Менделеев возглавил в университете кафедру общей химии.
Для иного переход с кафедры на кафедру свелся бы к замене одного конспекта лекций другим. Для Менделеева это знаменовало необъятное расширение поставленной им перед собой жизненной задачи. Преподавание в университете не отделялось от остальных его обязанностей. В воспитании молодежи для него воплощалась одна из важнейших сторон призвания ученого. Вот почему педагогические принципы Менделеева можно оценить только на фоне его научной деятельности, так же, как все своеобразие последней становится понятным только в свете его общественных устремлений. Все это отдельные грани исключительно цельной и яркой личности.
Многие стремились сохранить вдохновляющий образ Менделеева-профессора в своих воспоминаниях. Это хорошо удалось ученице и первой женщине – сотруднице Менделеева по Палате мер и весов, Ольге Эрастовне Озаровской. Исследовательница, писательница, артистка, Озаровская была талантливым человеком и сумела талантливо увидеть Менделеева. Ее записки, охватывающие, к сожалению, очень краткий период работы под его руководством, прибавляют к биографии великого химика несколько ярких портретных черт. Она рассказывала:
«С живописной львиной головой, с прекраснейшим лицом, опираясь на вытянутые руки с подогнутыми пальцами, стоит высокий и кряжистый Менделеев на кафедре… Если речь заурядного ученого можно уподобить чистенькому садику, где к чахлым былинкам на подпорочках подвешены этикетки, то речь Менделеева представляла собой чудо: на глазах у слушателя из зерен мыслей вырастали могучие стволы, ветвились, сходились вершинами, буйно цвели, и слушатели заваливались золотыми плодами… Про этих слушателей можно сказать – счастливцы!..»
Ту же «мощную, слегка сутуловатую фигуру, с длинной бородой и длинными вьющимися волосами», описывает в своих воспоминаниях о Менделееве как лекторе другой его ученик, впоследствии известный химик В. А. Яковлев:
«Вот раздается оглушительный, долго длящийся гром рукоплесканий. Из маленькой двери, ведущей из препаровочной на кафедру, появляется могучая, сутуловатая слегка, фигура Дмитрия Ивановича. Он кланяется аудитории, рукоплескания трещат еще сильней. Он машет рукой, давая знак к тишине, и говорит: «Ну, к чему хлопать? Только ладоши отобьете!» Вот, наконец, наступает тишина, и аудитория вся замирает. Дмитрий Иванович начинает говорить.
Первое время, с непривычки, или от сравнения с другими профессорами-говорунами, вами овладевает какое-то чувство неловкости. Лектор растягивает как-то своеобразно фразу, подыскивая слово, тянет некоторое время «э-э-э»… вам даже как будто хочется подсказать не подвертывающееся на язык слово. Но, не беспокойтесь – оно будет найдено, и какое: сильное, меткое и образное. Своеобразный сибирский говор на «о» – все еще сохранивший акцент далекой родины. Речь течет дальше и дальше. Вы уже привыкли к ней, вы уже цените ее русскую меткость, способность вырубить сравнение, как топором, оставить в мало-мальски внимательной памяти след на всю жизнь. Еще немного, и вы, вникая в трудный иногда для неподготовленного ума путь доводов, все более и более поражаетесь глубиной и богатством содержания читаемой вам лекции. Да, это сама наука, более того – философий науки говорит с вами своим строгим, но ясным и убедительным языком. Вы начинаете любоваться мощною, напоминающей Микель-Анджеловского Моисея, сумрачно грозной фигурой. В ней хорошо все: и этот лоб мыслителя, и сосредоточенно сдвинутые брови, и львиная грива падающей на плечи шевелюры, и извивающаяся при покачивании головой борода. И когда этот титан, в сумрачной аудитории, с окнами, затененными липами университетского сада, освещенный красноватым пламенем какой-нибудь стронциевой соли, говорит вам о мостах знания, прокладываемых чрез бездну неизвестного, о спектральном анализе, разлагающем свет, доносящийся с далеких светил, быть может уже потухших за те сотни лет, что этот луч несется к земле, – нервный холодок пробегает по вашей спине от сознания мощи человеческого разума…»[36]
Учить может только знающий, возбуждать – чувствующий. Общение со своей, всегда переполненной, аудиторией неизменно окрыляло Менделеева, потому что здесь, в университетских стенах, которые «потели» на его лекциях, как живописали газеты того времени, он испытывал счастье прямого участия в осуществлении одного из своих заветных чаяний. Он увлекал в науку «новые русские силы»…
О значении, которое он придавал этой стороне своей работы, мы можем судить по его «Заметкам о народном просвещении», опубликованным в 1901 году:
«Надо разрабатывать,- писал он, – дары своей природы своим, научно выработанным способом. Например, железо и сталь на Урале и в Сибири, цементы из своих природных камней, краски из своей нефти, стекло из своей природной глауберовой соли… Конца запасов не видно. На все это надо приготовить многих своих, сильных в науке, реалистов…»
Именно к этому были направлены все его усилия как лектора. Ради этого он, прежде всего, стремился развить в слушателях «ту способность самостоятельного суждения о научных предметах, которая составляет единственный залог правильного понимания выводов науки и возможности содействовать ее дальнейшему развитию».
