В два последних года обучения студенты делились на два направления: математическое и естественно-научное. Менделеев выбрал естественные науки. Он особенно интересовался зоологией, ботаникой, минералогией и химией. Но универсальное обучение подразумевало самый широкий круг интересов. Так, еще в первый год обучения Менделеев написал сочинение "Описание Тобольска в историческом отношении". Позже он читал пробные лекции по педагогике и зоогеографии. Особо близкие отношения у него сложились с академиком Федором Федоровичем Брандтом. Летом 1854 года Дмитрий некоторое время жил в семье академика в качестве репетитора на даче неподалеку от Ораниенбаума. Параллельно Менделеев собирал гербарий по поручению профессора Шиховского. Интересно, что первая научная работа великого химика была посвящена зоологии и называлась "Опыт исследования о грызунах Петербургской губернии". Так началась "первая служба" нашего героя.
Но постепенно интересы Менделеева сместились в сторону минералогии и химии. Большую роль в этом сыграли личности преподавателей этих предметов. Степан Семенович Куторга, профессор минералогии, был настоящим знатоком своего дела и прекрасным преподавателем. Под его руководством Менделеев впервые столкнулся с химическим анализом образцов минералов. А довершил "охимичивание" талантливого студента академик Александр Абрамович Воскресенский - "дедушка русских химиков". Совместно с Николаем
Николаевичем Зининым Воскресенский был основателем школы русских химиков. Позже Менделеев писал о нем: "Принадлежа к числу учеников Воскресенского, я живо помню ту обаятельность безыскусственной простоты изложения и то постоянное наталкивание на пользу самостоятельной разработки научных данных, какими Воскресенский вербовал много свежих сил в области химии".
Под руководством Воскресенского и Куторги Менделеев выполнял свои первые химические исследования, сначала учебные, а затем и научные. Так, осенью 1853 года он занимался изучением жидкости, используемой для гальванопластики, а затем приступил к изучению состава некоторых минералов. По результатам исследований в июне 1854 была опубликована статья, которая и стала первой напечатанной работой ученого. Практические исследования Менделеев дополнил теоретическими рассуждениями. В 1855 году он представил диссертацию на тему "Изоморфизм в связи с другими отношениями кристаллической формы к составу".
В конце августа 1855 года Менделеев получил аттестат об окончании института. Он вполне мог продолжить работу при ГПИ, но состояние здоровья требовало смены климата. Дмитрий получил назначение на должность учителя естественных наук в симферопольскую гимназию. Есть сведения о том, что изначально Менделеев должен был отправиться в Одессу, а направление в Симферополь стало результатом канцелярской ошибки. Впрочем, департамент министерства отказался отменить это решение.
Начало педагогической деятельности
"Вторая служба" началась в 1855 году. В октябре Менделеев прибыл в Симферополь. Здесь, однако, выяснилось, что приступить к выполнению своих профессиональных обязанностей он не может. Шла Крымская война. Симферопольская гимназия, ввиду ее близости к военным событиям, была закрыта. Не желая терять время и прерывать свои научные изыскания, Менделеев стал искать возможность покинуть Симферополь. От своего знакомого он узнал, что в Одессе есть учительская вакансия. Оформив отпуск, Менделеев отправился в Одессу. Как оказалось, поездка в Крым стала не совсем бессмысленной. В Симферополе Дмитрий встретился со знаменитым врачом Пироговым. По просьбе своего петербургского коллеги Пирогов осмотрел Менделеева и нашел состояние его здоровья более чем удовлетворительным.
В ноябре 1855 года Менделеев прибыл в Одессу и вскоре был назначен старшим учителем математики и физики в гимназии при Ришельевском лицее. А через месяц его, учитывая склонности и научные интересы, перевели на должность преподавателя естественных наук. Молодой учитель с энтузиазмом принялся за работу. Уже в январе 1856 года он подал на рассмотрение директора лицея свою программу естественных наук и проект естественно-научного кабинета. Программа была утверждена, а кабинет предполагалось организовать по мере возможностей. Менделеев не долго украшал своим преподаванием одесскую гимназию. Его здоровье улучшилось, и он стал подумывать о продолжении научной деятельности в Петербурге или за границей. В Одессе соответствующих условий для этого не было. Но к возвращению в столицу ученый основательно подготовился. В Одессе он закончил работу над магистерской диссертацией, готовился к магистерским экзаменам. В мае 1856 года Менделеев вернулся в Петербург. К этому времени его уже включили в список молодых ученых, которых должны были направить в научную командировку в Европу.
