Научная деятельность Д.И.Менделеева

Научная деятельность
Дмитрия Ивановича
Менделеева
Выполнила
Ученица 11 «А» класса
Усачева Анастасия
«Он один из самых гениальных
химиков XIX века; провёл
многочисленные определения
физических констант соединений
(удельные объёмы, расширение и т. д.),
изучал Донецкие месторождения
каменного угля, разработал
гидратную теорию растворов.
Написал «Основы химии» (1868 1871) - труд, многочисленные издания
которого оказали влияние на химиковнеоргаников.»
М. Джуа
Илья Репин. Портрет Д. И. Менделеева в
мантии доктора права Эдинбургского
университета 1885.
Достижения
• Д. И. Менделеев - автор фундаментальных исследований
по химии, физике, метрологии, метеорологии,
экономике, основополагающих трудов по
воздухоплаванию, сельскому хозяйству, химической
технологии, народному просвещению и других работ,
тесно связанных с потребностями развития
производительных сил России.
• Д. И. Менделеев исследовал (в 1854-1856 годах) явления
изоморфизма, раскрывающие отношения между
кристаллической формой и химическим составом
соединений, а также зависимость свойств элементов от
величины их атомных объёмов.
• Открыл в 1860 году «температуру абсолютного кипения
жидкостей», или критическую температуру.
Достижения
16 декабря 1860 года он пишет из Гейдельберга попечителю
Санкт-Петербургского учебного округа И. Д. Делянову:
«…главный предмет моих занятий есть физическая химия».
Достижения
Д. И. Менделеев является автором первого
русского учебника «Органическая химия» (1861 год).
Достижения
• Сконструировал в 1859 году
пикнометр - прибор для
определения плотности жидкости.
• Создал в 1865—1887 годах
гидратную теорию растворов.
• Развил идеи о существовании
соединений переменного состава.
Достижения
Исследуя газы, Менделеев нашёл в 1874 году общее уравнение состояния
идеального газа, включающее как частность зависимость состояния газа от
температуры, обнаруженную в 1834 году физиком Б. П. Э. Клапейроном
(уравнение Клапейрона - Менделеева).
• В 1877 году Менделеев выдвинул гипотезу происхождения нефти из
карбидов тяжёлых металлов, которая, правда, на сегодня большинством
учёных не принимается; предложил принцип дробной перегонки при
переработке нефти.
• Выдвинул в 1880 году идею подземной газификации углей.
• Занимался вопросами химизации сельского хозяйства, пропагандировал
использование минеральных удобрений, орошение засушливых земель.
• Совместно с И. М. Чельцовым принимал в 1890-1892 годах участие в
разработке бездымного пороха.
• Является автором ряда работ по метрологии.
• Создал точную теорию весов, разработал наилучшие конструкции
коромысла и арретира, предложил точнейшие приёмы взвешивания.
•
В своё время интересы
Д. И. Менделеева были близки к
минералогии, его коллекция
минералов бережно хранится и
сейчас в Музее кафедры
минералогии СанктПетербургского университета, а
друза горного хрусталя с его стола
является одним из лучших
экспонатов в витрине кварца.
Рисунок этой друзы он поместил в
первое издание «Общей химии»
(1903 год). Студенческая работа
Д. И. Менделеева была посвящена
изоморфизму в минералах.
Периодический закон
Работая над трудом «Основы химии», Д. И. Менделеев открыл в феврале
1869 года один из фундаментальных законов природы — периодический закон
химических элементов.
6 марта 1869 года знаменитый доклад Д. И. Менделеева «Соотношение
свойств с атомным весом элементов» был прочтён Н. А. Меншуткиным на
заседании Русского химического общества. В том же году это сообщение на
немецком языке появилось в журнале «Zeitschrift für Chemie», а в 1871 году в
журнале «Annalen der Chemie» была осуществлена развёрнутая публикация
Д. И. Менделеева, посвящённая его открытию - «Die periodische Gesetzmässigkeit
der Elemente» (Периодическая закономерность химических элементов).