В творческом восприятии науки он видел спасение от мертвенного застоя метафизических воззрений: «Знание выводов, без сведения о способах их достижения, – писал он, – может легко ввести в заблуждение не только в философской, но и в практической стороне наук, потому что тогда неизбежно необходимо придавать абсолютное значение тому, что нередко относительно и временно». Отсюда возникало требование: «изложить вместе с выводами описание способов их добычи».
Выступая с профессорской кафедры, Менделеев не повторял пройденное, а вновь переживал со своими слушателями пережитое. Он рассказывал об испытанных другими – и им самим! – трудностях в завоевании каждой новой «пяди научной почвы» и звал к тому же продолжателей.
Лекции изливались свободной импровизацией, но эту свободу подготовлял огромный предварительный труд.
Готовясь к изложению своего предмета, Менделееву нужно было создать не курс химии, а настоящую, цельную науку химию, потому что она до этого времени не была объединена общей теорией, не была согласована во всех своих частях. Это предстояло сделать ему самому.
Записанные лекции обрабатывались, дополнялись, изменялись и в таком расширенном виде составили первый том капитального труда «Основы химии». Второй том Менделеев написал заново целиком.
По этой книге училось несколько поколений химиков и у нас и за рубежом (она была переведена на английский и французский языки). Об этой работе, незадолго до смерти, 10 июля 1905 года Менделеев писал:
«Эти «Основы» любимое дитя мое. В них мой образ, мой опыт педагога и мои задушевные научные мысли».
Один из учеников и затем ассистентов Менделеева, Г. Густавсон, на первом Менделеевском съезде вспоминал, как однажды некий составитель руководства по химии, даря Менделееву свою книгу, выставлял, как особенно ценное достоинство ее, что теоретическое содержание книги отделено от фактического и практического. Менделеев, со свойственной ему прямотой, вскричал, что именно это он считает слабой стороной книги. Загружая читателей фактами, вместо того чтобы разъяснить им законы, управляющие фактами, автор рискует напомнить аристотелевского сапожника, снабдившего своего ученика запасом готовых сапог, вместо того чтобы научить его, как нужно делать эти сапоги.
«Основы химии» учили видеть в химии «и средство и цель» – и способ достижения тех или других практических стремлений и орудие познания.
На тысячах примеров Менделеев показывал, как при помощи науки облегчается обладание веществом в разных его видах, какие новые возможности использования сил природы она дает, как с ее помощью отыскиваются новые способы получения множества веществ и изучаются их свойства.
Менделеев недаром писал в предисловии к третьему изданию «Основ химии»:
«Недалеко то время, когда знание физики и химии будет таким же признаком и средством образования, как сто-двести лет тому назад считалось знание классиков, потому что тогда их изучение было задатком возрождения, было средством против укоренившихся суеверий. Так в новое время
изучение физики и химии определило возможность развития естествознания… а оно составляет силу и признак нашего времени. Без него уже не обходится ни изучение истории и правоведения, ни дальнейшее развитие государственной силы, ни накопление народных богатств и, что всего важнее, без него немыслима ныне и сама философия».
Химию, наряду с физикой, он считал основой современного образования. В соответствии с этим убеждением он «Основы химии» излагал как энциклопедию естествознания и техники.