Успех пришел быстро. В начале осени Менделеев защитил диссертацию на тему "Удельные объемы". Это была большая работа, затрагивающая широкий круг научных проблем. Через полтора месяца он защитил еще одну диссертацию на право чтения лекций. Материалом для нее стала вторая часть работы "Удельные объемы", посвященная строению и удельным объемам кремнистых соединений. Уже в начале 1857 годаМенделеев получил звание приват-доцента Петербургского университета, а весной приступил к чтению лекций. Несмотря на научные работы и преподавание, Менделеев находил время для популяризации естественно-научных знаний. Так, журнал Министерства народного просвещения зимой и в начале весны 1857 года опубликовал подготовленную им серию рефератов по разным предметам: физике, химии, биологии, географии и др. Молодой ученый интересовался и прикладными проблемами: опубликовал статью, в которой предлагал способы производства сушеного яичного белка, практическое применение жидкого стекла, занимался металлургическими процессами.
Первая попытка Менделеева устроить свою личную жизнь закончилась неудачей. Приехав в Петербург, Дмитрий Иванович стал часто бывать в доме Марка Ефимовича Каша. С ним и его семьей Менделеевы были дружны еще в Тобольске, где Каш в свое время работал управляющим аптекой. Осенью 1856 года было объявлено о помолвке нашего героя и Софьи Каш. Летом следующего года Менделеев гостил на даче у родителей своей невесты. Но в августе Софья неожиданно и по непонятным причинам дала жениху отставку. Позже она писала, что, только недавно переехав в Петербург, побоялась оставить семью и начать совсем новую жизнь на новом месте. Разрыв с Софьей Менделеев перенес очень тяжело.
За границей
В январе 1859 года Совет Петербургского университета принял решение, согласно которому Менделеев мог отправиться в заграничную командировку. К этому моменту Дмитрий Иванович уже не только читал лекции в университете, но и вел занятия в Кадетском корпусе и Михайловской артиллерийской академии. В долгожданную командировку он смог поехать только в апреле, после окончания занятий в этих заведениях.
Менделеев не имел четких предписаний относительно маршрута. Он мог остановить свой выбор практически на любом научном центре Европы. Месяц Дмитрий Иванович провел в поиске. За это время он посетил Варшаву, Краков, где побывал на соляных рудниках, Дрезден, Лейпциг, Франкфурт-на-Майне. В конце концов Менделеев решил остановиться в Гейдельберге, где в то время работали многие известные химики. Покидая Россию, Менделеев не знал, где будет работать, но четко представлял, чем именно станет заниматься. Еще в Петербурге ученый подготовил собственную программу исследований. Надо сказать, что научные планы нашего героя были грандиозны. Менделеев замахнулся на фундаментальное открытие. Основной задачей своей работы он видел нахождение связей между физическими и химическими свойствами веществ и установление закономерностей этих связей. Многообещающим направлением исследований в этой области казалось изучение сил сцепления частиц вещества. Эти силы Менделеев собирался определять, измеряя поверхностное натяжение жидкостей. Для этого он хотел исследовать капиллярные явления при различных температурах. Также ученый планировал изучать зависимость плотности различных жидкостей от температуры. Но лаборатория знаменитого химика Бунзена, в которой Менделеев первоначально собирался работать, не располагала соответствующим оборудованием. Тогда Дмитрий Иванович решил создать свою лабораторию. Два месяца он потратил на закупку необходимого оборудования. Для этого пришлось побывать в Бонне и Париже. Он решил создать лабораторию прямо в своей квартире. К первым измерениям ученый приступил в начале августа 1859 года.
Сразу нужно сказать, что своей главной цели - большого теоретического обобщения, Менделеев не достиг. Но в процессе работы он получил целый ряд ценных результатов и даже сделал свое первое крупное открытие. Изучая зависимость поверхностного натяжения от температуры, ученый предположил, что для каждой жидкости существует температура, при которой поверхностное натяжение исчезает. Весной 1860 года Менделеев подтвердил свое предположение экспериментально. Нагревая в запаянной емкости хлорид кремния, он установил, что при достижении определенной температуры жидкость переходит в определенное состояние, в наше время именуемое "критическим". Критическое состояние - равновесное состояние двух фаз, при котором свойства фаз становятся тождественными. В 1861 году в работе "О расширении жидкостей от нагревания выше температуры кипения" он дал определение своему термину "абсолютная температура кипения". В современной науке вместо этого понятия, введенного Менделеевым, используется термин "критическая температура", который в своих работах использовал химик Эндрюс. Но приоритет самого открытия, безусловно, принадлежит Менделееву.
