Дмитрий Иванович Менделеев

 

Удельные объёмы. Химия силикатов  и стеклообразного состояния

Настоящий раздел творчества Д. И. Менделеева, не выразившись результатами масштабов естествознания в целом, тем не менее, как и всё в  его исследовательской практике, будучи неотъемлемой частью и вехой на пути к ним, а в отдельных случаях — их фундаментом, чрезвычайно важен и для понимания развития этих исследований. Как станет видно из дальнейшего, он тесным образом связан с основополагающими компонентами мировоззрения учёного, охватывающими сферы от изоморфизма и «основ химии» до базиса периодического закона, от постижения природы растворов до взглядов, касающихся вопросов строения веществ.

Первые работы Д. И. Менделеева в 1854 году представляют собой химические анализы силикатов. Это были исследования «ортита из Финляндии» и «пироксена из Рускиалы в Финляндии», о третьем анализе минеральной глинистой породы — умбры — имеются сведения только в сообщении С. С. Куторги в Русском географическом обществе. К вопросам аналитической химии силикатов, Д. И. Менделеев возвращался в связи с магистерскими экзаменами — письменный ответ касается анализа силиката, содержащего литий. Этот небольшой цикл работ послужил возникновению интереса у исследователя к изоморфизму: состав ортита учёный сравнивает с составами других сходных минералов и приходит к выводу, что такое сопоставление позволяет построить изменяющийся по химическому составу изоморфный ряд.

Изучение стекла помогло  Д. И. Менделееву глубже понять природу  кремнекислых соединений и на этом своеобразном веществе увидеть некоторые важные особенности химического соединения вообще.

Темам стеклоделия, химии  силикатов и стеклообразного  состояния Д. И. Менделеевым посвящено  около 30 работ.

 

Исследование газов

Эта тема в творчестве Д. И. Менделеева связана, прежде всего, с поиском учёным физических причин периодичности. Так как свойства элементов находились в периодической зависимости от атомных весов, массы, исследователь мыслил возможность пролить свет на эту проблему, выясняя причины сил тяготения и посредством изучения свойств передающей их среды.

Одна из гипотез Д. И. Менделеева сводилась к тому, что  специфическим состоянием газов  воздуха при большом разрежении и мог оказаться «эфир» или  некий-то газ с очень малым  весом. Д. И. Менделеевым написано на оттиске из «Основ химии», на периодической системе 1871 года: «Легче всех эфир, в миллионы раз»; а в рабочей тетради 1874 года учёный выражает ещё более ясно ход мысли: «При нулевом давлении у воздуха есть некоторая плотность, это и есть эфир!». Тем не менее, среди его публикаций этого времени таких определённых соображений не высказано.

В контексте предположений, связанных с поведением сильно разреженного газа (инертного — «наилегчайшего химического элемента») в космическом  пространстве, Д. И. Менделеев опирается на сведения, полученные астрономом А. А. Белопольским: «Инспектор Главной Палаты мер и весов, обязательно снабдил меня следующими результатами новейших исследований, в том числе и г. Белопольского». А далее он прямо ссылается на эти данные в своих выводах[28][29].

При всей гипотетической направленности исходных предпосылок  этих исследований, основным и наиболее важным результатом в области  физики, полученным благодаря им Д. И. Менделеевым, явился вывод уравнения  идеального газа, содержащего универсальную газовую постоянную. Также очень важным, но несколько преждевременным, было предложенное Д. И. Менделеевым введение термодинамической шкалы температур.

Учёным также было избрано правильное направление  для описания свойств реальных газов. Вириальные разложения, использованные им, соответствуют первым приближениям в известных сейчас уравнениях для реальных газов.

В разделе, имеющем отношение  к исследованиям газов и жидкостей, Д. И. Менделеевым сделано 54 работы.

 

Учение о растворах

В 1905 году Д. И. Менделеев скажет: «Всего более четыре предмета составили моё имя, периодический закон, исследование упругости газов, понимание растворов как ассоциации и „Основы химии“. Тут моё богатство. Оно не отнято у кого-нибудь, а произведено мною…»

Д. И. Менделеев показал, что правильное понимание растворов невозможно без учёта их химизма, отношения их к определённым соединениям (отсутствия грани между таковыми и растворами) и сложного химического равновесия в растворах — в разработке этих трёх неразрывно связанных аспектов заключается основное его значение. Однако сам Д. И. Менделеев никогда не называл свои научные положения в области растворов теорией — не сам он, а его оппоненты и последователи так именовали то, что он называл «пониманием» и «представлением», а труды настоящего направления — «попыткой осветить гипотетическим воззрением всю совокупность данных о растворах» — «…до теории растворов ещё далеко»; основное препятствие в её формировании учёный видел «со стороны теории жидкого состояния вещества».

