущих необыкновенных открытий и славы.
При таком подходе успехи не заставили себя ждать. Уже в 1879 году профессор химии Ларс Фредерик Нильсон из шведского города Упсала открыл новый элемент, полностью соответствующий эка-бору. Он занимался изучением минералов, содержащих редкоземельные металлы, и стремился выделить из них соединения редкоземельных элементов в чистом виде, а затем определить физико-химические свойства и место в периодической системе.
В результате Нильсон открыл неизвестное соединение, которое сначала принял за оксид существующего элемента. После более подробных исследований было доказано, что это новый элемент.
Профессор Нильсон назвал его скандием в честь родины Скандинавии. На то, что открытый элемент очень похож на предсказанный Менделеевым эка-бор, указал другой шведский ученый — Пер Теодор Клеве, который обратил внимание, что многие свойства нового элемента, в частности формула оксида, бесцветность солей и нерастворимость оксида в щелочах, очень похожи на предсказанные свойства эка-бора. После этого скандий занял в периодической системе именно то место, на которое указывал русский химик.
Повторное доказательство предсказаний Менделеева вызвало настоящий фурор. После этого случая стали поступать многочисленные сообщения о том, что ученого избрали почетным членом многих европейских университетов и академий.
На очереди было открытие эка-силиция. Удалось это сделать только в 1886 году. Профессор минералогии Фрейбергской горной академии А. Вельсбах открыл новый минерал, содержащий серебро. Он попросил немецкого химика К. Винклера произвести полный анализ образца. Винклер пришел к выводу, что в минерале присутствует какой-то неизвестный элемент, не обнаруживаемый исследованием. После упорной работы он все же выделил некоторое количество элемента в чистом виде. Первые сообщения об открытии содержали предположения, что нашли аналог сурьмы или мышьяка. Они вызвали острую научную полемику, которая закончилась тем, что было установлено —
новый элемент есть эка-силиций, существование которого предсказал Менделеев. Винклер предложил назвать его нептунием, намекая на то, что история открытия очень сходна с обнаружением планеты Нептун.
Однако из-за того, что такое имя было дано ранее другому, ложно открытому элементу, Винклер придумал новое — германий — в честь родины. Но данное название вызвало неоднозначную реакцию у многих ученых. Конец спорам положил Менделеев, который к тому времени обладал неоспоримым авторитетом. В своем письме к Винклеру он решительно поддержал название германий.
Авторитет Менделеева был настолько велик, что после его смерти имя ученого было присвоено Русскому химическому обществу (сейчас оно называется Российским химическим обществом им. Д. И. Менделеева). Кроме этого, АН СССР с 1962 года вручает золотую медаль им. Д. И. Менделеева отечественным ученым за выдающиеся научные работы в области химической науки и технологии.
Краткая биография
Дмитрий Иванович Менделеев родился 27 января (8 февраля) 1834 года в городе Тобольске в семье директора гимназии. Дмитрий был последним, семнадцатым ребенком. Из всех детей восемь умерли еще в младенчестве. Первое образование получил в Тобольской гимназии, а после смерти отца семья перебралась сначала в Москву, а затем — в Санкт-Петербург. В 1850 году Дмитрий стал студентом физико-математического факультета Главного педагогического института, который окончил с золотой медалью и званием «старший учитель». По настоянию врачей уехал в Одессу, где преподавал математику, физику и естественные науки в гимназии при Ришельевском лицее, параллельно работал над магистерской диссертацией, которую блестяще защитил в 1856-м, в следующем году стал приват-доцентом при Санкт-Петербургском университете. В 1859-м был командирован за границу, где организовал собственную лабораторию и проводил исследования. Через два года после возвращения на родину решил написать учебник по органической химии, который впоследствии принес известность. В 1864-м Менделеев стал доцентом Санкт-Петербургского университета и профессором Санкт-Петербургского технологического института, приступил к написанию докторской диссертации, посвященной растворам спирта в воде. В 1866-м начал работать над учебником по неорганической химии. Попытки систематизировать элементы привели к открытию периодического закона. В 1876 году отправился в командировку в американский штат Пенсильвания для изучения местных нефтяных месторождений. Последующие работы в этой области имели большое значение для российской нефтяной промышленности. В 1890-м завершил карьеру преподавателя, но остался верен науке. Так, из-под его пера вышел труд «Толковый тариф 1890 года», ставший на долгие годы основой русской таможенной политики. На должности ученого-хранителя Главной палаты мер и весов Менделеев разработал точнейшие эталоны веса. Скончался Дмитрий Иванович 20 января (2 февраля) 1907 года.
