Kim był Dmitrij Mendelejew, ojciec współczesnej chemii?

Rosyjskiemu chemikowi Dmitrijowi Mendelejewowi jako pierwszemu udało się usystematyzować chaotyczny świat substancji chemicznych i reguł nim rządzących.

Aktualizacja: 13.05.2018 12:55 Publikacja: 13.05.2018 00:01

Dmitrij Mendelejew miał zwyczaj pracować całą noc. Kładł się dopiero około czwartej nad ranem, a wstawał około południa.

Foto: Domena Publiczna

Kazimierz Jasiński

Przyszły wielki chemik przyszedł na świat w 1834 r. w zachodniosyberyjskim mieście Tobolsku. Był najmłodszym z 17 dzieci Iwana Pawłowicza, ociemniałego nauczyciela literatury i dyrektora gimnazjum, który, jak przypuszczają niektórzy historycy, został zesłany na Syberię za działalność polityczną, i Marii Dmitrijewny (z domu Korniljewej) – osoby niezwykle pragmatycznej i przedsiębiorczej, która po śmierci męża postanowiła utrzymać rodzinę z własnej działalności gospodarczej. Uruchomiła i prowadziła z wielkim powodzeniem hutę szkła. Przyglądanie się procesom produkcji i wyrobu szkła bez wątpienia przyczyniło się do rozbudzenia młodzieńczej fascynacji Dmitrija chemią. Niestety, huta spłonęła w 1849 r. Rodzinne miasto Dmitrija, syberyjski Tobolsk, było miejscem zsyłki dla wielu przeciwników caratu i ludzi o bardzo liberalnych poglądach. Jeden z zesłańców, który był dekabrystą, ożenił się nawet z siostrą Mendelejewa. I to prawdopodobnie pod jego wpływem ukształtowały się silnie liberalne poglądy przyszłego naukowca. W 1849 r. Mendelejew wyjechał na studia do Sankt Petersburga.

Geniusz z wielką czupryną

Kiedy w 1850 r. studiował na Wydziale Matematyczno-Fizycznym Głównego Instytutu Pedagogicznego w Petersburgu, wykryto u niego fatalnie rokującą gruźlicę, co zmusiło tego znakomitego studenta do „ucieczki" na ciepły Krym. Dobrze zapowiadającą się karierę pedagogiczną przerwała wojna krymska 1853–1856 i świeżo upieczony nauczyciel z Symferopola musiał w 1854 r. wrócić na znacznie chłodniejszą północ, do Petersburga. Już w 1856 r. obronił pracę doktorską, której tematem były związki krzemu. Dawało mu to prawo do prowadzenia wykładów na uniwersytecie w Petersburgu. Wyjazd do Paryża zaowocował studiami u profesora Henryka Victora Regnault – znakomitego chemika i fizyka, członka Francuskiej Akademii Nauk. Profesor Regnault zajmował się badaniami z chemii organicznej, badał zjawiska przemiany ciepła właściwego gazów, ciepła parowania cieczy i prędkości rozchodzenia się dźwięków w gazach. Przeprowadzał wiele pomiarów dotyczących tych zjawisk, co pozwoliło mu zbudować szereg aparatów do pomiarów wielkości fizycznych, m.in. higrometr. Po owocnych studiach w Paryżu przez rok pracował na uniwersytecie w Heidelbergu pod kierunkiem dwóch wybitnych niemieckich uczonych: chemika Roberta Bunsena i fizyka Gustawa Kirchoffa. W 1860 r. wziął udział w zjeździe chemików w Karlsruhe w Niemczech.

Po powrocie do Rosji w ciągu trzech lat pracowity i wytrwały Mendelejew uzyskał stopień doktora, ożenił się i objął stanowisko profesora na uniwersytecie w Petersburgu. Rozpoczął także pisanie prac naukowych. W 1861 r. powstał podręcznik „Chemia organiczna", a w latach 1869–1871 „Podstawy chemii". Zachowane fotografie przedstawiają Mendelejewa jako mężczyznę o długich, opadających na kark włosach, długiej, zmierzwionej brodzie i przenikliwym spojrzeniu. Jego fryzura zapewne spodobałaby się Albertowi Einsteinowi.

