Степан Калмыков: Менделеев открыл закон фантастической предсказательной силы

Гости
Степан Калмыков
декан Химического факультета МГУ

Ольга Орлова: 18 марта 1869 года на заседании Русского химического общества Дмитрий Иванович Менделеев сообщил об открытии периодического закона химических элементов. Свойства элементов, а потому и свойства образуемых ими простых и сложных тел стоят в периодической зависимости от их атомного веса. Это открытие стало одним из фундаментальных законов, которые легли в основу изучения окружающего мира. В память об этом событии 2019 год назван ООН годом периодической таблицы химических элементов. О химии в истории и современности будем говорить по гамбургскому счету с деканом химического факультета МГУ имени Ломоносова Степаном Калмыковым.

Здравствуйте, Степан Николаевич. Спасибо, что пришли к нам в программу.

Голос за кадром: Степан Калмыков. Родился в 1974 году в Москве. В 1996 году окончил химический факультет МГУ имени Ломоносова. С 1998 года работает на родном факультете. В 2000 году получил степень кандидата химических наук, в 2008-ом – степень доктора химических наук. В 2010 году был избран заведующим кафедрой радиохимии. С февраля 2018 года исполняет обязанности декана химического факультета МГУ имени Ломоносова. Автор более 150 научных работ, в том числе 3 монографий и 12 патентов.

Ольга Орлова: Степан Николаевич, не так давно в Париже под эгидой ЮНЕСКО состоялось открытие года периодической таблицы химических элементов. Вы были в составе делегации из России. Поделитесь своими впечатлениями.

Степан Калмыков: Инициатива по тому, чтобы именовать этот 2019 год годом периодической системы, принадлежала фактически России. Поэтому в значительной степени то, что происходило в Париже, сама процедура открытия, сама выставка, ее организация легла на плечи российских научных и образовательных учреждений. Действительно, это был один очень насыщенный день. Это была прекрасная выставка, с одной стороны. С другой стороны, это прекрасное шоу и лекции ведущих ученых, ведущих профессоров из разных стран мира по самым разным аспектам современной химической науки. И, что очень отрадно, и в этом есть действительно некий прорыв – все те докладчики из самых разных стран (далеко не только из России) показывали портреты Менделеева, говорили о его роли, показывали его цитаты. И сомнений в том, что именно Менделеев, именно его открытие является основным, приоритетным и общепризнанным, совершенно не возникало во время этой процедуры.

Ольга Орлова: А какие наиболее яркие выступления?

Степан Калмыков: Нельзя не отметить, во-первых, выступление Юрия Цолаковича Оганесяна, который является руководителем Флеровской лаборатории Института ядерных исследований в Дубне, который поистине является мировым лидером. Если мы посмотрим то, как открывались химические элементы, и все последние открытия были сделаны в очень большой степени, хоть это и международная коллаборация, именно в Объединенном институте ядерных исследований в Дубне. И доклад Юрия Цолаковича Оганесяна про то, как открываются эти элементы, про физику и химию, стоящую за этими исследованиями, за этим направлением – это, конечно, было очень интересно. Мне очень запомнился доклад Мартина Полякоффа, который является британским подданным, но очень с большой симпатией всегда относится к России, очень часто к нам ездит. Это Университет Ноттингема. У него очень много различных видеосюжетов про химию различных элементов. Это сотни различных роликов на очень высоком профессиональном уровне. И он тоже делал соответствующую презентацию – очень яркую, с большим количеством видеофильмов, видеоматериалов.

Ольга Орлова: Химия – это все-таки одна из самых зрелищных наук. И особенно с точки зрения привлечения внимания и интереса детей. Вы вообще разницу видите интереса школьников в России и в других странах? Вы как-то ощущаете, насколько современные дети вообще подвержены таким, казалось бы, естественным рефлексам, когда ты видишь, что что-то взрывается, это же классно?

Степан Калмыков: Естественно. Химию можно преподать так, что это будет очень захватывающе для ребенка. Если у ребенка в маленьком возрасте где-то в мозгу отпечаталась эта красота, интерес, волшебство, необычные эффекты и так далее, у него потом, естественно, в течение жизни, когда он будет выбирать свою профессию, это каким-то образом может щелкнуть в голове, и отношение к химии будет соответствующим.