На протяжении истории развития химической науки сделано немало открытий, однако немногие из них можно сопоставить с достижениями русского ученого Дмитрия Ивановича Менделеева. Со времени открытия периодического закона прошло достаточно времени, однако даже сегодня никто не может однозначно утверждать, что все содержание таблицы элементов осознано до конца.
Биография Д.И. Менделеева. Интересные факты из жизни великого химика
«Нам особенно нужны хорошо образованные люди, близко знающие русскую природу, всю нашу действительность, для того, чтобы мы могли сделать самостоятельные, а не подражательные шаги в деле развития своей страны»
Генеральной ассамблеей ООН 2019 год объявлен Международным годом периодической таблицы химических элементов в честь периодического закона, открытого известным русским учёным Дмитрием Менделеевым в 1869 году.
Напомним, что фундаментальный закон природы, сформулированный великим химиком, через два года совершенствования Менделеевым собственного выражения (1871 г.) имел следующее определение: «Свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел, стоят в периодической зависимости от их атомного веса».
2019 стал годом празднования 150-летнего юбилея периодического закона Д.И. Менделеева. Как верно заметила министр образования и науки России Ольга Васильева в своём интервью РИА Новости: «Традиции отечественной химической школы не иссякают и сегодня. При участии наших учёных происходят открытия новых химических элементов, а наши школьники регулярно достигают высоких результатов на международных соревнованиях».
«В лабиринте известных фактов легко потеряться без плана»
Значительные открытия Дмитрия Ивановича Менделеева, повлиявшие на развитие химической науки по всему миру, навсегда внесли имя русского учёного в список величайших учёных планеты. Но что мы знаем о гениальном химике как о личности? Какой человек он был? Что ещё помнят люди об известном Менделееве кроме его огромного научного вклада?
Происхождение и семья Д.И. Менделеева
Дмитрий Менделеев родился зимой 1834 года в многодетной семье директора Тобольской гимназии и училищ Тобольского округа. В семье он был самым младшим, семнадцатым. Восемь детей из семнадцати умерли настолько маленькими, что трём из них родители даже не успели дать имена.
Склонность к образованию и науке Менделеев получил от своих родных. Дед Павел Максимович Соколов был священником, отец Иван Павлович Менделеев окончил филологическое отделение Главного педагогического института (сейчас СПбГУ- Санкт-Петербургский государственный университет«), а мать Мария Дмитриевна Менделеева (Корнильева), хоть и не имевшая образования, самостоятельно изучила гимназический курс вместе со своими братьями.
После кончины отца, когда юному Дмитрию было всего тринадцать лет, тяготы содержания многодетной семьи пали на плечи матери. Будучи женщиной смелой и энергичной, она не только много работала, чтобы поставить детей на ноги, но и сумела бросить все дела и переехать в другое место. Первый переезд был связан со смертью кормильца — семья переехала в село Аремзянское, где Мария Дмитриевна управляла стекольной фабрикой.
Другой переезд был необходим для того, чтобы позволить талантливому Дмитрию продолжать свою учёбу в университете. Мать с сыном и младшей дочерью покидают родную Сибирь и переезжают в Москву. Спустя два года после приезда, уже после поступления Менделеева в Главный педагогический институт в Петербурге, Мария Дмитриевна умирает.
Интересным представляется факт появления фамилии в семье Менделеевых. По традициям духовенства дед Павел Максимович Соколов передал свою фамилию только одному из сыновей, остальные же получили сторонние фамилии. Так, один из сыновей обрёл фамилию Тихомандрицкий (в честь села, где жила семья), другой — Покровский (в честь прихода, в котором служил священник), а третий сын — Иван — получил фамилию соседских помещиков. Изначально «Менделеев» даже не была фамилией в полном смысле этого слова, а скорее прозвищем. По словам самого же Дмитрия Ивановича фамилия была «. дана отцу, когда он что-то выменял, как соседний помещик Менделеев менял лошадей».
Сам Дмитрий Иванович Менделеев был женат дважды. От двух браков у Менделеева было семеро детей, однако в начале двадцать первого века умер последний потомок рода Менделеевых — внук Александр.