Mendelejew prowadził dość niehigieniczny tryb życia. Palił ogromne ilości papierosów, których niedopałki miał w zwyczaju wrzucać do kubła z wodą. Po kilku dniach śmierdziało zeń z daleka, co jednak niezbyt przeszkadzało uczonemu. Mendelejew miał zwyczaj pracować przez całą noc. Kładł się dopiero ok. czwartej nad ranem, a wstawał ok. południa. Jego współpracownicy zauważyli, że unika wizyt u fryzjera. Tylko raz w roku, najczęściej na początku lata, golił całkowicie włosy na głowie, wąsy i brodę. Ten specyficzny styl życia nie sprzyjał budowie dobrych relacji z kobietami, a mimo to w pewnym okresie życia Mendelejew miał dwie żony. Z jedną rozwiódł się, ale drugiej nie mógł poślubić przed upływem siedmiu lat. Uczony znalazł proste rosyjskie rozwiązanie w osobie przekupnego batiuszki, który niezgodnie z prawem udzielił mu ślubu i tak wielki chemik stał się bigamistą. Nieco później, gdy ktoś w podobnej sytuacji prosił cara o skrócenie czasu karencji rozwodowej i argumentował, że przecież Mendelejew też miał dwie żony, władca Rosji miał zareplikować: „Dwie żony Mendelejewa? No tak, ale ja mam tylko jednego Mendelejewa".

Chemiczne oktawy

W 1864 r. John Alexander Reina Newlands, chemik pracujący w londyńskiej rafinerii cukru, uszeregował znane wówczas pierwiastki w kolejności ich rosnących mas atomowych i spostrzegł, że ósmy pierwiastek ma podobne właściwości jak pierwszy, a piętnasty podobne jak ósmy itd. Podobne cechy wykazywały pierwiastki: drugi, dziewiąty, szesnasty itd. Tę regularność Newlands nazwał prawem oktaw. Zgodnie z nim każdy kolejny pierwiastek był podobny do kolejnego ósmego. Oparcie się na prawie oktaw pozwoliło Newlandsowi na wyodrębnienie siedmiu rodzin pierwiastków o zbliżonych właściwościach. Prawo oktaw było dużym postępem w procesie systematyzowania pierwiastków, choć zawierało znaczące luki. Ostatecznie przedstawione przez autora Brytyjskiemu Towarzystwu Chemicznemu zostało przez kolegów chemików wykpione. Skojarzenia z oktawami w zapisach muzycznych źle przysłużyło się pionierskiej pracy Newlandsa, który zniechęcony wrócił do pracy w chemii przemysłowej. 20 lat po tym wydarzeniu Towarzystwo Królewskie uznało wartość pracy Newlandsa i uhonorowało twórcę prawa oktaw medalem.

Natomiast Dmitrij Mendelejew, po napisaniu podręcznika z dziedziny chemii organicznej, rozpoczął opracowywanie własnej koncepcji uporządkowania znanych nauce pierwiastków. Odszedł od prawa oktaw i stworzył prawo okresowości pierwiastków. Na kartach wypisał nazwy wszystkich znanych mu 63 pierwiastków, ich ciężary atomowe i wszystkie znane mu ich właściwości. Układanie kart przypominało zabawę w pasjansa, ale prowadzić miało do epokowych zmian w rozumieniu występowania kolejnych pierwiastków w przyrodzie. Przede wszystkim okazało się, że nie wszystkie okresy były oktawami. Dwa pierwsze okresy zawierały po 8 pierwiastków, jednak dwa następne składały się już z 18 pierwiastków. Prawo okresowości nie informowało o długości okresu. Potwierdzało jedynie, że gdy pierwiastki ustawi się w kolejności rosnących mas atomowych, to wykazują one zmieniające się w sposób periodyczny właściwości. Metoda, jaką zastosował Dmitrij Mendelejew przy szeregowaniu pierwiastków, była prosta i skuteczna. Będąc wybitnym znawcą właściwości chemicznych pierwiastków, wielki chemik zdawał sobie sprawę z wielu „białych plam" na swoim układzie okresowym. Kiedy jakiś pierwiastek odbiegał swymi właściwościami od „rodziny", w której chciał go umieścić, pozostawiał wolne miejsce i próbował przesunąć go do następnej rodziny. Rezultaty były znakomite. Wszystkie znane podówczas pierwiastki zostały objęte klasyfikacją zgodną z układem okresowym.