В воображении читателя этой книги под крышками из глины и гипса закипали реторты с чилийской селитрой и серной кислотой и производное вещество – азотная кислота являла свои удивительные свойства; здесь амальгамой подводилось стекло для получения зеркал, здесь взлетали воздушные шары, наполненные водородом, отделенным от других веществ, с которыми он обычно соединен, домны пылали, и чугун переделывался в сталь, растения под действием света поглощали углекислоту и выделяли кислород, аммиак выделялся из аммиачной воды, полученной на газовых заводах при сухой перегонке каменного угля, борная кислота добывалась в тосканских фумаролах[37] и залежи карналита сверкали на побережьях Каспия.
Нельзя пересказать книгу – ее нужно прочитать. И каждый может это сделать и сейчас с пользой для себя.
А ведь это было только начало!
Химия «заключает в себе задатки еще большего, далекого и существенного развития, – писал Менделеев в введении ко всем этим богатствам знания. – Вся прелесть и все особенности юности видны в химии. Ее поле деятельности ясно определилось… а между тем верная дорога еще неизвестна. Еще недостает общего связующего начала, дающего силу, свойственную зрелости. Знания, относящиеся к количественной стороне химических превращений, далеко опередили изучение качественных отношений. Связь этих двух сторон составит нить, долженствующую вывести химиков из лабиринта современного, уже значительного, но отчасти одностороннего запаса данных».
Когда он работал над первым изданием «Основ химии», он очень глубоко сознавал эту односторонность химического знания. Во всем своем неистощимом разнообразии приложений химия все же представляла собой, до этой работы Менделеева, лишь описание многочисленных разрозненных фактов и явлений. Можно ли было с этим мириться? Нет, нельзя! Менделеев писал:
«Одно собрание фактов, даже и очень обширное, одно накопление их, даже и бескорыстное… не дадут еще метода обладания наукой и они не дают еще ни ручательства за дальнейшие успехи, ни даже права на имя науки в высшем смысле этого слова.
Здание науки требует не только материала, но и плана, гармонии; воздвигается трудом, необходимым как для заготовки материала, так и для кладки его, для выработки самого плана, для гармонического сочетания частей, для указания путей, где может быть добыт наиполезнейший материал.
Тут – поле истинным открытиям, которые делаются… усилием массы деятелей, из которых иногда один есть только выразитель того, что принадлежит многим, что есть плод совокупной работы мысли…
Узнать, понять и охватить гармонию научного здания с его недостроенными частями – значит получить такое наслаждение, какое дает только высшая красота и правда…»
Это наслаждение, испытать которое он звал других, рассказывая, «как привольно, свободно и радостно живется в научной области», где «очень часто рабочий, архитектор и творец совпадают», он сам испил полной чашей, работая именно над «Основами химии». Составляя план своего курса, который должен был соответствовать общим закономерностям излагаемой им науки, – еще не открытым закономерностям! – он должен был впервые совершить именно ту работу «архитектора и творца», о которой он с таким воодушевлением говорил и писал.
Для того, кто дал себе труд проследить за ранними исканиями Менделеева-«рабочего», кропотливо собиравшего, наряду с другими, фактический материал своей науки, не покажется неожиданным главное направление его новых теоретических поисков.
«Вся сущность теоретического учения в химии… лежит в отвлеченном понятии об элементах, – писал он в том же предисловии к третьему изданию «Основ химии». – Найти их коренные свойства, определить причину их различия и сходства, потом, на основании этого, предугадать свойства образуемых ими тел, вот тот путь, по которому наша наука твердо пошла… и еще немало остается сделать здесь. Главный интерес химии – в изучении основных качеств элементов. А так как их природа нам еще вовсе не известна и так как для них мы поныне твердо знаем только два измеряемые свойства: способность давать известные формы соединения и их свойство, называемое весом атома, то остается только один путь к основательному с ним ознакомлению – это путь сравнительного изучения элементов на основании этих двух свойств».
Мы уже помним, как после введенного в науку Ломоносовым разграничения понятий атома и молекулы был извлечен из пыли забвения и возвращен химии способ определения относительного веса частиц (будь то атомы или молекулы) путем сравнения равных объемов состоящего из этих частиц газа. Этот способ был успешно применен для определения атомных весов многих элементов, плотность газа которых легко измерима. Были найдены также другие косвенные способы проверки атомных весов (например по теплоемкости элемента). Химики соединяли элементы, атомные веса которых были выяснены, с элементами еще неизвестными, сравнивали анализы разных соединений. Таким образом, они сумели, к описываемому времени, открыть около 64 различных элементов и измерить веса их атомов (не всегда еще, впрочем,
точно).
