В тот день Менделеев не пошёл читать лекцию.
Он отправил в университет записку с извинениями — срочные дела — и остался дома. Дела и правда были срочными: он дописывал таблицу, которую начал накануне и которую никак не мог довести до внутренне непротиворечивого вида. К вечеру 13 марта 1869 года черновик был готов. Менделеев сам отнёс его в типографию — чтобы разослать коллегам ещё до официального доклада в Русском химическом обществе.
Доклад состоялся через несколько дней. Сам Менделеев на него не пришёл: уехал по делам сыроваренных артелей — он консультировал крестьянские кооперативы по заданию Вольного экономического общества. Великое открытие представил коллегам Николай Меншуткин, зачитав текст вслух.
Так выглядело начало одной из самых влиятельных научных идей XIX века: без торжества, без присутствия автора и с запиской об отгуле.
Что было до таблицы — и почему это важно
К 1869 году химия переживала что-то вроде кризиса роста. Элементов открывали всё больше — к тому моменту их насчитывалось уже за шестьдесят — и учёные с нарастающим беспокойством замечали, что никакой внятной системы в этом множестве нет. Каждый новый элемент просто добавлялся в список. Попытки навести порядок предпринимались, и предпринимались серьёзно.
Немецкий химик Иоганн Вольфганг Дёберейнер ещё в 1829 году заметил, что некоторые элементы удобно группируются по три — «триады» — и внутри каждой тройки средний элемент по свойствам и атомному весу оказывается посередине между двумя крайними. Хлор, бром, йод. Литий, натрий, калий. Система работала, но охватывала лишь малую часть известных элементов и дальше не развивалась.
Англичанин Джон Ньюлендс в 1865 году предложил «закон октав»: если расположить элементы по возрастанию атомного веса, каждый восьмой будет похож на первый — как ноты в октаве. Идея была изящной, но её встретили скептически. На заседании Химического общества кто-то из публики спросил, не пробовал ли автор расставить элементы в алфавитном порядке — авось тоже закономерность найдётся. Ньюлендс был публично осмеян. Нобелевскую премию он так и не получил — лишь в 1887 году Королевское общество выдало ему медаль, признав приоритет. Посмертно.
Немецкий учёный Лотар Мейер работал над похожей системой параллельно с Менделеевым и пришёл практически к тем же выводам — но опубликовал свою таблицу чуть позже. Это «чуть» стоило ему места в истории.
Что именно сделал Менделеев — и чего не сделал
Версия о том, что таблица приснилась Менделееву во сне, появилась не сразу. Сам он её неизменно отвергал. «Я над ней, может быть, двадцать лет думал, а вы говорите: сидел и вдруг готово», — раздражённо отвечал он на подобные вопросы. Легенда о сне была запущена значительно позже — отчасти журналистами, отчасти популяризаторами, которым нужна была красивая история.
Реальная история менее драматична, но интеллектуально куда богаче.
Менделеев работал над учебником «Основы химии» и столкнулся с задачей, которая мучает каждого автора хорошего учебника: как расположить материал так, чтобы он был не просто перечнем, а системой. Он выписал свойства всех известных элементов на отдельные карточки и начал их перекладывать — искал порядок. Принцип, который он нашёл, был прост и одновременно неочевиден: если расставить элементы по возрастанию атомного веса, их химические свойства периодически повторяются.
Периодически — отсюда и название.
Но главное, что сделал Менделеев и чего до него не решался сделать никто, — это пустые клетки. Там, где по логике таблицы должен был находиться элемент, а реального элемента ещё не открыли, Менделеев оставлял место. И не просто оставлял — он предсказывал свойства этих будущих элементов с конкретными числами: атомный вес, плотность, температура плавления.
Это был рискованный жест. Либо элементы найдут — и тогда таблица окажется не просто классификацией, а законом природы. Либо не найдут — и тогда вся система рассыплется как умозрительная конструкция.
Три пророчества, которые сбылись
В 1869 году Менделеев предсказал существование трёх неизвестных элементов. Он назвал их временными именами — «экабор», «экаалюминий» и «экасилиций» — и описал их свойства с точностью, которая впоследствии заставила химиков буквально сверяться с его текстом.
Экаалюминий был открыт в 1875 году французским химиком Полем Эмилем Лекоком де Буабодраном. Новый элемент назвали галлием — в честь Франции. Когда де Буабодран опубликовал результаты измерений, Менделеев написал ему письмо и мягко указал, что плотность галлия, судя по всему, измерена неверно: по расчётам таблицы она должна быть не 4,7, а около 5,9. Французский химик переизмерил — и получил 5,904. Менделеев оказался точнее экспериментатора, работавшего с реальным веществом.
Экабор нашли в 1879 году — скандий, открытый шведом Ларсом Нильсоном. Экасилиций стал германием в 1886 году в руках немца Клеменса Винклера. Все три элемента легли в пустые клетки как влитые.
После третьего совпадения мировое химическое сообщество признало: перед ними не удобная таблица для запоминания, а фундаментальный закон природы.
Чего Менделеев так и не узнал
Парадокс в том, что сам Менделеев до конца не понимал, почему его таблица работает.
Периодический закон он сформулировал как эмпирическое наблюдение: свойства элементов суть периодическая функция их атомных весов. Это работало — но объяснения не было. Почему именно периодически? Что лежит в основе этой закономерности?
Ответ дала физика — но уже в XX веке, после смерти Менделеева. Оказалось, что периодичность определяется не атомным весом, а зарядом атомного ядра — числом протонов. Именно это число определяет, как электроны располагаются по оболочкам, а электронная конфигурация — химические свойства элемента. Менделеев выстраивал таблицу по весу, и почти везде это совпадало с зарядом ядра — но не везде. Три пары элементов (аргон и калий, кобальт и никель, теллур и йод) он расположил вопреки весу, руководствуясь химическим чутьём. И оказался прав: именно заряд ядра и определяет правильный порядок.
Он нашёл правильный ответ по не вполне правильной причине — и это, пожалуй, самая изящная деталь всей истории.
Нобелевская премия, которую он не получил
Менделеев дважды номинировался на Нобелевскую премию по химии — в 1905 и 1906 годах. Оба раза не получил. В 1906 году Нобелевский комитет рассматривал его кандидатуру всерьёз, однако один из влиятельных членов комитета, шведский химик Сванте Аррениус, выступил против. Личные счёты или научные разногласия — историки до сих пор не пришли к единому мнению. В итоге премию отдали французскому химику Анри Муассану за открытие фтора.
В 1907 году Менделеев умер — от воспаления лёгких, в возрасте семидесяти двух лет. Нобелевскую премию посмертно не присуждают.
Элемент с атомным номером 101, синтезированный в 1955 году, назвали менделевием. Это единственная форма признания, которую комитет уже не мог ни присудить, ни отнять.
13 марта 1869 года Менделеев дописал черновик и отнёс его в типографию. Великое открытие выглядело в тот момент как рабочая гипотеза, требующая проверки. Проверка растянулась на семнадцать лет — и каждый новый найденный элемент добавлял таблице авторитета.
Сегодня в ней 118 элементов, последний из которых — оганесон — синтезирован в Объединённом институте ядерных исследований в Дубне в 2002 году. Таблица всё ещё работает. Пустых клеток в ней не осталось — но теоретики уже обсуждают, где должны располагаться элементы так называемого «острова стабильности», которые пока не синтезированы.
Менделеев оставлял пустые клетки намеренно — как приглашение к поиску. Как думаете: есть ли в науке что-то более смелое, чем публично пообещать, что природа устроена именно так, — и оказаться правым?