И действительно химия связана с большим количеством очень красивых интересных экспериментов, которые в значительной степени можно делать в условиях детской аудитории, которые не представляют собой опасности, токсичности, взрывоопасности, пожароопасности. Действительно, такие эксперименты есть. Скажем, на химическом факультете у нас очень много проходит школьников самого разного возраста, это различные программы и правительства Москвы, и федеральные программы. Академический класс. Когда это не просто лекции ведущих профессоров, преподавателей, научных сотрудников Химфака, которые рассказывают про современные аспекты химии, но и демонстрации. То есть демонстрации, которые интересны школьникам, с одной стороны, которые могут их заинтересовать, а, с другой стороны, это демонстрации, которые очень полезны школьным учителям. Ведь по тому, что школьник пришел и потом он в течение года не попадет уже в атмосферу химического эксперимента.

А очень важно школьным учителям показывать, какие простые вещи, простые эксперименты можно сделать в условиях школьного маленького химического класса, маленькой лаборатории и так далее, которые были бы, с одной стороны, наглядные и демонстрировали бы какие-то важные законы химии, физики, естественных наук, а, с другой стороны, могли бы действительно осуществлены в весьма ограниченных условиях школьных лабораторий.

Ольга Орлова: Степан Николаевич, давайте вернемся к Менделееву. В свое время, когда Дмитрий Иванович публиковал свой фундаментальный труд о периодическом законе элементов. Он делал на русском языке, сначала выступая в Русском химическом обществе. Но когда он публиковал свою работу и сообщал своим коллегам во всем мире, его публикация была в немецком научном журнале на немецком языке. А когда в периодической таблице уже спустя 100 лет появился так называемый менделевий, химический элемент, в его честь названный, это было сделано учеными в Америке и публикация была уже на английском. То есть изменился не только международный язык науки, но, конечно, колоссально изменилась сама наука.

Скажите, пожалуйста, если бы вы чудесным образом могли поговорить с Дмитрием Ивановичем Менделеевым, что бы вы ему рассказали, что произошло с тех пор с химией за столько лет? Что самого важного ему нужно было бы узнать?

Степан Калмыков: Прежде всего то, что можно было бы сказать Менделееву, но он абсолютно точно этому бы не удивился, о том, что таблица с тех пор, когда он открыл этот закон…

Ольга Орлова: Она выглядит вообще иначе.

Степан Калмыков: Не иначе, а дополнена огромным количеством новых элементов. Чему бы он не удивился? В чем отличие того, что открыл Менделеев, от всех его предшественников? Дело в том, что огромное количество попыток еще с XVII-XVIII века происходили, чтобы систематизировать те химические элементы, которые на тот момент были известны. И в той или иной степени тот же Майер, у него достаточно неплохая классификация этих элементов. Но в чем преимущество и в чем важный фундаментальный аспект именно менделеевского закона и его таблицы? В том, что она имеет огромную предсказательную способность. Он предсказал пустые ячейки на тот момент элементов – германия, галлия, очень многих. Мы в Париже видели таблицу Менделеева 1885 года, изданную немцами, где в шапке написана фамилия Менделеева. Вот смотрите, там пустые ячейки с прочерками, но уже с массами. То есть элемент еще не был известен, но исходя из этой периодичности, исходя из того, какими химическими свойствами обладают соседи по таблице, Менделеев предсказал. И на основе всех его открытий предсказал, что здесь должен быть элемент. И, действительно, проходят годы – и эти пустые ячейки заполняются. То есть это не просто таблица периодическая, которая систематизировала известные к тому моменту химические элементы, а это таблица, которая позволяла предсказывать то, что некоторые ячейки пока являются пустые и будут заполняться.

Действительно, уже в 1885 году мы видим, что количество элементов там сильно больше по сравнению с той рисованной изначальной таблицей. И мы прекрасно видим, как все больше и больше химических элементов… И скорость открытия этих элементов фантастическая. И она связана в значительной степени с ядерной физикой, ядерной химией и достижениями, которые связаны с открытием радиоактивности, ядерных реакций и так далее. Поэтому его бы это не удивило.

Ольга Орлова: А что бы его как раз удивило? Что появилось в химии за это время такого нового, поразительного, чего бы он не ожидал?

