Kaip atsirado Mendelejevo periodinė elementų lentelė ir koks žmogus buvo Dmitrijus Mendelejevas - neeilinės asmenybės išskirtinis gyvenimas ir mūšis už pripažinimą

Periodinio dėsnio atsiradimas

Savo mokslinę karjerą Mendelejevas pradėjo devynioliktojo amžiaus šeštojo dešimtmečio viduryje — tuo metu chemija sparčiai kito. Mokslą taip aktyviai transformuotis skatino dvi priežastys. Pirmoji — amžiaus viduryje prasidėjusi masinė naftos gavyba — Baku, Galicijoje, paskui Pensilvanijoje. Iš jos mokėsi gaminti įvairiausias medžiagas — nuo vaistų iki dažų. Cheminė sintezė sulaukė didelių investicijų, o chemijos žinios tampa itin svarbios pramonei. Rusijos imperijoje vyksta naftos bumas, ir iš jo, beje, randasi Nobelio premija, kurios Mendelejevas negavo: broliai Nobeliai kapitalą užsidirba Azerbaidžane.

Antroji priežastis — vykstanti mažoji teorijos revoliucija. XIX amžiaus viduryje tapo aišku, kad anksčiau naudoti atominės masės nustatymo būdai toli gražu nėra idealūs. 1860 metais, Mendelejevui būnant ilgoje komandiruotėje Heidelberge, surengiama pirmoji didelė Europos chemikų konferencija Karlsrūhėje. Mendelejevas joje dalyvauja ir klauso italų chemiko Stanislao Cannizzaro pranešimo, kuris siūlo vieningą atominės masės nustatymo metodą. Taip chemija — taip pat ir organinė — tampa tikslesne ir paprastesne. Teoriniai proveržiai sutapo su ekonominiu chemijos pakilimu ir sukūrė iš esmės naują ir energingai besivystantį mokslą.

Dėl šių permainų atsirado naujų vadovėlių poreikis — naujas teorijas reikėjo aprašyti ir mokyti chemijos vis daugiau žmonių. Vadovėliai radosi visur: ir Prancūzijoje, ir Anglijoje, ir Vokietijos kunigaikštystėse. O Rusijoje problemą pagilino tai, kad po 1863 metų universitetų reformos kartu su kitais to meto pertvarkymais, smarkiai padaugėjo studentų. Todėl, kai 1867 metais Mendelejevas tapo chemijos profesoriumi, ir jam reikėjo naujo vadovėlio, iš kurio galėtų mokytis visi nauji studentai, jis susidūrė su dilema. Buvo galima išversti vadovėlį iš kurios nors Europos kalbos (jo anglų kalba buvo prasta, prancūziškai mokėjo, bet jei būtų pasirinkęs tokį būdą, tikriausiai būtų pasinaudojęs vokišku). Tačiau mokslas kito pernelyg greitai, vertimas truktų ilgai ir vadovėlis pasentų dar neišspausdintas. O galima vadovėlį parašyti pačiam ir jį pardavinėti. Taip bus ne tik greičiau, bet ir padėtų išmaitinti šeimą. Jis pasirenka antrąjį variantą ir taip, stengdamasis išspręsti savo pedagoginę užduotį, atranda periodinį dėsnį.

Iš pradžių Mendelejevas rašo pirmąjį vadovėlio tomą, kuris beveik visas skirtas vos keturių elementų chemijai: anglies, deguonies, vandenilio ir azoto, — tai yra, tų elementų, kurie itin svarbūs veržliai besivystančiai organinei chemijai. Ir taip, aptaria, tarkime, deguonies savybes, kitame skyriuje — fizines ir chemines ypatybe, paplitimą gamtoje, svarbą pramonei. Šešiuose šimtuose pirmojo tomo puslapių tilpo keturi biogeniniai elementai (ir dar keturi halogenai — nuo fluoro iki jodo). Antram tomui jam lieka dar 55 elementai ir analogiško darbo atlikti jis paprasčiausiai negali. Jam reikėjo sistemos, kuria remdamasis jis galėtų pasakoti ne apie kiekvieną elementą atskirai, ir sumąstė elementų šeimomis paremtą ir pasakojimą palengvinantį euristinį metodą. Tačiau kuo daugiau mąstė, tuo aiškiau suprato, kad jo stebėjimai ne šiaip euristika, o susiję su realybe. Iš pradžių savo atrastą eiliškumą jis vadino dėsningumu, o netrukus ima naudoti žodį „dėsnis“.