У большинства ученых, даже признававших существование атомов, в то время существовало твердое убеждение, что атомы разных элементов – это совершенно независимые друг от друга составные части мироздания. Только наиболее пытливые умы искали следы сходства среди их взаимных отличий, черты единства в их разнообразии.
Их постигали неудачи, причины которых были вполне закономерны.
После того как француз Шанкуртуа безуспешно искал признаки закономерности в отношениях элементов, расположенных по винтовой нарезке, нанесенной на цилиндр, англичанин Ньюлендс пытался уловить соотношения между отдельными элементами, которые напоминали бы те, которые существуют между каким-либо музыкальным тоном и его октавой. Как известно, каждый отдельный тон созвучен тому же тону октавой выше или ниже, вследствие связи между числом колебаний струн, порождающих эти тона. Подобие этого явления Ньюлендс находил в совпадении признаков элементов, занимавших одинаковое положение в построенных им «октавах». Ньюлендс вписывал элементы в свои «октавы», размещая их в строчках по семь элементов в каждой.
В первых строчках его «октав» сходство между элементами, занимавшими вторые, третьи, четвертые и т. д. места в разных «октавах», проявлялось довольно отчетливо. Но последующие строчки построений Ньюлендса заключали в себе больше отступлений от «закона октав», чем подтверждений его. Естествоиспытателям не мог прийтись по душе произвол в перестановке элементов, который Ньюлендс допустил, чтобы уложить непокорные элементы в прокрустово ложе своих семизначных строчек. Он искусственно «подгонял» расположение многих элементов под формулировку «закона октав». Кроме того, его «система» охватывала только известные к тому времени элементы и не оставляла места для возможных новых открытий.
Насилие над фактами, которое он, таким образом, учинял, не сопровождалось попытками отыскать дополнительные подтверждения справедливости теории, во имя которой приносились такие жертвы. И, может быть, не так уже несправедливо звучал обращенный к Ньюлендсу насмешливый вопрос председателя британского съезда естествоиспытателей: «Не пробовал ли достопочтенный джентльмен располагать свои элементы в порядке алфавита и не усмотрел ли он и при этом каких-либо закономерностей?»
Менделеев, в отличие от Ньюлендса и Шанкуртуа, наивно подгонявших элементы под свои надуманные схемы, руководствовался в своих поисках твердой уверенностью в необходимости существования какого-то общего закона природы, который был бы связан с массой атома и определял бы все сходства и все различия элементов между собой, а может быть, и правила их сочетания. Это ожидание, как мы знаем, окрепло в нем еще в студенческие годы – во время учения в Главном педагогическом институте – и было подкреплено дальнейшими его исследованиями, руководимыми той же идеей.
Он располагал элементы в порядке возрастания их атомных весов, но, вглядываясь в составленный таким образом перечень и сравнивая между собой различные элементы, он пытался сблизить не только сходные, но и несходные. Он не стремился навязывать природе свои предположения. Он хотел лишь уловить действительную связь, которая, как он ожидал, должна была существовать между атомным весом и другими свойствами элементов, и, прежде всего, их способностью присоединять к себе то или иное количество атомов других элементов.
Он помог успеху своих поисков простым и наглядным приемом. Он воспользовался запасом ненужных визитных карточек – узеньких полосок картона. Из этих картонных карточек он составил нечто вроде подвижной картотеки элементов. На обороте каждой карточки он записал под названием элемента его атомный вес и формулы основных соединений, которые данный элемент образует с другими. Свойства этих соединений он, знал наизусть и главнейшие записал здесь же. Этим главнейшим свойством была «атомность», сыгравшая такую большую роль в предшествующих работах самого Менделеева и Бутлерова.
Разложив перед собой эти карточки, комбинируя их во всевозможных сочетаниях, сопоставляя их между собой по свойствам элементов, он с большой легкостью мог охватить умственным взором всю совокупность элементов со всем сложным переплетением их свойств. Все более отчетливо проявлялись в его сознании признаки системы, которой подчинялось все это пестрое и разнородное собрание земных тел.