Степан Калмыков: То, что связано именно с периодической таблицей, именно его законом – это уникальная химия единичных атомов. Это то, что развивается в Дубне, то, что развивается в очень многих других ядерных центрах, которые занимаются исследованиями, связанными с получением новых сверхтяжелых элементах. То есть когда речь идет не о традиционных экспериментах, где мы можем померить объем и видеть это глазами, а речь идет о единичных событиях. И удивительно то, что мы можем делать химические эксперименты с единичными атомами, регистрировать единичные события. Это совершенно другая химия, совершенно другая метрология, совершенно другая статистика. Это кардинально отличало от любых химических экспериментов не только конца XIX, но и первой половины XX века.

Ольга Орлова: А в чем фундаментальное значение этого закона?

Степан Калмыков: Это то, что это абсолютно универсальный вселенский закон. Вот эти элементы, их химические свойства, их соотношение – они характерны как на Земле, так и в самых отдаленных галактиках. Это абсолютно вселенский закон. Никаких других комбинаций в ядре нейтронов и протонов, кроме тех, которые уже существуют, известны или могут быть предсказаны, новых элементов быть не может, кроме сверхтяжелых, которые можно постепенно открывать, идя к острову стабильности и так далее. Этот закон имеет вселенский характер, далеко выходящий за рамки нашей планеты.

Ольга Орлова: В этой студии сидел вице-президент Российской академии наук Алексей Ремович Хохлов. И он высказал такую мысль, что периодическая таблица химических элементов – это самый выдающийся вклад российской науки в мировую науку. Я вам сразу скажу, что многие физики довольно болезненно отреагировали и готовы были спорить. Вы согласны с мнением Алексея?

Степан Калмыков: Я в значительной степени согласен с этим мнением. Это не значит, что мы больше ничего не сделали и физики ничего не сделали, и другие химики ничего не сделали, но по масштабам, по влиянию и по глобальности этого открытия, действительно, соизмеримых я, пожалуй, вещей не назову, которые бы российские либо советские ученые открыли бы.

Ольга Орлова: Поскольку все внимательно следят за теми новыми химическими элементами и за экспериментами в Дубне в лаборатории Юрия Цолаковича Оганесяна, и вот он делал фактически главный доклад на этом открытии, как вы считаете, шансы того, что получат наши ученые, может быть, вместе с коллаборацией с другими своими коллегами американскими, шансы на то, что они получат нобелевскую премию по химии, возрастают?

Степан Калмыков: Этого бы очень хотелось.

Ольга Орлова: Просто этого ждут много лет.

Степан Калмыков: Понятно, что все, что связано с нобелевскими премиями, выдвижением, принятием решения – это достаточно закрытая вещь, она окутана некой не тайной, но мы только можем догадываться, как примерно это происходит. И мы сейчас можем знать только то, каким образом выдвигали того же Дмитрия Ивановича Менделеева на нобелевскую премию.

Ольга Орлова: Но мы сейчас знаем, что его никогда не номинировали российские коллеги. После того, как был раскрыт архив нобелевского комитета, когда стало известно, кто кого сколько раз номинировал, стало известно, что россияне никогда его не выдвигали. Его выдвигали только его коллеги в Европе.

Степан Калмыков: Сейчас достаточно известные вещи. И можно почитать и воспоминания о Менделееве. Это был весьма непростой человек с точки зрения контактов с коллегами. Например, очень хорошо известен его конфликт с Бутлеровым, абсолютно великим химиком. Менделеев читал в Санкт-Петербургском университете курс неорганической химии, а на следующий год они приходили к Бутлерову, который читал курс органической химии. Менделеев полностью отрицал то, что в дальнейшем на следующий год студенты слушали Бутлерова. Причин раздора было очень много. Это как и чисто химические, так и то, что Менделеев очень критически относился к увлечению Бутлерова различной магией, спиритизмом и прочими вещами. И у них был открытый конфликт. Бутлеров был академиком. Кстати, помимо нобелевской премии, Менделеев не был академиком, он был членом-корреспондентом. Хотя дважды безуспешно в академики Санкт-Петербургской императорской Академии наук. У него был действительно достаточно сложный характер. Это был человек непростой в общении. Это то, что из наших воспоминаний о нем мы узнаем.