Jam norėjosi tikėti, kad periodinėje lentelėje nėra išimčių, kad tai yra gamtos dėsnis, ne tiesiog patogus būdas išdėstyti elementus, o jų esmės atspindys. Tik jam nepavyksta dėsnio įvardinti. Ar dėsnis tai, kad didėjant atomo numeriui, periodiškai kinta savybės? Taip yra beveik visada, tačiau ne visada. Mendelejevas tvirtina, kad tai ne gramatikos taisyklė, kuri dažniausiai galioja, tačiau jo lentelėje yra išimčių. Pavyzdžiui, jam tenka apkeisti vietomis telūrą (128) ir jodą (127) ir pastatyti sunkesnį elementą pirmiau, nes taip rodo jo savybės. Apie neutronų egzistavimą Mendelejevas, savaime suprantama, nežinojo, todėl buvo įsitikinęs, kad tai klaida, ir telūro masę reikia matuoti iš naujo. Jo kolegos atliko tai kelis kartus — rezultatas nepakito. Tik dabar žinome, kodėl taip nutiko*.

Mūšis dėl prioriteto

Mendelejevo atradimas nebuvo pripažintas iš karto. Visų pirma todėl, kad fundamentalūs atradimai moksle niekada nepriimami iš karto.Tarkime, kai Einšteinas 1905 metais sukūrė reliatyvumo teoriją, rodžiusią, kad fizikoje nėra vietos eteriui, kol mokslininkai su tokia išvada sutiko, praėjo dešimt metų.

Tačiau buvo ir kita priežastis. Septintajame XIX amžiaus dešimtmetyje kiti žmonės irgi siūlė lenteles, kurios atrodė labai panašios į Mendelejevo lentelę. Greičiau nei per dešimt metų atsirado šešios skirtingos lentelės, ir Mendelejevas pasiūlė savo paskutinę. Atradėju įprasta laikyti tą, kuris idėją pasiūlė pirmasis, tačiau šiuo atveju prioritetas suteiktas paskutiniajam. Tikriausiai todėl, kad Mendelejevo variantas turėjo du svarbius pranašumus. Jo lentelėje, kitaip konkurentų, buvo visi žinomi elementai, ir jis sugebėjo numatyti kai kurių naujų, dar neatrastų elementų savybes, todėl, kai jo prognozės išsipildė, jis automatiškai tapo svarbiausiu periodinio dėsnio autoriumi.

Be to, jis gyveno ilgiau už visus savo konkurentus. Nesakau, kad Mendelejevas nenusipelno periodinio dėsnio atradėjo šlovės, tiesiog prioritetas moksle visada tenka pasiruošusiam dėl jo kovoti. O Mendelejevas ir šioje srityje pasižymėjo.

Jis ilgai rungėsi su vokiečiu chemiku Lotharu Meyeriu, kuris 1864 metais išleido savo vadovėlį „Šiuolaikinė chemijos teorija“. Jame buvo dalinė periodinė lentelė. Mendelejevas visada tvirtino šios knygos neskaitęs, netgi nepaisant to, kad ji buvo išversta į rusų kalbą, o pats jis ir vokiškai suprato. Tikriausiai neskaitė. Kaip bebūtų, Meyeris toliau tobulino savo lentelės versiją, o Mendelejevas — savo, ir nė vienas apie kito darbus nežinojo. Mendelejevas lentelę kurti baigė ir 1869 metų vasarį pasiuntė publikuoti į Rusijos chemijos draugijos žurnalą, ir suprato, kad jo darbo niekas neperskaitys: jis parašytas rusiškai. Tuo metu niekas iš Europos chemikų rusiškai nemokėjo.

Mendelejevas sutrumpino straipsnį iki dviejų puslapių ir davė savo studentui, kad šis išverstų į vokiečių kalbą ir išsiųstų į Europą. Straipsnis pateko ne šiaip kam, o pačiam Lotharui Meyeriui, kuris redaguoja žurnalą. Jis straipsnį perskaitė, labai jį išgyrė ir atidavė publikavimui žurnale. O paskui paskelbė savo straipsnį, kuriame cituoja Mendelejevą ir rašo, kad jis atliko gerą darbą, sugalvojo puikią lentelę, tačiau kai kur suklydo. Svarbiausia klaida, į kurią atkreipė dėmesį Meyeris buvo ta, kad Mendelejevas elementų savybių kitimui lentelėje naudoja žodį stufenweise — „laipsniškas“. Galima suprasti, kad Mendelejevas nepastebėjo svarbiausios elementų lentelės savybės — jos periodiškumo.

