«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 химиков-неоргаников.». М. Джуа
Удельные объемы
В мае 1856 года Д. И. Менделеев подготовил диссертационную работу под обобщённым названием «Удельные объёмы» — многоплановое исследование, своеобразную трилогию, посвящённую актуальным вопросам химии середины XIX века.. Опубликована была только первая часть, озаглавленная, как и вся диссертация «Удельные объёмы». Из второй части позднее был напечатан только фрагмент.
Третья же часть в сокращённом виде
была представлена в 1864 году в
четвёртом выпуске «Технической энциклопедии»,
посвящённой стекольному производству.
Именно с наблюдения процессов стеклоделия
начался путь Д. И. Менделеева в науке.
Периодический закон
Работая над трудом «Основы химии», Д. И. Менделеев открыл в феврале 1869 года один из фундаментальных законов природы — периодический закон химических элементов.
Не давая представления о строении атома, периодический закон, тем не менее, вплотную подводит к этой проблеме.
В 1984 году академик В. И. Спицын пишет: «…Первые представления о строении атомов и природе химической валентности, разработанные в начале нашего столетия, основывались на закономерностях свойств элементов, установленных с помощью периодического закона».
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 ещё элементов. В 1900 году Дмитрий Иванович Менделеев и Уильям Рамзай пришли к выводу о необходимости включения в периодическую систему элементов особой, нулевой группы благородных газов.
Исследование газов
Концепция «мирового эфира» имела в XIX века большое влияние на возможное решение проблемы сил тяготения посредством изучения свойств передающей среды. Предполагалось, что «эфир», заполняющий межпланетное пространство, является средой, передающей свет, тепло и гравитацию. При всей гипотетической направленности исходных предпосылок этих исследований, основным и наиболее важным результатом в области физики,
полученным Д. И. Менделеевым,
явился вывод уравнения идеального
газа, содержащего универсальную
газовую постоянную.
Учение о растворах
В 1905 году Д. И. Менделеев скажет: «Всего более четыре предмета составили моё имя, периодический закон, исследование упругости газов, понимание растворов как ассоциации и „Основы химии“. Тут моё богатство. Оно не отнято у кого-нибудь, а произведено мною…».
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.
Д. И. Менделеев показал, что правильное понимание растворов невозможно без учёта их химизма, отношения их к определённым соединениям (отсутствия грани между таковыми и растворами) и сложного химического равновесия в растворах — в разработке этих трёх неразрывно связанных аспектов заключается основное его значение. Нелишним будет отметить, что, 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 3600 м³ с герметической гондолой, подразумевающий возможность подъёма в верхние слои атмосферы. Д. И. Менделеев также спроектировал управляемый аэростат с двигателями.
Летом 1887 года Д. И. Менделеев осуществил свой знаменитый полёт. Возможным стало это и благодаря посредству Русского технического общества в вопросах оснащения.
Д. И. Менделеев, рассказывал: «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».
Метрология
Менделеев был предтечей современной метрологии, в частности — химической метрологии. Он является автором ряда работ по метрологии. Создал точную теорию весов, разработал наилучшие конструкции коромысла арретира, предложил точнейшие приёмы взвешивания.
"Наука начинается с тех пор, как начинают измерять. Точная наука немыслима без меры". Д. И. Менделеев
В 1893 году Д. И. Менделеев создаёт
Главную палату мер и весов
(ныне Всероссийский научно-
исследовательский институт
метрологии имени Д.И. Менделеева);
Пороходелие
Существует ряд противоречивых мнений о работах Д. И. Менделеева, посвящённых бездымному пороху. Документальные сведения говорят о следующем их развитии.
В мае 1890 года от лица Морского министерства вице-адмирал Н. М. Чихачёв предложил Д. И. Менделееву «послужить научной постановке русского порохового дела», на что учёный, в письме выразил согласие и указал на потребность заграничной командировки с включением специалистов по взрывчатым веществам
В Лондоне Д. И. Менделеев встречался с учёными, у которых пользовался неизменным авторитетом. В середине июля 1890 года в Санкт-Петербурге он начал опыты в университетской лаборатории. Осенью 1890-го на Охтинском заводе он участвовал в испытаниях бездымного пороха на различных типах оружия.
Д. И. Менделеев был занят пороходелием до 1898 года.
«Влагая то, что могу в дело изучения бездымного пороха, я уверен, что служу, по мере сил, мирному развитию своей страны и научному познанию вещей, слагающемуся из попыток отдельных лиц осветить узнанное.»
Россия же, «по извечной своей традиции», в Первую мировую
войну в огромном количестве
покупала его, этот порох, в
Америке, а изобретателями до сих
пор указываются моряки —
лейтенант Д. Бернаду и капитан
Дж. Конверс.
Исследованиям по теме
пороходелия, опирающихся на его
фундаментальные труды по изучению
водных растворов, и напрямую связанных с ними, Дмитрий Иванович посвятил 68 статей.