У него был конфликт с министром просвещения. В связи с тем, что петицию, которую студенты написали в связи с ужесточением порядков в университетах, министр отказался у Менделеева принять, которую он должен был ему вручить и так далее. И это послужило неким протестом Менделеева, который покинул Санкт-Петербургский университет, и последние годы он не служил в университете. Поэтому это был с точки зрения общения достаточно непростой человек с очень непростым характером. Он конфликтовал с очень многими, в том числе и с большими великими химиками. Поэтому к нему у многих современников было достаточно критическое отношение как к личности. Другое дело, что большое видится на расстоянии. И теперь мы понимаем масштабы его свершений, далеко выходящих за рамки только периодического закона, периодической системы. Известны его работы, прекрасно связанные с реологией, связанные с поверхностным натяжением жидкости, его диссертация, посвященная исследованию смеси воды и спирта. Естественно, никакую водку он не изобретал. Это полная глупость. Она была известна до этого. Но он исследовал плотности этих смесей, в том числе так или иначе это оказалось связанным с водкой.

Затем это газовые законы, закон идеального газа. Это в школе проходят – закон Клапейрона-Менделеева. Если Клапейрон примерно за 100 лет – это лишь частный случай этого газового закона, то Менделеев сформулировал его уже в той форме, в которой он сейчас известен из школьной программы. Это огромные труды, связанные с экономикой, с переработкой нефти, с промышленной химией, с порохами, с демографией и так далее. То есть по широте, понимаете, это удивительно… Даже просто взять и почитать в википедию статью про него – ты видишь, насколько человек был разносторонне развитым. И не просто он как-то урывками из разных областей интересовался и занимался этими областями. Вот эти все знания из самых разных областей у него в голове были сформированы в единое какое-то понимание мироустройства. Это не хаотичный какой-то набор интересных фактов, а это именно абсолютное глубокое мироустройство. И Менделеев, наверное, был одним из таких последних в широком смысле слова естествоиспытателей, которые хорошо отметились не только в одной сфере, которые можно отметить в физике, в химии, в социальных науках, в экономике и так далее. Но то же воздухоплавание. Известен его полет на шаре. Это было связано в том числе, помимо того, что он хотел солнечное затмение… Но не получилось. Была облачная погода. Он не смог преодолеть облачный покров. Но это было связано с его исследованием газов. Это было связано с получением водорода электролитическим способом. И так далее.

То есть, понимаете, когда ты смотришь и читаешь это все, воспоминания о нем и его жизни, ты видишь, что в мозгу этого человека это все абсолютно гармонично связано в единое какое-то понимание мироздания и огромный интерес к тому, что происходит вокруг.

Ольга Орлова: Степан Николаевич, а, действительно, вы отметили, что когда читаешь его биографию, видишь, что поражает. Что переход от фундаментальных задач, которые действительно связаны с вообще пониманием устройства мира, с прикладным задачам, вот этот переход какой-то такой быстрый, органичный и довольно короткий. Может быть, это связано с тем уровнем, на котором тогда наука находилась. Сейчас в современной химии переход от фундаментальных задач к прикладным – насколько он быстрый, простой, или это достаточно далекие области?

Степан Калмыков: Это бывает очень по-разному. Это зависит от того, с какими конкретно прикладными вещами мы имеем дело. Например, фундаментальные свойства различных органических соединений, которые потенциально могут стать медицинскими препаратами. Понятно, что мы имеем дело с тем, что препараты воздействуют на человека. Все, что связано с воздействием на человека – это очень длительные юридические процедуры, различного рода тесты, исследования и так далее. Но по статистике от фундаментальной идеи, которую мы можем осуществить на уровне лабораторного синтеза той или иной молекулы, которая может обладать какой-то физиологической активностью, какими-то биологически активными свойствами, до препарата, доходит время от 10 до 15 лет, связанные с огромным, длительным циклом исследований, регистраций, доказательств отсутствия побочных эффектов и так далее.

Причем, даже когда мы уже переходим к финальной стадии, к клиническим исследованиям на людях, только 10% этих потенциально дошедших препаратов доходят до стадии… Поэтому это все по-разному. В других сферах есть быстрее.

Я всегда студентам привожу такой пример. Фундаментальные открытия в области ядерной химии, ядерной физики, связанные с индуцированным делением ядер под действием нейтронов, то есть то, что лежит в основе ядерной энергетики, функционирования ядерного оружия – цепная реакция. От момента фундаментального открытия этого явления (нейтронно-индуцированного деления ядер) до момента первого реактора, который Энрико Ферми собрал в Чикаго, прошло около 3 лет. То есть представляете эти скорости? Понятно, что они очень сильно катализировались возможностью военного использования. Но это фантастика. Фундаментальное открытие, через 3 года – действующий реактор, который использует это фундаментальное открытие.

