До Менделеева ряд европейских ученых (А.Э. Шанкуртуа, И.В. Деберейнер, Д.А. Ньюлендс, Ю.Л. Мейер и др.) были на полпути к открытию этого закона, но ни одна из предложенных ими систем не охватывала всю совокупность известных химических элементов, и предлагаемые группы элементов объединялись не по четкой закономерности, а порой произвольно.
Заведя для всех элементов (на тот момент их было 63) «именные» карточки и пытаясь найти в их взаимном расположении некую закономерность, Менделеев совершил нестандартный шаг. Исходя из своих предпосылок о повторяемости свойств элементов, он уточнил атомные веса нескольких элементов (например, урана вместо 60– 240), сделал рокировку элементов (кобальта с никелем, теллура с йодом и т. п.), три карточки оставил вовсе вакантными – под будущие, еще не открытые элементы, но с предсказанными им свойствами и атомным весом. В 1869 г. химик опубликовал первый вариант своей таблицы (19 строк, 6 столбцов) как графическую иллюстрацию закона, по которому «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». Впервые Дмитрий Иванович назвал закон «периодическим» в 1870 г.
Сущность открытия заключалась в том, что с ростом атомной массы химических элементов их свойства меняются периодически. После определенного количества разных по свойствам элементов, расположенных по возрастанию атомного веса, свойства повторяются, хотя и с определенными изменениями.
В дальнейшем автор неоднократно перекраивал свою таблицу: перенес из центра таблицы на ее края галогены и щелочные металлы, исправил атомные веса одиннадцати элементов, изменил местоположение двадцати. В 1871 г. периодическая (т. н. короткая) таблица приняла современный вид. Статью ученого «Периодическая законность для химических элементов» перевели на немецкий язык, разослали ее оттиски европейским химикам. Но таблица завоевала мир не сразу. Только через 15 лет, когда были открыты галлий, скандий и германий, свойства которых с удивительной точностью предсказал Менделеев, она стала для всех ученых неоспоримым, как таблица умножения, фактом. Дальнейшее развитие периодической системы было связано с заполнением пустых клеток таблицы, в которые помещались новые элементы: благородные газы, природные и искусственно полученные радиоэлементы. Появление квантовой теории дало новое, более глубокое содержание этой системе.
За 140 лет возникло несколько сотен вариантов изображения периодической системы (таблиц, кривых и других геометрических фигур). Сегодня в качестве основного принят т. н. длинный вариант (длиннопериодная форма), утвержденный Международным союзом теоретической и прикладной химии (IUPAC).
Прошел век, как нет Менделеева, и особый смысл обрели его слова о самом себе: «Ни капиталу, ни грубой силе, ни своему достатку я ни на йоту… не служил, а только старался… дать плодотворное промышленно-реальное дело своей стране в уверенности, что политика, устройство, образование и даже оборона страны ныне без развития промышленности немыслимы».
ОРГАНИЧЕСКИЙ КАТАЛИЗ И НЕФТЕХИМИЯ ЗЕЛИНСКОГО
Химик-органик, педагог, член многих академий и научных обществ мира, президент Московского общества испытателей природы, заслуженный деятель науки СССР, лауреат Премии им. В.И. Ленина, трижды лауреат Сталинской премии СССР, Герой Социалистического Труда, кавалер четырех орденов Ленина и двух орденов Трудового Красного Знамени, профессор МГУ, академик АН СССР, Николай Дмитриевич Зелинский (1861–1953) прославился как изобретатель первого в мире универсального угольного противогаза, создатель научной школы и основоположник гетерогенного органического катализа и нефтехимии.
Зелинский «двулик». Совместив в себе две ипостаси – ученого и педагога, он вошел в историю мировой науки как автор двух величайших научных достижений. Это – собственно его труды (их сотни) по органическому катализу и нефтехимии и научная школа, созданная Николаем Дмитриевичем в 1920–1930 гг. и воспитавшая более сотни профессоров, членов-корреспондентов и академиков АН СССР. Многие из учеников Зелинского – выдающиеся ученые А.Н. Несмеянов, А.А. Баландин, Б.А. Казанский, Л.Ф. Верещагин, К.А. Кочешков, С.С. Наметкин, К.П. Лавровский и др. – организовали собственные школы и внесли огромный вклад в развитие науки и промышленности страны. Этот очерк вполне можно было бы озаглавить «Школа химиков-органиков Зелинского». Посвятив себя, по его собственному признанию, «приложению научных истин для создания разнообразных химических ценностей, полезных человечеству», Зелинский не мог не воспользоваться широчайшими возможностями, предоставленными ему в начале 1920-х гг., для создания собственной школы. Тем более что тем самым он убивал сразу двух зайцев. У знаменитого к тому времени химика было столько идей и замыслов, что довести их до ума мог только научный коллектив, спаянный общей идеологией и заряженностью на подвижничество. Ученый стал одним из организаторов Института органической химии АН СССР (1934; ныне им. Зелинского), лаборатории сверхвысоких давлений этого института (1939), еще ряда лабораторий, Всесоюзного химического общества им. Д.И. Менделеева; являлся почетным членом Московского общества испытателей природы, а с 1935 г. – его президентом.