«Вся гордость учителя в учениках, в росте посеянных им семян»
Многие великие люди, поразившие мир своими открытиями, в детстве не проявляли интерес к наукам. Не стал исключением и Дмитрий Менделеев. Особенно тяжело давались ему латынь и Закон Божий. Да и в студенчестве Дмитрий не хватал звёзд с неба, более того, остались воспоминания, что юноша однажды даже оказался в списке остающихся на второй год обучения из-за плохих отметок по некоторым дисциплинам. Хорошо давалась Менделееву математика, а с течением времени проснулась тяга и к другим предметам. Постепенно молодой человек настолько «втянулся» в учёбу, что по окончании института даже получил золотую медаль.
Любопытно, что позже Менделеев и сам был преподавателем. Около тридцати лет Дмитрий Иванович работал в Императорском Санкт-Петербургском университете. Однако сложный характер учёного послужил причиной его ухода с должности педагога в 1890 году.
Д.И. Менделеев и «изобретательские мифы»
«Все дается только труду. Все — труду людскому, таков лозунг истории»
Как часто бывает с известными людьми, личность Д.И. Менделеева была окутана большим количеством придуманных историй и легенд.
Один из известных мифов гласит о том, что именно великий химик стал изобретателем водки. Распространению этого заблуждения послужил тот факт, что в 1865 году Менделеев защитил диссертацию «Рассуждение о соединении воды и спирта». В труде рассматривались свойства смесей воды и спирта, растворов, но никак не пропорции изготовления спиртных напитков. Существование водки как напитка было зафиксировано несколькими столетиями до рождения русского учёного.
Другое, пожалуй, ещё более распространённое заблуждение о свершениях Менделеева гласит о том, что известная периодическая система химических элементов пришла к учёному во сне. Русский химик трудился над созданием известной таблицы более двадцати лет, поэтому миф о том, что система явилась к нему во сне внезапно, без предшествующей работы, была даже оскорбительна для Менделеева. Только непрестанный труд послужил появлению периодической системы. Идея же связи между химическими свойствами и массой пришла к учёному, когда он планировал отправиться в командировку. Пришедшая мысль освежила размышления химика и подала новые пути к открытиям настолько, что Менделеев отложил свою поездку и погрузился в науку с головой.
Увлечения великого химика Менделеева
«Сам удивляюсь — чего только я не делывал в своей научной жизни. И сделано, думаю, неплохо»
На сегодняшний день, пожалуй, самым интересным и неизвестным фактом из жизни Д.И. Менделеева стало необычное увлечение известного химика. Работая с растворами и создавая новые «рецепты», Менделеев изобрел особый вид клея. Его клей был удивительно прочным и качественным, химик даже не доверил никому рецептуру своего «клеевого изобретения». Однако именно это новшество позволило учёному с наслаждением погрузиться в новое хобби — изготовление чемоданов, переплетение книг и клеение рамок для картин. Причём это увлечение достигло такого мастерства, что в Москве и Санкт-Петербурге Менделеев слыл выдающимся профессионалом, а купить чемодан у великого химика было делом особым и значительным. Престижу способствовала не только известность учёного, но и потрясающие качество и долговечность изделий.
Нобелевская премия: быть или не быть
«Капиталом является только та часть богатства, которая обращена на промышленность и производство, но не на спекуляцию и перепродажу»
Печальным фактом научной жизни Д.И. Менделеева стало отсутствие Нобелевской премии. Потрясающий вклад в науку — и полный провал по наградам. Кандидатуру великого химика поддерживали иностранцы, Дмитрий Иванович был трижды номинирован на известную премию. Однако члены императорской академии наук не поддерживали русского учёного на голосовании. Биографы Менделеева, пристально рассматривающие жизнь химика, полагают, что виной такой «непризнанности» стали многочисленные интриги и сложный характер учёного.
Полёты в небо и шпионские тайны
«Границ научному познанию и предсказанию предвидеть невозможно»
Из записей доподлинно известно, что великий химик в течение многих лет разрабатывал конструкцию летательного аппарата. В 1875 году им был разработан проект стратостата. Также он был автором изобретения управляемого аэростата с двигателями. Менделеева захватывали не только изобретения, но и сами полёты — он летал на аэростатах неоднократно. Так, первый полёт был совершён химиком в 1878 году, следующий же случился аж через девять лет.
Особо стоит отметить полёт Менделеева на воздушном шаре «Русский» в одиночестве. Полёт на высоте более трёх тысяч метров длился около трёх часов. За это время Менделеев смог понаблюдать за полным солнечным затмением и измерить давление и температуру.
«Какой я химик, я политэконом. Что там „Основы химии“, вот „Толковый тариф“ — это другое дело»