К сожалению, сейчас скорости другие. Я думаю, любой ученый со мной согласится. Иногда деятельность любого ученого (химика, физика, биолога) связана с огромным количеством бюрократических процедур. Мы то же самое говорим – возможно ли было полететь в космос сейчас с такой скоростью, с какой это тогда было, когда Юрий Алексеевич Гагарин летел? Сейчас бы это значительно во времени было растянуто, потому что количество согласований у нас возросло бы до абсолютно космических масштабов. Поэтому скорость в среднем, к сожалению, меньше, чем то, что мы наблюдали даже в середине XX века.

Ольга Орлова: Степан Николаевич, и мой последний вопрос, возвращаясь к диалогу с Менделеевым. Что бы вы ему как университетский профессор университетскому профессору сказали про современных студентов?

Степан Калмыков: Если говорить о студентах, то в целом они стали намного, мне кажется, может, ошибаюсь, более практически ориентированные. Очень много студентов, которые приходят и сразу говорят: «А кем я стану? Сколько я буду зарабатывать? Чем я буду заниматься?»

Ольга Орлова: На первом курсе?

Степан Калмыков: И на первом курсе в том числе. И в принципе это нормально. Потому что, естественно, человеку, особенно закончившему большой фундаментальный вуз, который учился в течение 6 лет, и учился тяжело, естественно, ему хочется знать то, как он дальше будет эти знания использовать, и как в плане уровня жизни, то есть получения неких материальных благ в виде зарплаты, в виде каких-то социальных пакетов или социальных лифтов, так и в виде качества жизни, то есть то, в каком сообществе он будет общаться, как он будет путешествовать, скажем, на различные конференции, международные мероприятия, то, как он будет востребован и вовлечен в современную науку, в современную жизнь и так далее. Поэтому мне кажется, что студенты сейчас в значительной степени стали практичные. Они действительно выбирают то, что будет перспективно после того, как они закончат. И что еще очень важно, на мой взгляд, я бы хотел отметить – что несмотря на то, что в целом, к сожалению, общий уровень выпускников школ падает по самому большому ряду причин.

По химии это связано, например, с закрытием в большинстве школ химических кабинетов. Связано с нарушением инфраструктуры, связанной с поддержанием контактов с учителями в региональных школах. Важнейшая задача. Мы очень много над этим работаем. Это летние школы для учителей химии, это съезды, это различная методическая поддержка. Этого все равно не хватает. Общий уровень, к сожалению, падает. Но на фоне общего падения уровня у нас есть за последние 15-20 лет, которые я наблюдаю, у нас всегда есть среди тех ребят, которые поступают, одна и та же доля очень ярких людей. Одна и та же. Она практически, этот процент…

Ольга Орлова: То есть она не меняется с годами?

Степан Калмыков: Она практически не меняется, несмотря даже на эти 1990-е годы, до модернизации страны, когда профессия химика, физика, инженера были совершенно не востребованы. Сейчас мы видим наоборот: конкурсы на очень многие профессии, по которым люди очень хорошо устраиваются. К радости, это все очень сильно поменялось. Даже несмотря на эти длительные годы этой демодернизации, у нас этот процент очень ярких ребят, которые приходят, причем, не из крупных городов очень часто, а из небольших провинциальных школ, где есть учитель, который способен их зажечь, способен им не просто дать какие-то формальные знания, которые нужны для сдачи ЕГЭ, а в них какой-то огонек зажечь, чтобы они дальше уже сами начинали читать что-то, чем-то интересоваться, смотреть какие-то онлайн-курсы, лекции и так далее. Вот процент этих светлых ребят примерно один и тот же от года в год. Это, конечно, очень отрадно и удивительно в какой-то степени.

Ольга Орлова: То есть есть такое понятие, как прирожденный химик?

Степан Калмыков: Абсолютно есть.

Ольга Орлова: Вы выделяете?

Степан Калмыков: Да, конечно.

Ольга Орлова: Спасибо большое.

Степан Калмыков: Спасибо.

Ольга Орлова: У нас в программе был декан химического факультета Московского государственного университета имени Ломоносова Степан Калмыков.


Подписаться на ОТР в Яндекс Дзене

В гостях у Ольги Орловой - декан Химического факультета МГУ Степан Калмыков

Комментарии

  • Все выпуски
  • Яркие фрагменты