Straipsnį perskaitęs Mendelejevas įniršta, nes originaliame rusiškame tekste, jis, savaime suprantama panaudojo žodį „periodiškas“, o ne „laipsniškas“. Pasirodė, studentas suklydo versdamas. Mendelejevas sako, kad Meyeriui derėtų perskaityti originalų straipsnį, ne santrauką, o Meyeris atsakė, kad jam ir šiaip tenka skaityti itališkai, angliškai ir švediškai, tad dar ir rusų kalba būtų jau per daug.

Taip prasidėjo daug metų trukęs disputas, nors ir Meyeris, ir Mendelejevas vienas kito darbus vertino ir pripažino, kad priešininkas padarė kažką, kad pačiam į galvą nebuvo toptelėję. Tačiau Meyeris cituoja Mendelejevą dažnai ir teigiamai, o Mendelejevas to daryti neskuba. Ginčas truko visą aštuntąjį dešimtmetį, o devintojo pradžioje dauguma Europos chemikų jau sutarė, kad pripažinimo nusipelno jie abu. Tačiau paskui Meyeris mirė ir Mendelejevo vaidmuo tapo vis reikšmingesnis, o jo varžovas buvo primirštas, nors kai kuriuose vadovėliuose jis iki šiol minimas. Taip susidarė dabar populiarus vienišo Periodinės sistemos atradėjo vaizdas. Ir iš dalies tai vyksta, nes Mendelejevas pateikė išsipildančias prognozes — randami jo numatyti elementai, ir mokslas suteikia tam vis didesnę reikšmę.

Dmitrijaus Mendelejevo šlovė

Mokslininko reputaciją Rusijoje lėmė ne tiek jo periodinis dėsnis, kiek visuomeninė veikla. Visų pirma, jis vienas iš populiariausių universiteto profesorių, ir jau vien dėl to jis tampa viešu asmeniu. Antra, kas Mendelejevą išties išgarsino, tai aštuntajame dešimtmetyje užimtas Fizikos draugijos komisijos, skirtos kovai su spiritizmu, vadovo postas. Jis su komisijos kolegomis iš Anglijos išsikvietė spiritistus ir eksperimentiškai patikrino jų gebėjimus. Taip jis tampa savotišku savo meto Ričardu Dokinsu, pagrindiniu kovotoju su prietarais.

Jis turėjo ir oponentų, o būtent, Aleksandrą Aksakovą — Ivano ir Sergejaus Aksakovų pusbrolį, ir Aleksandrą Butlerovą — ironiška, kad antrasis pagal žinomumą šalies chemikas, sulaukęs pripažinimo Europoje, tikėjo, kad spiritizmas yra realus. Apie tą istoriją rašė visi sostinės laikraščiai, šiame kontekste Mendelejevą pamini ir F. Dostojevskis, taip išgarsinęs mokslininką visoje šalyje. Jis skaito viešas paskaitas Solianyj miestelyje Fontankoje, laikomas iškalbingu ir charizmatišku lektoriumi, publika į jo paskaitas plūste plūsta. Honorarus už spiritizmą demaskuojančias paskaitas jis perveda kovotojams už Bosnijos ir Hercegovinos nepriklausomybę nuo Osmanų imperijos, ir šis gestas taip pat nelieka neįvertintu.

Tačiau iš tiesų jis išgarsėjo — ir jo šlovė tampa absoliučia — kai 1880 metų lapkritį jo neišrenka Mokslų akademijos nariu. Balsavimą jis pralaimi vienu balsu. Ir laikraščiai eina iš proto: manoma, kad jo nepriėmė dėl „vokiečių partijos“ intrigų, jis tampa nepelnytų represijų simboliu. Jį reikia apginti. Tris mėnesius ši neteisybė lieka pagrindine laikraščių tema, o paskui teroristai nužudė Aleksandrą II ir tai, savaime suprantama, tampa kur kas svarbesne naujiena. Bet nuo to laiko Mendelejevas liko žinomiausiu rusų mokslininku, ir bet kokiu klausimu buvo teiraujamasi jo nuomonės. Tarkime, jo klausė, ką jis mano apie mirties bausmę, kaip kad XX amžiuje būtų klausę Einšteino ar Hawkingo. Jis tapo visos imperijos masto viešu intelektualu.