Нелишним будет отметить, что, развивая это направление, Д. И. Менделеев, поначалу априорно выдвинув идею о температуре, при которой высота мениска будет нулевой, в мае 1860 года провёл серию опытов. При определённой температуре, которую экспериментатор назвал «абсолютной температурой кипения», нагретый в парафиновой ванне в запаянном объёме жидкий хлорид кремния (SiCl4) «исчезает», перейдя в пар. В статье, посвящённой исследованию, Д. И. Менделеев сообщает, что при абсолютной температуре кипения, полный переход жидкости в пар сопровождается уменьшением поверхностного натяжения и теплоты испарения до нуля. Эта работа — первое крупное достижение учёного.

Растворам и гидратам Д. И. Менделеевым посвящено 44 труда.

 

Кораблестроение. Освоение Крайнего Севера

Являя собой развитие исследований газов и жидкостей, труды Д. И. Менделеева по сопротивлению среды и воздухоплаванию находят продолжение в работах, посвящённых кораблестроению и освоению арктического мореплавания.

В 1901—1902 годах Д. И. Менделеев  создал проект арктического экспедиционного ледокола. Учёным разработан высокоширотный «промышленный» морской путь, подразумевавший прохождение судов вблизи Северного полюса.

Теме освоения Крайнего Севера Д. И. Менделеевым посвящено 36 работ.

 

Метрология

Менделеев был предтечей современной метрологии, в частности — химической метрологии. Он является автором ряда работ по метрологии. Создал точную теорию весов, разработал наилучшие конструкции коромысла и арретира, предложил точнейшие приёмы взвешивания.

В 1893 году Д. И. Менделеев создаёт Главную палату мер и весов (ныне Всероссийский научно-исследовательский институт метрологии имени Д.И. Менделеева);

8 октября 1901 года по  инициативе Дмитрия Ивановича  Менделеева в Харькове была  открыта первая на Украине  поверочная палатка для выверки и клеймения торговых мер и весов. С этого события берёт начало не только история метрологии и стандартизации на Украине, но и более чем столетняя история ННЦ «Институт метрологии».

 

Пороходелие

Существует ряд противоречивых мнений о работах Д. И. Менделеева, посвящённых бездымному пороху. Документальные сведения говорят о следующем их развитии.

 

В мая 1890 года от лица Морского министерства вице-адмирал Н. М. Чихачёв  предложил Д. И. Менделееву «послужить научной постановке русского порохового дела», на что учёный, уже ушедший из университета, в письме выразил согласие и указал на потребность заграничной командировки с включением специалистов по взрывчатым веществам — профессора Минных офицерских классов И. М. Чельцова, и управляющего пироксилиновым заводом Л. Г. Федотова, — организации лаборатории взрывчатых веществ.

Большое значение Д. И. Менделеев  придавал промышленной и экономической  стороне пороходелия, — использованию  только отечественного сырья; изучил получение  серной кислоты из местных колчеданов на заводе П. К. Ушкова в городе Елабуге Вятской губернии (где позднее в малом объёме и начали производить порох), — хлопчатобумажных «концов» с русских предприятий. Началось производство на Шлиссельбургском заводе под Санкт-Петербургом. Осенью 1892 года, с участием главного инспектора артиллерии морского флота адмирала С. О. Макарова, испытан пироколлодийный порох, получивший высокую оценку военных специалистов. За полтора года под руководством Д. И. Менделеева разработана технология пироколлодия — основы отечественного бездымного пороха, своими качествами превосходящего иностранные. После испытаний 1893 года адмирал С. О. Макаров подтвердил пригодность нового «бездымного зелья» для использования в орудиях всех калибров.[1][10]

 

Д. И. Менделеев был  занят пороходелием до 1898 года. Привлечение Бондюжинского и Охтинского заводов, Морского пироксилинового завода в Санкт-Петербурге, вылилось в противостояние ведомственных и патентных интересов. С. О. Макаров, отстаивая приоритет Д. И. Менделеева, отмечает его «крупные услуги по решению вопроса о типе бездымного пороха» для Морского министерства, откуда 1895 году учёный ушёл с должности консультанта; он добивается снятия секретности — «Морской сборник» под рубрикой «О пироколлодийном бездымном порохе» (1895, 1896) публикует его статьи, где сопоставляя различные пороха с пироколлодием по 12 параметрам, констатирует его очевидные преимущества, выраженные — постоянством состава, однородностью, исключением «следов детонации».