Ученики Менделеева, ссылаясь на его собственное признание, рассказывали, будто на него снизошло внезапное откровение. Ему будто бы во сне привиделось, как нужно перетасовать карточки с названиями элементов, чтобы удался химический пасьянс, который не выходил наяву. Если эта история и основана на действительном происшествии, то дело было, конечно, не в чудесном «откровении».
Менделеев действительно не раз вспоминал о том, как он часами переставлял элементы в рядах, вчитываясь в свои заметки до ряби в глазах. Голова у него кружилась от напряжения. Ведь когда с места на место перекладывались легкие карточки с названиями веществ, в сознании исследователя приходили в движение целые эшелоны сведений об этих веществах. Зная изумительную память Менделеева, можно не сомневаться, что он держал в голове наготове материал, которого хватило бы для нескольких справочников. Мельничные жернова перекатывать было бы легче! И даже, когда, утомленный, он засыпал за своими размышлениями, неугомонная, бессонная мысль продолжала биться в мозгу исследователя.
Гениальная, проникновенная мысль!
И весьма возможно, что именно в тот момент, когда более поверхностные, мешающие раздражители были заторможены сном, свободно и до конца оформилось наблюдение, которое было подготовлено годами труда и уже складывалось в сознании.
Вот в чем состояла суть этих наблюдений. Связь между самыми несхожими элементами обнаруживалась! Прежде всего, свойства элементов, расставленных в ряд по весу их атомов, через более или менее правильные промежутки повторялись. Так, например, в строю элементов, расположенных по порядку возрастания атомных весов, на втором месте стоял элемент литий. Литий – это легкий, так называемый щелочной металл. Ближайший, сходный с ним, элемент был отделен от него семью другими, совсем на него не похожими. Восьмым-родственным ему – был тоже довольно легкий, как и литий, горючий металл, жадно соединявшийся с другими элементами, – натрий. Через определенный промежуток, или период, в строю элементов опять обнаруживался легкий горючий металл – калий.
И эти повторения не были случайными!
Если начинать счет с третьего по порядку элемента – бериллия – оказывалось, что в строю элементов встречаются и его явные родственники, и притом на такой же дистанции. Ближайший сосед на него не похож, как не похож и второй, и третий, и четвертый, и пятый, и шестой, и седьмой, а восьмой – похож! Восьмой – магний – оказался родственником бериллия.
На восьмом месте от фтора оказался сходный с ним хлор и т.д. и т.п.
Важно было еще и другое. В рамках отдельных периодов свойства несходных элементов, в них заключенных, – наблюдение системы в целом позволило Менделееву это понять! – изменяются также строго последовательно и закономерно. За активным в химическом отношении металлом следует металл с меньшей химической активностью, постепенно металлические свойства выявляются все более слабо, происходит переход к неметаллам. В следующем периоде в основных чертах снова воспроизводятся эти чередования.
Таким образом, открытая Менделеевым система сближала разнородные элементы, которые прежде рассматривались каждый сам по себе.
Менделеев не стремился увидеть в расположении элементов ничего, кроме того, что было в действительности, что показывала ему сама природа. Если он руководствовался при построении своей таблицы атомным весом элементов, то к этому его побуждало лишь стремление найти связь между различными химическими свойствами атомов разнообразных элементов и каким-то общим, неизменным их признаком. Таким признаком являлся присущий всем атомам относительный вес. Зная, какое большое значение во времена Менделеева – и им самим! – придавалось этой характеристике атома, можно только поражаться, с какой решительностью он отступил, когда это понадобилось, от хода мысли, который казался наиболее естественным, наиболее прямым, наиболее оправданным. Как часто консервативная традиция в науке создается именно на почве слепого преклонения перед господствующей теорией и как свободен был Менделеев от этих косных пут ординарного мышления, когда ему пришлось выбирать в своей системе место для кобальта и никеля, для теллура и иода, для титана и ванадия.
Итак, Менделееву удалось, не нарушая, в основном, принятой им последовательности расположения элементов по атомному весу (и только иногда исправляя атомные веса, как это подсказывала вновь открытая закономерность правильного чередования сходных свойств элементов), распределить все известные ему элементы по «семействам», то есть по группам элементов-родственников.