Per savo netrumpą gyvenimą Mendelejevas spėjo sudalyvauti daugybėje ginčų ir disputų. Jis ginčijosi su Nobeliu, kur reikia statyti naftos perdirbimo gamyklas, su Butlerovu — apie spiritizmą, daug ginčijasi su Tolstojumi apie ekonomiką (kai Tolstojaus sūnus, Ivanas, buvo studentas ir lankė privalomas chemijos paskaitas, profesorius kartą specialiai jį pasikvietė, kad papasakotų, koks neteisus jo tėvas). Be to, ryškus ir Mendelejevo pasaulietinis gyvenimas, jis laiko saloną, kuriame trečiadieniais lankosi dailininkai peredvižnikai, draugauja su Ilja Repinu ir Archipu Kuindži, kompozitoriumi Aleksandru Borodinu, kuris irgi buvo chemikas, nors ir ne toks sėkmingas, ir kartu su Mendelejevu mokėsi Heidelberge.

Be to, Mendelejevas dar ir reformatorius. Jo pažiūros į tai, kaip turėtų būti sutvarkyta ekonomika — tvirtos, ir jis daug apie tai rašo. Devintoj dešimtmečio gale jis tampa itin svarbaus tarifo — muito už tam tikrų cheminių medžiagų įvežimą iš Europos, architektu. Jis konsultavo Finansų ministeriją ir Sergejų Vitę. Matų ir svorių rūmus jis pavertė tikru ir šiuolaikiniu metrologijos institutu. Sukūrė pirmąjį įstatymą, leidusį naudoti metrinę sistemą Rusijos imperijoje. Tuo metu ji leidžiama, o privaloma tapo tik 1918 metais, tačiau didele dalimi tai buvo Mendelejevo nuopelnas.

Kitaip, nei skelbia legenda, Mendelejevas nesugalvojo degtinės, nors ir rašė disertaciją apie spirito ir vandens maišymą ir dalyvavo atitinkamą standartą kūrusioje komisijoje (40% — kaip angliškas džinas). Jis negėrė degtinės, o jei gėrė, tai vyną: jo giminėje buvo alkoholikų.

Mendelejevas — vienas iš pirmųjų kovotojų už moterų teisę į švietimą. 1862 metais, kai buvo rengiama Aleksandro II universitetų reforma, jis siūlė nurodyti statute, kad studentu gali būti bet kokios lyties žmogus.

Periodinės sistemos transformacija

Tokios Mendelejevo lentelės, kokias matome visuose chemijos kabinetuose, atrodo visiškai kitaip, nei buvo sumanęs jis. Visų pirma, ji guli ant šono: originalioje lentelėje deguonis buvo po azotu, o ne jo dešinėje. Be to, originaliojoje lentelėje nebuvo susiaurėjimo, koks yra dabar, — jis atsirado dėl kvantinės teorijos. Kad viskas tilptų vienoje lentelėje, Mendelejevui teko kiekvieną eilutę dalinti per pusę, buvo ne periodai, o pusperiodžiai. Galiausiai, Mendelejevas sukūrė daug skirtingų lentelių — ir tam, kad būtų įtraukti nauji atradimai, ir todėl, kad norėjo pademonstruoti įvairias jos savybes. Vizualus lentelės pristatymas — XX amžiaus ir jame vykusių atradimų produktas.

Po lentelės atradimo Mendelejevas dar gyveno beveik penkiasdešimt metų ir ją gerokai pakeitė. Pavyzdžiui, atradus argoną, neoną ir helį, atskirą stulpelį inertinėms dujoms jis sukūrė ne dešinėje, kaip dabar padarytume mes, o kairėje. Nežinant atomo struktūros, iš tiesų jokio skirtumo nėra. Tačiau toks sprendimas turi įdomią pasekmę: padėjus helį ličio kairėje, lentelės kairiame viršutiniame kampe atsiranda tarpas, kur turėtų būti kažkas lengvesnio už vandenilį. Mendelejevas manė, kad ten yra eteris — medžiaga, kuria sklinda šviesa ir kuri, kaip dabar žinome, neegzistuoja. Tai buvo keista teorija, tačiau šia sistema buvo galima atlikti spėjimus ir ji daug ką paaiškino.

Kai 1869 metais Mendelejevas aprašė savo sistemą, dar nebuvo žinoma apie elektronų egzistavimą: jie buvo atrasti po trisdešimties metų. O būtent elektronai ir paaiškina elementų skirtumus. Be to, tada nežinota apie protonus, kurie lemia atominį numerį: protonai atrasti 1913 metais. Tada jis nežinojo daugelio dalykų, kurie būtini, norint šią sistemą paaiškinti dabar, tačiau tai nekliudė jam šiuo klausimu laikytis ganėtinai bekompromisio požiūrio. Pavyzdžiui, jis manė, kad visi elementai yra visiškai nekintantys ir negali virsti jokiu kitu elementu. O būtent, jo požiūriu, atomas negalėjo būti suskaidytas į dalis, tai yra buvo atomas senovės graikų įsivaizdavimu. Jis manė, kad kiekvienas elementas turi kažkokią jungiamąją jėgą, kuri leido jam sudaryti junginius. Visos šios teorijos XX amžiaus pradžioje jau kėlė rimtas abejones.