Отдельные учёные в ряде стран, особенно в Германии, соавтором открытия
считают Лотара Мейера. Существенное различие этих систем заключается в
том, что таблица Л. Мейера - это один из вариантов классификации известных
к тому времени химических элементов; выявленная Д. И. Менделеевым
периодичность - это система, которая дала понимание закономерности,
позволившей определить место в ней элементов, неизвестных в то время,
предсказать не только существование, но и дать их характеристики.
Немецкий учёный, главный редактор фундаментального пособия
«Анорганикум» - объединённого курса неорганической, физической и
аналитической химии, выдержавшего более десяти изданий, академик
Л. Кольдиц так истолковывает особенности открытия
Д. И. Менделеева, сопоставляя в высшей степени убедительные
результаты его труда с работами других исследователей, искавших
подобные закономерности:
«Никто из учёных, занимавшихся до Менделеева или одновременно с
ним исследованиями соотношений между атомными весами и
свойствами элементов, не смог сформулировать эту закономерность
так ясно, как это сделал он. В частности, это относится к
Дж. Ньюлендсу и Л. Мейеру. Предсказание ещё неизвестных
элементов, их свойств и свойств их соединений является
исключительно заслугой Д. И. Менделеева. …Наилучшим образом он
смог применить свой метод горизонтальной, вертикальной и
диагональной интерполяции в открытой им периодической системе
для предсказания свойств…»
Достижения
• Развивая в 1869-1871 годах идеи периодичности, Д. И. Менделеев ввёл
понятие о месте элемента в периодической системе как совокупности его
свойств в сопоставлении со свойствами других элементов. На этой основе, в
частности, опираясь на результаты изучения последовательности
изменения стеклообразующих оксидов, исправил значения атомных масс 9
элементов (бериллия, индия, урана и др.).
• Предсказал в 1870 году существование, вычислил атомные массы и описал
свойства трёх ещё не открытых тогда элементов - «экаалюминия» (открыт
в 1875 году и назван галлием), «экабора» (открыт в 1879 году и назван
скандием) и «экасилиция» (открыт в 1885 году и назван германием). Затем
предсказал существование ещё восьми элементов, в том числе «двителлура» полония (открыт в 1898 году), «экаиода» - астата (открыт в 1942 -1943
годах), «экамарганца» - технеция (открыт в 1937 году), «экацезия» - франция
(открыт в 1939 году).
• В 1900 году Дмитрий Иванович Менделеев и Уильям Рамзай пришли к
выводу о необходимости включения в периодическую систему элементов
особой, нулевой группы благородных газов.
Достижения
В первой части труда Д. И. Менделеева детального критического анализа литературы,
посвящённой вопросу, им высказана оригинальная
мысль о связи молекулярного веса и объёма
газообразных тел. Учёный вывел формулу расчёта
молекулярного веса газа, то есть впервые была дана
формулировка закона Авогадро-Жерара. Позднее
выдающийся русский физикохимик Е. В. Бирон
напишет: «Насколько мне известно, Д. И. Менделеев
первый стал считать, что можно уже говорить о
законе Авогадро, так как гипотеза, в виде которой
закон был сперва сформулирован, оправдалась при
экспериментальной проверке…».
Достижения
Весы, сконструированные Д. И. Менделеевым для
взвешивания газообразных и твёрдых веществ
Достижения
Одна из гипотез Д. И. Менделеева сводилась к тому,
что специфическим состоянием газов воздуха при большом
разрежении и мог оказаться «эфир» или некий-то газ с
очень малым весом. Д. И. Менделеевым написано на
оттиске из «Основ химии», на периодической системе 1871
года: «Легче всех эфир, в миллионы раз»; а в рабочей
тетради 1874 года учёный выражает ещё более ясно ход
мысли: «При нулевом давлении у воздуха есть некоторая
плотность, это и есть эфир!». Тем не менее, среди его
публикаций этого времени таких определённых
соображений не высказано (Д. И. Менделеев. Попытка
химического понимания мирового эфира. 1902).
В разделе, имеющем отношение к исследованиям газов
и жидкостей, Д. И. Менделеевым сделано 54 работы.