Уральская экспедиция
В марте 1899 года Д. И. Менделеев в докладной товарищу министра финансов В. Н. Коковцеву даёт рекомендации. Он предлагает передать Военному и Морскому министерству казённые заводы, соответствующие интересам обороны; остальные предприятия такого рода, государственные горные заводы — в частные руки в виде потенциала конкуренции, для снижения цен, а казне, владеющей рудами и лесами — доход. Развитию Урала мешает то, «что там действуют почти нацело одни крупные предприниматели, всё и вся захватившие для себя одних»; в обуздание их — развить «сверх крупных, много мелких предприятий»; ускорить строительство железных дорог.
По поручению министра финансов С. Ю. Витте и директора Департамента промышленности и торговли В. И. Ковалевского, руководство экспедицией доверено Д. И. Менделееву; он обращается к владельцам частных заводов Урала, прося «содействовать изучению положения железного дела».
Несмотря на недомогание, учёный не отказался от поездки. В экспедиции участвовали: многие известные ученые заведующий кафедрой минералогии Петербургского университета профессор П. А. Земятченский, известный специалист по русским железным рудам; помощник начальника научно-технической лаборатории Морского министерства — химик С. П. Вуколов и др. Д. И. Менделеев поручил им «осмотр многих уральских заводов и производство полных магнитных измерений» для выявления аномалий, говорящих о
наличии железной руды, изучение
Экибастузского месторождения каменного
угля, по мнению Д. И. Менделеева —
очень важного для уральской металлургии.
Во время экспедиции у Д. И. Менделеева
«идёт горлом кровь» — рецидив старого
недуга и он через Уфу и Самару вернулся
в Боблово. Д. И. Менделеев отметил,
что ещё в Екатеринбурге получил х
орошее представление о состоянии
железной промышленности Урала.
Кораблестроение
Являя собой развитие исследований газов и жидкостей, труды Д. И. Менделеева по сопротивлению среды и воздухоплаванию находят продолжение в работах, посвящённых кораблестроению и освоению арктического мореплавания.
Эта часть научного творчества Д. И. Менделеева в наибольшей степени определяется его сотрудничеством с адмиралом С. О. Макаровым и связана непосредственно с испытаниями моделей судов. После того как в 1894 году был построен бассейн для испытаний, Д. И. Менделеев с энтузиазмом поддерживал усилия С. О. Макарова, направленные на создание большого арктического ледокола.
Занимаясь изучением растворов, Д. И. Менделеев в конце 1880-х — начале 1890-х годов проявляет большой интерес к результатам исследований плотности морской воды, которые были получены С. О. Макаровым в кругосветном плавании на корвете «Витязь» в 1887—1889 годах.
Д. И. Менделеев включается в организацию ледокольной экспедиции в Северный Ледовитый океан. Выдвинутая С. О. Макаровым идея этой экспедиции нашла отклик у Д. И. Менделеева, видевшего в таком начинании реальный путь решения многих важнейших экономических проблем: связь Берингова пролива с другими русскими морями положила бы начало освоению Северного морского пути, что делало доступными районы Сибири и Крайнего севера. Ваша мысль блистательна, - пишет он С. О. Макарову, - и рано или поздно неизбежно выполнится и разовьётся в дело большого значения не только научно-географическое, но и в живую практику.
Инициативы были поддержаны С. Ю. Витте и уже осенью 1897 года правительство принимает решение об ассигновании постройки ледокола. Д. И. Менделеев был включён в состав комиссии, занимавшаяся вопросами, связанными с постройкой ледокола, из нескольких проектов которого был предпочтён предложенный английской фирмой.
Модель строящегося ледокола в опытовом судостроительном бассейне Морского министерства была подвергнута испытаниям, включавшем помимо определения скорости и мощности гидродинамическую оценку винтов и исследование остойчивости, сопротивления нагрузкам поперечной качке, для ослабления воздействий которой было внесено ценное техническое усовершенствование, предложенное Д. И. Менделеевым, и впервые применённое в новом корабле.
Первому в мире арктическому ледоколу,
построенному на верфи
Armstrong Whitworth, было
дано имя легендарного
покорителя Сибири — «Ермак»,
и 29 октября 1898 года он был
спущен на воду на реке Тайн
в городе Ньюкасле Англии.
В 1898 году Д. И. Менделеев и С. О. Макаров обратились к С. Ю. Витте с докладной запиской «Об исследовании Северного Полярного океана во время пробного плавания ледокола „Ермак“», излагавшей программу экспедиции, планировавшейся к проведению летом 1899 года, в осуществление астрономических, магнитных, метеорологических, гидрологических, химических и биологических исследований.
В 1901—1902 годах Д. И. Менделеев создал проект арктического экспедиционного ледокола. Учёным разработан высокоширотный «промышленный» морской путь, подразумевавший прохождение судов вблизи Северного полюса.
Теме освоения Крайнего Севера Д. И. Менделеевым посвящено 36 работ.