Большую роль в развитии химии и в становлении Менделеева-ученого сыграл Международный химический конгресс, который прошел 3–5 сентября в Карлсруэ. Кроме Менделеева, Россию на конгрессе представляли такие известные ученые, как Зинин, Бородин и др. Дмитрий Иванович был не просто рядовым участником конгресса, но входил в его комитет. На конгрессе был принят целый ряд важных нововведений. В частности была признана неоспоримой молекулярная теория, определены понятия "молекула" и "атом", принята единая и правильная система атомных весов. Последнее нововведение впоследствии сыграло важную роль в открытии Менделеевым периодического закона.
Далеко не все время ученый отдавал научной работе. За границей он немало путешествовал. Одним из увлечений Менделеева была живопись. Еще по дороге в Гейдельберг он побывал в Дрездене, где посетил знаменитую картинную галерею и приобрел фотографии и репродукции картин. В конце лета 1859 года он вместе с Иваном Михайловичем Сеченовым побывал в Швейцарии. Два великих ученых поддерживали дружеские отношения на протяжении всей жизни. Новый, 1860 год Менделеев встретил в Париже в компании Сеченова и Бородина. 2 января русские ученые присутствовали на заседании Парижской академии наук. Вниманию Академии была представлена работа Менделеева "О молекулярном сцеплении некоторых органических жидкостей". В Париже Менделеев также покупал репродукции. В 1860 году Дмитрий Иванович совершил еще несколько познавательно-развлекательных поездок: отдыхал во Франкфурте-на-Майне, затем в Висбадене, несколько дней провел в Гамбурге, совершил два путешествие по Италии.
Жизнь и работа за границей более чем устраивали Менделеева. Немаловажным было и отсутствие преподавательской нагрузки: времени вполне хватало и на исследования, и на отдых. В конце 1860 года Дмитрий Иванович отправил на родину прошение о продлении срока командировки. Но оно было встречено отказом. Виноват в этом, по всей видимости, оказался сам Менделеев. Его исследования далеко выходили за рамки чистой химии, а от молодого ученого ожидали конкретных достижений именно в этой области. Даже академик Воскресенский писал ученику, что, помимо исследований капиллярных явлений, не мешало бы выполнить какую-то сугубо химическую работу. Но Менделеев продолжал свою линию исследований и не внял совету учителя. В результате в начале 1861 года упрямец должен был покинуть Гейдельберг и вернуться на родину.
Опять в Петербурге
Остаться за границей Менделееву не разрешили, но и вернувшись на родину, он оказался не у дел. Преподавательская нагрузка была распределена в начале учебного года, и никаких вакансий не было. А сбережениями, на которые можно было бы вести безбедное существования, Менделеев не располагал. Нужно было искать возможность заработать. И ученый занялся литературной деятельностью. Вскоре после приезда в Петербург он получил от издательства "Общественная польза" заказ на учебник органической химии. Книга была написана буквально за несколько недель, а уже в июне 1861 года учебник был подготовлен к печати. Весной следующего года Менделеев получил за "Органическую химию" Демидовскую премию - наиболее почетную научную награду в России. С 1861 года издательство "Общественная польза" занималось переводом с немецкого и публикацией обширной технологической энциклопедии издания Вагнера. Менделеев принимал активное участие и в этой работе. При этом он не только переводил оригинальный текст, но и вносил свои дополнения и даже целые разделы. Обязанности редактора "Технологической энциклопедии" Менделеев исполнял до 1869 года. За это время под его руководством было издано 9 выпусков энциклопедии, которые довольно сильно отличались от немецкого первоисточника.
К началу 1861/62 учебного года Менделеев получил и преподавательскую нагрузку. Но, поскольку большого количества часов ему нигде не дали, пришлось работать сразу в нескольких учебных заведениях. В течение нескольких последующих лет Менделеев преподавал во 2-м Кадетском корпусе, в Николаевском инженерном училище, в Институте корпуса инженеров путей сообщения, в Петербургском академическом университете, в Технологическом институте. Кроме различных разделов химии ему приходилось преподавать и другие дисциплины: физику, физическую географию.
Попытки внести что-то новое в систему образования, предпринятые еще в Одессе, отнюдь не оказались юношеским порывом преподавателя-дебютанта. Занимаясь педагогической деятельностью, Менделеев предлагал немало прогрессивных изменений. Так, по его инициативе была проведена реорганизация физико-математического факультета Петербургского университета: предметы разделили на общие и специальные. Благодаря этим нововведениям у студентов появилось больше возможностей начать научную деятельность по выбранной ими специальности.