Учение о растворах
На протяжении всей своей научной жизни
Д. И. Менделеева не ослабевал его интерес к
«растворной» тематике. Наиболее
значительные его исследования в этой
области относятся к середине 1860-х, а
важнейшие - к 1880-м годам. Тем не менее,
публикации учёного показывают, что и в
другие периоды своего научного творчества
он не прерывал изысканий,
способствовавших созданию основы его
учения о растворах. Концепция
Д. И. Менделеева эволюционировала от
весьма противоречивых и несовершенных
первоначальных представлений о природе
этого явления в неразрывной связи с
развитием его идей в других направлениях, в
первую очередь - с учением о химических
соединениях.
Учение о растворах
Развивая это направление, Д. И. Менделеев, поначалу априорно
выдвинув идею о температуре, при которой высота мениска будет
нулевой, в мае 1860 года провёл серию опытов. При определённой
температуре, которую экспериментатор назвал «абсолютной
температурой кипения», нагретый в парафиновой ванне в запаянном
объёме жидкий хлорид кремния (SiCl4) «исчезает», перейдя в пар. В
статье, посвящённой исследованию, Д. И. Менделеев сообщает, что
при абсолютной температуре кипения, полный переход жидкости в
пар сопровождается уменьшением поверхностного натяжения и
теплоты испарения до нуля. Эта работа - первое крупное достижение
учёного.
Важен также тот факт, что теория растворов электролитов
приобрела удовлетворительную направленность, только восприняв
идеи Д. И. Менделеева, когда произошёл синтез гипотезы о
существовании ионов в растворах электролитов с менделеевским
учением о растворах.
Растворам и гидратам Д. И. Менделеевым посвящено 44 труда.
Воздухоплавание
Занимаясь вопросами воздухоплавания, Д. И. Менделеев,
во-первых, продолжает свои исследования в области газов и
метеорологии, во-вторых - развивает темы своих работ,
вступающих в соприкосновение с темами сопротивления
среды и кораблестроения.
В 1875 году он разработал проект стратостата
объёмом около 3600 м³ с герметической гондолой,
подразумевающий возможность подъёма в верхние слои
атмосферы (первый такой полёт в стратосферу
осуществлён был О. Пикаром только в 1924 году).
Д. И. Менделеев также спроектировал управляемый
аэростат с двигателями. В 1878 году учёный, находясь во
Франции, совершил подъём на привязном аэростате
А. Жиффара.
Воздухоплавание
Летом 1887 года Д. И. Менделеев осуществил свой знаменитый полёт. Возможным
стало это и благодаря посредству Русского технического общества в вопросах оснащения.
Важную роль в подготовке этого мероприятия сыграли В. И. Срезневский и в особой
степени изобретатель и аэронавт С. К. Джевецкий.
Д. И. Менделеев, рассказывая об этом полёте, разъясняет почему РТО обратилось
именно к нему с такой инициативой: «Техническое общество, предложив мне произвести
наблюдения с аэростата во время полного солнечного затмения, хотело, конечно, служить
знанию и видело, что это отвечает тем понятиям и роли аэростатов, какие ранее мною
развивались».
Кораблестроение
Ледокол, сконструированный в начале XX века
Д. И. Менделеевым. Модель по чертежам учёного
выполнена под руководством А. И. Дубравина в
1969 году. Музей-архив Д. И. Менделеева
(СПбГУ).
Анализ многочисленных логических связей
позволяет выделить 7 основных направлений
деятельности учёного - 7 секторов:
• Периодический закон, педагогика, просвещение.
• Органическая химия, учение о предельных формах соединений.
• Растворы, технология нефти и экономика нефтяной
промышленности.
• Физика жидкостей и газов, метеорология, воздухоплавание,
сопротивление среды, кораблестроение, освоение Крайнего Севера.
• Эталоны, вопросы метрологии.
• Химия твёрдого тела, технология твёрдого топлива и стекла.
• Биология, медицинская химия, агрохимия, сельское хозяйство.
Научный авторитет
Д. И. Менделеева был огромен.
Список титулов и званий его
включает более ста наименований.
Практически всеми российскими и
большинством наиболее уважаемых
зарубежных академий,
университетов и научных обществ
он был избран своим почётным
членом. Тем не менее, свои труды,
частные и официальные обращения
он подписывал без указания
причастности к ним:
«Д. Менделеев» или «профессор
Менделеев», крайне редко упоминая
какие-либо присвоенные ему
почётные звания.