К этим опытам Бутлеров приступил в химической лаборатории Академии наук, после оставления им университета.

По существовавшему тогда положению о профессуре, в 1880 году Александр Михайлович мог окончить чтение лекций и выйти в отставку с так называемой «полной пенсией».

Не только стремление всецело отдаться решению важнейших задач, поставленных им перед собой, побуждало его выйти в отставку. Он начинал чаще и чаще чувствовать на лекциях усталость в ногах, ему иногда хотелось сесть, помолчать.

Перед началом учебного года, осенью 1879 года, Бутлеров заявил, что этот учебный год будет последним годом его пребывания в университете.

Сверх обычного курса лекций в этом году Бутлеров прочел специальный курс по «Истории развития химии в последние сорок лет». Лекции были стенографированы студентами и затем изданы литографией Курочкина.

На титульном листе этой редкостной теперь книги помещено в качестве эпиграфа изречение Бекона, которое Бутлеров любил напоминать:

«Истина есть дочь времени, а не авторитета».

В начале книги Бутлеров говорит о задачах своего исторического очерка развития химии за последние 40 лет, развития, которое было пережито им самим.

«Очерк этот должен показать, как складывались те понятия, которые господствуют ныне в химии, что, в свою очередь, даст возможность верно оценить их».

С обычной скромностью он упоминает о своем участии в развитии химической науки за эти годы и кончает свой курс изложением тех вопросов науки., которые, по его убеждению, «составляют вопросы дня» и «могут многое сделать для движения науки», К этим вопросам Бутлеров относил: «приложение к химическим явлениям динамических воззрений и выводов теории теплоты; изучение свойств элементов в связи с периодической системой Менделеева; дальнейшее изучение свойств вещества в трубках Крукса и явления растворения твердых тел в газах».

«Если отбросить последний вопрос, как частный, случайно обративший на себя внимание А. М., то должно признать, — говорит известный русский химик А. И. Горбов, — что перечисленные им темы были с тех пор предметом работ необыкновенно многочисленных ученых. Мы явились свидетелями приложения к химии термодинамических идей многочисленных работ по определениям атомных весов элементов, по изучению редких земель, работ, увенчавшихся открытием Беккерелем радиоактивности, а четою Кюри полония и радия; наконец, в работах с трубками Крукса достаточно напомнить имена Дж. Томсона и Рентгена со всей плеядой их последователей и с тем глубоким переворотом во взглядах на строение материи, который нами переживается, чтобы понять, что в лице А. М. мы потеряли ученого, который обладал почти исключительной способностью видеть «тень грядущих событий».

Что Бутлеров принадлежал именно к этим «избранным единицам человечества», свидетельствует Прежде всего его работа об атомных весах, Предсказавшая существование «изотопов», то-есть таких химических элементов, которые при различных атомных весах обладают совершенно тождественными химическими свойствами и потому должны быть отнесены к одному и тому же месту в периодической системе.

Ближайшим поводом к постановке как самого вопроса, так и необычайно сложных и тонких опытов для его разрешения была так называемая «гипотеза Праута».

Когда были составлены первые таблицы атомных весов, английский врач Вильям Праут (1785–1850) обратил внимание на то, что числа, выражающие атомные веса, отнесенные к водороду, вес атома которого был принят за единицу, являются целыми числами, и высказал в 1815 году, исходя из этого наблюдения, предположение о том, что атомы элементов состоят из мельчайших частичек первичной материи и что такой материей является водород. Из этой гипотезы следовало, что, например, атом кислорода, вес которого в шестнадцать раз больше водородного атома, образуется путем какого-то своеобразного сгущения атомов водорода.

Гипотеза Праута произвела в свое время большое впечатление. С одной стороны, она вызвала ряд ценных работ по определению атомных весов, а с другой — возродила идею о единстве вещества, лежавшую еще в основе учения греческих философов-материалистов.

Опытные исследования атомных весов, произведенные Берцелиусом, Дюма, Стасом и многими другими учеными, не подтвердили гипотезу Праута. Однако они и не опровергли ее настолько, чтобы идея о единстве материи, о происхождении всех элементов из некоторой первоматерии, хотя бы и не из водорода, не нашла своих сторонников.

Сейчас строение атома уже не составляет тайны для нас. Современная физика вынуждена вернуться к гипотезе Праута, хотя и несколько видоизмененной: мы теперь знаем, что ядра всех атомов состоят из ядер водорода, называемых протонами, признаваемых за одну из основных первичных составных частей вещества наряду с электронами.

Первым шагом на пути к раскрытию тайны строения атома явилось как раз открытие изотопов, существование которых предвидел Бутлеров.

«Трудно допустить, чтобы гипотеза Праута была лишена всякого реального основания», — писал Бутлеров в своей «Заметке об атомных весах», появившейся в «Журнале Русского физико-химического общества» за 1882 год, представленной одновременно и Парижскому химическому обществу. Привлекая внимание научной общественности к гипотезе Праута в то время, когда несостоятельность ее, казалось, была бесспорно установленной, великий русский натуралист писал:

«Я ставлю вопрос: не будет ли гипотеза Праута, при некоторых условиях, вполне истинной? Поставить такой вопрос — значит решиться отрицать абсолютное постоянство атомных весов, и я думаю действительно, что нет причины принимать такое постоянство a priori — атомный вес будет для химика главным образом не чем другим, как выражением того весового количества материи, которое является носителем известного количества химической энергии. Но мы хорошо знаем, что при других видах энергии ее количество определяется совсем не одной массой вещества: масса может оставаться без изменения, а количество энергии тем не менее изменяется, например, вследствие изменения скорости. Почему же не существовать подобным изменениям и для энергии химической хотя бы в известных тесных пределах?»

Вслед за этой гипотезой, подтвердившейся лишь в наше время, Бутлеров высказывает другое предположение: сама масса атома меняется, меняется его атомный вес. Именно колебанием атомных весов Бутлеров и объяснял небольшие отклонения от целых чисел в найденных опытами величинах атомных весов.

Великий русский химик скончался до того, как наука обогатилась новыми методами исследования, позволившими разрешить занимавшие его вопросы. Впрочем, еще и при жизни Бутлерова появились исследования английского физика Вильямса Крукса (1832–1919) и описание его наблюдений с устроенными им трубками высокого разрежения.

Александр Михайлович впервые в России демонстрировал в собрании отделения физики Физико-химического общества опыты с загадочными лучами этих трубок, отклонявшимися магнитом и дававшими тень от поставленного на их пути в трубке предмета.

«Круксовы трубки» и их лучи привели к открытию таких явлений, как столь популярные теперь рентгеновские лучи. Они же позволили установить различия в массе атомов., образующих тождественные химические соединения. Такие неразличимые химические элементы с разными весами атомов и получили название изотопов.

Как показали исследования массы с помощью спектрографа, изотопия весьма распространена в природе и многие обыкновенные элементы, как хлор например, состоят из смеси изотопов.

Мысли Бутлерова, выраженные в его небольшой заметке, нашли блестящее подтверждение в учении об изотопах, но при жизни его, опередив свое время, они не привлекли должного внимание.

Да и как они могли привлечь внимание современных ему химиков, когда все ученые того времени считали непреложной истиной, что элементы — это «кирпичи», из которых слагается вселенная, а возможность разложения элементов и тем более возможность их превращения доказаны буквально в наши дни.