Если бы Менделеев связал себя предумышленной концепцией, он должен был бы разместить элементы точно в соответствии с их атомными весами. При этом под алюминием оказался бы не похожий на него титан, под кремнием – не имеющий ничего с ним общего ванадий, под фосфором – совершенно чуждый ему хром и т. д. Никель должен был бы итти впереди кобальта, так как атомы никеля легче атомов кобальта, по этой же причине иод должен был бы в таблице предшествовать теллуру. Но Менделеев настолько ярко ощущал достоверность открытого им закона периодической смены свойств атомов элементов, расположенных в их естественной последовательности, что на него он опирался в первую очередь. Он видел, что естественного, обусловленного системой элементов, перехода от алюминия к титану нет. Здесь должен быть переходный элемент, повидимому, ближайший родственник алюминия. И Менделеев оставил для него пустое место.
Подобных пустых клеток в системе получилось три. Считаясь именно с химическими свойствами элементов, а не только с их атомным весом, Менделеев определил место в таблице для кобальта, который он поставил на 27-е место, а никель на 28-е, хотя атомный вес кобальта больше; далее, он теллур поместил в 52-ю клетку своей таблицы, а иод- в 53-ю, хотя их атомные веса находятся в обратном соотношении.
Чем больше он вглядывался в проясняющиеся очертания обнаруженной им системы элементов, тем большую стройность он в ней находил.
От этого захватывало дух.
Это было подлинное счастье! Первый намек на осуществление нового, неведомого явления природы постепенно становился зримым, весомым фактом… Впрочем, Менделеев не только радовался открытой им закономерности распределения элементов в природе. Пусть великолепной закономерности! Но если бы он ограничился ее восхищенным созерцанием, он не был бы Менделеевым…
Для контраста любопытно отметить, что над классификацией элементов в то время размышлял также известный химик, профессор университета в Бреслау – Лотар Мейер. Он искал наиболее удобную и естественную схему расположения химических элементов, которой он мог бы с достаточным основанием придерживаться, читая университетский курс химии. Своими петербургскими друзьями он был осведомлен о публикациях Менделеева даже раньше, чем они появились в свет (среди осведомителей Мейера, снабдивших его гранками еще не вышедшей в свет статьи о Периодической системе, называли профессора Ф. Ф. Бейльштейна)[38]. 18 марта 1869 года таблица элементов Менделеева в полном виде была доложена Н. А. Меншуткиным на заседании только что организованного Русского химического общества. В следующем, 1870 году появилась статья Л. Мейера, в которой он ссылался на Менделеева и давал таблицу, в основных чертах сходную с той, которую ранее опубликовал Менделеев. Не отрицая существования некоей правильности в переходе от одного элемента системы к другому, Мейер однако, был далек от понимания истинного смысла Периодической системы. Менделеевскую таблицу он готов был рассматривать как подспорье для группировки элементов при изложении курса химии. И не больше! Лотар Мейер корректно осуждал своего петербургского коллегу за излишнюю торопливость. Он писал в химическом журнале «Либиховские анналы»: «Было бы поспешно изменять доныне принятые атомные веса на основании столь непрочного исходного пункта».
Это Периодическую систему он считал «непрочным исходным пунктом»!..
Нет! Для Менделеева открытая им закономер-
ность была киркой, пробивавшей окно в стене, загораживавшей Страну Неведомого. Свежий ветер неизвестности бил из этого пролома в лицо смелым разведчикам природы.
Система элементов в нетерпеливых менделеевских руках не могла остаться архивной драгоценностью, музейной реликвией. Для него это было орудие познания. Ничего не выжидая, ничего не боясь, Менделеев решительно двинул ее в дело. Кроме того, он гордился своим открытием, дорожил им и жаждал, чтобы все разделяли его веру.
Он знал единственный надежный способ убедить мир в справедливости своего открытия, единственный действительный способ проверки любой истины – опыт! Он писал:
«Утверждение закона возможно только при помощи вывода из него следствий, без него невозможных и неожидаемых, и оправдания тех следствий в опытной проверке. Поэтому, увидев периодический закон, я, со своей стороны… вывел из него такие логические следствия, которые могли показать – верен он, или нет».
Иными словами, он поставил контрольный, проверочный эксперимент и, тем самым, отдавал свое открытие на суд опыта.