Užpraeito amžiaus dešimtojo dešimtmečio viduryje įvyko du atradimai, kurie jam visai nepatiko ir kuriuos jis įnirtingai ginčijo. Visų pirma, radioaktyvumas. Mendelejevas laikė ją alchemija, idėja, kad radis gali pavirsti švinu jam atrodė absurdiška. Jis garsiai ir viešai ginčijosi su Bekereliu ir Kiuri šeima, su kuriais buvo pažįstamas.

Mendelejevas daug keliavo. Jis dukart pabuvojo Amerikoje: pirmą kartą 1876 metais, Jungtinių Valstijų šimtmečio proga, ir apsilankė Pensilvanijos naftos laukuose, paskui 1904 metais į mugę Sent Luise. Jo kelionė į Paryžių buvo susijusi su matais ir svoriais: jis norėjo apžiūrėti metro ir kilogramo etalonus ir užsakyti naujus etalonus Rusijai. Paryžiuje jis apsilankė Kiuri laboratorijoje, kur pamatė radžio ir polonio druskas. Vienas iš jo palydovų vėliau prisiminė, kad Mendelejevas, išeidamas iš ten, pavadino radioaktyvumą beprotiška idėja: ištyrę kelias radžio druskas, jie nori perversti visą mums žinomą chemiją. Dienoraščiuose iš Paryžiaus jis neva juokais, neva rimtai, prilygina radioaktyvumą spiritizmui, kuriuo prieš trisdešimt metų kovojo.

Antra, buvo atrastos inertinės dujos. Šis atradimas Mendelejevui iš pradžių irgi nepatiko, nes jo sistemoje joms nebuvo vietos. Į lentelę jas įrašė tik tada, kai buvo atrastos kelios tokios dujos, sudariusios naują grupę. Ir po to Williamą Ramsay'į netgi pavadino periodinės sistemos „sutvirtintoju“.

Mendelejevas atmetė — arba neskubėjo pripažinti — būtent tų atradimų, kurie mums leido iš tiesų, naujame lygyje paaiškinti, kodėl Periodinė sistema veikia. Jo sistema egzistavo tiesiog šiaip, be jokio gero paaiškinimo. Gali būti, būtent todėl jis negavo Nobelio premijos: buvo laukiama, kad jis priims naujus atradimus ir kažką savo sistemoje pakeis, o jis to neatliko. Tačiau neskaitant Nobelio premijos ir vietos Mokslų akademijoje, jis gavo viską, ką tik galima, buvo visų Europos akademijų nariu ir kartu su periodinio dėsnio atradimo pirmumo varžovu Lotharu Meyeriu buvo apdovanotas Karališkosios draugijos Copley medaliu. Šis Karališkosios draugijos medalis – seniausias mokslo apdovanojimas. Pasaulinio mokslininkų pripažinimo jis sulaukė, kai buvo atrasti trys jo prognozuoti elementai.

Nors Mendelejevas numatė ir tuos elementus, kurie taip ir nebuvo atrasti, išsipildžiusios jo prognozės yra vienos svarbiausių, įvykusių XIX amžiuje. O būtent, dėl jų atsirado supratimas, kokios jos svarbios mokslui. Kai 1886 metais Clemensas Winkleris atrado Mendelejevo numatytą germanį (ekasilicį), jis šį elementą norėjo pavadinti neptūniu, kadangi ši Saulės sistemos planeta irgi iš pradžių buvo numatyta matematiniais skaičiavimais, o atrasta 1846 metais. Tačiau galiausiai elementas buvo pavadintas Winklerio gimtosios šalies garbei. Įdomu, kad kiti du jo numatyti elementai — galis ir skandis — taip pat buvo pavadinti šalių garbei: XIX amžiuje chemikai buvo nacionalistai. Ir pats Mendelejevas daugsyk kartojo, kad jo dėsnis buvo atrastas Rusijoje, tačiau pakeitė visos Europos mokslininkų požiūrius. Iš dalies dėl jo pastangų, ХХ amžiaus pradžioje Rusija nustota laikyti Europos mokslo periferija.

* neutroną Džeimsas Čedvikas (James Chadwick) atrado 1932 metais.
telūro (Te) atomo numeris 52
telūro atominė masė 127,6 a.m.v.
jodo (I) atomo numeris 53
jodo atominė masė 126,9 a.m.v.