Менделеев не ограничивался педагогической работой и принимал активное участие в общественной жизни учебных заведений. Особенно ярко он проявил себя во время студенческих волнений 1861 года. В сентябре 1861 года Министерство народного просвещения обнародовало реакционный циркуляр, который ограничивал права студентов. Это вызвало студенческие волнения, в результате которых в конце сентября занятия в Петербургском университете были прекращены. Столкновения студентов с жандармами и многочисленные аресты возмутили многих преподавателей. Менделеев вместе с целым рядом своих коллег 12 октября подал прошение об отставке, которое, к счастью, было отклонено ректором университета. 23 ноября преподаватели университета подали прошение о помиловании арестованных студентов. Под прошением стояла и подпись Менделеева. 20 декабря было принято решение об официальном закрытии университета. Преподаватели университета приняли решение о продолжении занятий в виде публичных лекций. Первые лекции прошли 5 февраля в здании Государственной думы. Их читали Менделеев, Сеченов и Соколов .
Но вскоре лекции были прекращены. 2 марта 1862 года историк Платон Васильевич Павлов в своей лекции, посвященной 1000-летию России, коснулся современного положения страны и призвал интеллигенцию к сближению с народом. Учитывая обстановку, не удивительно, что власти нашли лекцию Павлова крамольной. Он был арестован. Ученые бурно отреагировали на арест своего коллеги. 6 марта собрание профессоров и студенческих депутатов заявило коллективный протест, а через два дня публичные лекции были запрещены.
Весной 1862 года в личной жизни Менделеева произошли перемены. Он женился. Его супругой стала Феозва Никитична Лещевая, приемная дочь Петра Павловича Ершова, с которой он был знаком еще в Тобольске. Будущих супругов давно объединяли дружеские отношения. Они состояли в переписке, а после приезда Феозвы в Петербург много общались. Менделеев долго не мог решиться на женитьбу. Вот цитата из его дневника: "Писать больше и не могу и некогда, и мысли так врозь идут, и тяжко, и свободно - все так мешается - не разберешь, право. Надумал наконец, долго раздумье брало, 10-го [апреля] поговорил с Физой, а 14-го был женихом. Страшно и за себя, и за нее. Что это за человек я, право? Курьезный, да и только. Нерешительность, сомнения, любовь, страх и жажда свободы и деятельности уживаются во мне каким-то курьезным образом. Где всему этому решение - не знаю".
После венчания (29 апреля) молодожены отправились в заграничное путешествие. Они посетили Германию, Голландию, Англию, Швейцарию, Италию, в Лондоне побывали на Всемирной выставке. Путешествие длилось до начала августа. Вскоре после возвращения Менделеев получил печальное известие. Умер его старший брат. Супруги послали вдове письмо, в котором предлагали оказать помощь в воспитании детей. В конце года к их семье присоединился племянник Яков.
В марте 1863 года у Менделеевых появилась дочь. Но через полгода девочка умерла. Феозва Никитична родила еще двоих детей: сына Владимира (1865 год) и дочь Ольгу (1868 год). В конце 70-х годов сомнения, которые испытывал Менделеев в отношении своего брака, начали оправдываться. Несходство характеров супругов и разница в возрасте (Дмитрий Иванович был на 6 лет младше своей супруги) привели к тому, что их взаимные чувства охладели. Они развелись, но до конца своих дней поддерживали дружеские отношения, состояли в переписке. Менделеев заботился о бывшей жене. При разводе Дмитрий Иванович взял на себя воспитание сына, а дочь осталась с матерью.
Но вернемся к работе Менделеева. В 1863 году он вплотную приступил к своей "третьей службе". Дмитрий Иванович и до этого интересовался промышленностью и технологическими процессами, но теперь этот интерес стал востребованным. Нефтепромышленник В. А. Кокорев предложил ученому осмотреть его химические заводы вблизи Баку и дать советы по оптимизации их работы. В конце лета Менделеев взял отпуск и отправился в путь. В ходе поездки он вполне оправдал ожидания заказчика и дал несколько ценных рекомендаций. Ученый понимал важность нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности и ратовал за их развитие. Но его идеи несколько опережали возможности и потребности времени. Так, он предлагал начать строительство нефтеперерабатывающего завода в Нижнем Новгороде и использовать нефтяное месторождение полуострова Челекен.