 

Об электролитической диссоциации

Существует мнение, что Д. И. Менделеев «не принял» концепции электролитической диссоциации, что он якобы неправильно её истолковывал, или даже и вовсе не понимал…

 

К развитию теории растворов  Д. И. Менделеева продолжал проявлять  интерес и в конце 1880-х — 1890-х годов. Эта тема приобрела особое значение и злободневность после оформления и начала успешного применения теории электролитической диссоциации (С. Аррениус, В. Оствальд, Я. Вант-Гофф). Д. И. Менделеев пристально наблюдал за развитием этой новой теории, однако воздерживался от какой-либо категорической её оценки.

Д. И. Менделеев обстоятельно рассматривает некоторые доводы, к которым обращаются сторонники теории электролитической диссоциации  при доказательстве самого факта  разложения солей на ионы, в том  числе понижения температуры замерзания и других факторов, определяющихся свойствами растворов. Этим и другим вопросам, связанным с пониманием данной теории, посвящена его «Заметка о диссоциации растворённых веществ»[45]. Он говорит о возможности соединений растворителей с растворёнными веществами и влиянии их на свойства растворов.

В конце 1880-х годов  между сторонниками и противниками теории электролитической диссоциации  развернулись интенсивные дискуссии. Наибольшую остроту приобрела полемика в Англии, причём связана она была именно с работами Д. И. Менделеева. Данные по разбавленным растворам явились основой доводов сторонников теории, а противники обращались к результатам исследований растворов в широких областях концентраций. Наибольшее внимание отводилось растворам серной кислоты, хорошо исследованным Д. И. Менделеевым. Многие английские химики последовательно развивали точку зрения Д. И. Менделеева на присутствие в диаграммах «состав — свойство» важных точек. Сведения эти использовали в критике теории электролитической диссоциации Х. Кромптон, Э. Пикеринг, Г. Е. Армстронг и другие учёные. Их указание на точку зрения Д. И. Менделеева и данные о растворах серной кислоты в виде основных аргументов своей правоты расценивалось многими учёными, в том числе и немецкими, как противопоставление «гидратной теории Менделеева» теории электролитической диссоциации. Это привело к предвзятому и остро критическому восприятию позиций Д. И. Менделеева, например, тем же В. Нернстом.

 

Менделеев — экономист и футуролог

Д. И. Менделеев был также выдающимся экономистом, обосновавшим главные направления хозяйственного развития России. Вся его деятельность, будь то самые отвлечённые теоретические изыскания, будь — строгие технологические исследования, непременно, теми или иными путями, следствием имела практическую реализацию, которая всегда подразумевала учтение и хорошее понимание экономического смысла.

 

Будущее русской промышленности Д. И. Менделеев видел в развитии общинного и артельного духа. Конкретно  он предлагал реформировать русскую общину так, чтобы она летом вела земледельческую работу, а зимой — фабрично-заводскую на своей общинной фабрике. Внутри отдельных заводов и фабрик предлагалось развивать артельную организацию труда. Фабрика или завод при каждой общине — «вот что одно может сделать русский народ богатым, трудолюбивым и образованным».

Д. И. Менделеев выступал горячим сторонником протекционизма и хозяйственной самостоятельности  России. В своих работах «Письма  о заводах», «Толковый тариф…»  Д. И. Менделеев стоял на позициях защиты русской промышленности от конкуренции со стороны западных стран, связывая развитие промышленности России с общей таможенной политикой. Учёный отмечал несправедливость экономического порядка, позволяющего странам, осуществляющим переработку сырья, пожинать плоды труда работников стран-поставщиков сырья. Этот порядок, по его мнению, «имущему отдаёт весь перевес над неимущим».

 

В своём обращении  к общественности — «Оправдание  протекционизма» (1897) и в трёх письмах  Николаю II (1897, 1898, 1901 — «писаны и посланы по желанию С. Ю. Витте, который говорил, что он один не в силах убедить») Д. И. Менделеев излагает некоторые свои экономические взгляды.

 

Менделеев о демографическом росте

 

Учёный со всей определённостью  показывает отношение к настоящему вопросу в контексте своих убеждений в целом следующими словами: «Высшая цель политики яснее всего выражается в выработке условий для размножения людского»[51].

В начале XX века, Менделеев, отмечая, что население Российской империи за последние сорок лет  удвоилось[52], вычислил, что к 2050 году её численность при сохранении существующего роста достигнет 800 млн человек.[53]. О том, что имеется на самом деле, см. статью Демографическая ситуация в Российской Федерации.

Объективные исторические обстоятельства (в первую очередь — войны, революции и их последствия) внесли коррективы в расчёты учёного, тем не менее, показатели, к которым он пришёл относительно регионов и народов, по тем или иным причинам в меньшей степени затронутых названными непредсказуемыми факторами, подтверждают справедливость его прогнозов.