Geniusz bez Nagrody Nobla

Czy układ okresowy Mendelejewa był tworem doskonałym? I tak, i nie. Nie było w nim miejsca dla pierwiastka otwierającego układ okresowy, czyli wodoru. Współcześni Mendelejewowi chemicy umieszczali samotny wodór albo w rodzinie sodu i potasu, albo włączali go do chloru i fluoru. Niedoskonałością układu okresowego było również to, że nie można w nim było umieścić 14 metali nazywanych „ziemiami rzadkimi". Te rzadkie metale zbliżone są do siebie, natomiast odbiegają od metali jakiejkolwiek innej rodziny. Dzięki tablicy Mendelejewa można było przewidywać, że puste pola, zawierające jedynie liczbę masy atomowej pierwiastka, zajmą nowo odkryte pierwiastki. To było ogromne ułatwienie dla ówczesnego świata chemii. Dzięki tablicy z układem okresowym można było przewidywać, jakie właściwości będzie miał nowo odkryty pierwiastek. W ten sposób Mendelejew przewidział i opisał właściwości trzech nieznanych wówczas pierwiastków i nadał im nazwy: eka-bor, eka-glin i eka-krzem. Chemicy, którzy zgodnie z przewidywaniami Mendelejewa odkryli te pierwiastki, nadali im nazwy upamiętniające narodowość odkrywców: francuski chemik Paul Emile Lecoq de Boisbaudran odkrył eka-glin i nazwał go galem. Eka-bor odkryty został przez szwedzkiego chemika Larsa Frederika Nilsona i otrzymał nazwę skand na cześć Skandynawii, a w 1886 r. niemiecki chemik Clemens Winkler odkrył eka-krzem i nazwał go germanem.

Przewidywania twórcy układu okresowego były niezwykle trafne i dokładne. Nie znając pierwiastka, np. eka-krzemu, czyli germanu, określił dokładnie jego masę atomową, gęstość, ciepło właściwe, wartościowość, gęstość tlenku, gęstość chlorku i temperaturę wrzenia chlorku. W opisie znalazły się także takie elementy, jak: barwa pierwiastka, twardość i niektóre cechy jakościowe. Natomiast słabym punktem pracy Mendelejewa było to, że nie przewidział istnienia gazów szlachetnych.

Powstanie układu okresowego pierwiastków było ogromnym krokiem naprzód w ułatwieniu pracy naukowcom i w nauczaniu chemii. Dokonywało korekty niektórych mas atomowych. Mendelejew, który zajmował się badaniami w wielu innych poza chemią dziedzinach nauki, pozostawił po sobie 1500 publikacji z chemii, fizyki, metrologii, ekonomii i inżynierii. Personalne intrygi sprawiły, że nie otrzymał należnej mu Nagrody Nobla. Jego liberalne poglądy nie podobały się jego kolegom, przez co nie został członkiem Akademii Nauk. Po sześćdziesiątce utracił na starość wzrok, ale odzyskał go w 1903 r. po operacji katarakty. Zmarł na grypę 2 lutego 1907 r. w Petersburgu. Miał 72 lata i do ostatnich dni pozostawał aktywny zawodowo. Na jego pogrzebie studenci nieśli wielki transparent z namalowaną przez nich tablicą układu okresowego pierwiastków. W 1955 r. na tablicy Mendelejewa pojawił się nowy pierwiastek promieniotwórczy o symbolu 101 – mendelew.