Н.Д. Зелинский. Художник П.И. Котов
С первого курса Николай посвятил себя органической химии; первое научное исследование в области химии глицидных кислот опубликовал в 1884 г. в «Журнале Русского физико-химического общества». Тогда же он получил диплом об окончании университета, был оставлен работать при кафедре химии и вскоре направлен на стажировку в Германию. В Геттингене, занимаясь синтезом новых веществ, Зелинский приготовил «промежуточный продукт – дихлордиэтилсульфид, – оказавшийся сильным ядом». Молодой человек, получив ожоги рук и тела, на целый семестр оказался прикованным к больничной койке. Как оказалось потом, Зелинский впервые синтезировал сильнейшее отравляющее вещество (ОВ) – иприт. Он же стал и его первой жертвой. Похоже, сама судьба направила химика в тот момент на мысли о создании эффективного средства против этого яда – противогаза.
В 1888 г. Зелинский был зачислен приват-доцентом в Новороссийский университет; на следующий год защитил диссертацию «К вопросу об изомерии в тиофеновом ряду» и стал магистром химии. А через 2 года блестяще защитил докторскую – «Исследование явлений стереоизомерии в рядах предельных углеродистых соединений» и был назначен экстраординарным профессором Московского университета по кафедре аналитической и органической химии, в котором потом, за перерывом в 6 лет (1911–1917), проработал всю свою жизнь. Научные интересы ученого сосредоточились на химии алициклических соединений, в первую очередь углеводородов, а также на химии нефти.
В 1915 г. немцы впервые применили на французском, а затем на русском фронте отравляющие вещества, от которых погибли десятки тысяч военных (всего за годы войны от них пострадало больше миллиона человек). Зелинский, придя к идее создания защиты от отравляющих газов, основанной на сорбируемости этих веществ активированным углем, разработал угольный противогаз, оказавшийся универсальным средством защиты от ОВ. Совместно с инженером Э.Л. Куммантом они предложили конструкцию, в которой поглотительный фильтр Зелинского был соединен с резиновой маской Кумманта. Противогаз Зелинского – Кумманта, принятый на вооружение во всех армиях с обеих сторон, спас сотни тысяч человеческих жизней. Только в России за время Первой мировой войны было произведено 11 185 750 таких противогазов. К слову, Зелинский, в отличие от Кумманта, запатентовавшего маску, не получил за свое изобретение ни копейки.
В Гражданскую войну, когда молодая республика оказалась отрезанной от нефтяных районов и была лишена топлива, Зелинский нашел выход и предложил метод получения бензина каталитическим крекингом мазута и солярки, находившихся в цистернах и нефтехранилищах Поволжья. Тогда же ученый разработал еще один метод, ставший одним из величайших его открытий, – обессеривание высокосернистых нефтей (каталитическое гидрирование в присутствии катализаторов) и получение таким образом топлива для двигателей внутреннего сгорания.
У Зелинского масса исследований, связанных с промышленной переработкой нефти. Поскольку терминология нефтехимии и вообще органической химии весьма трудна и специфична, обойдемся без «умных слов» и скажем лишь, что ученый стал автором теории дегидрогенизационного и гидрогенизационного катализа, которая тут же нашла свое практическое применения и вывела Зелинского в число крупнейших мировых химиков-органиков. Ученый открыл много новых явлений: селективный (избирательный) катализ, «необратимый катализ», каталитическое образование ароматических углеводородов из алканов и циклоалканов. А еще Николай Дмитриевич занимался биохимией, генезисом нефти, химией аминокислот, синтетическим каучуком, реакциями при сверхвысоких давлениях и при ультрафиолетовом излучении…
