Тем временем старшего сына Менделеевых Ивана определил в благородный пансион при Московском университете и взял на себя оплату его содержания дядя Василий, дочери Ольга и Екатерина вышли замуж, расходы семьи уменьшились, и Мария Дмитриевна посчитала, что ради младших детей, которым предстоит учеба в гимназии, надо сократить хлопоты по заводу, проводить больше времени в Тобольске. Митя не отставал в развитии от старшего на два года Паши, в пять с половиной лет уже умел читать и писать, в шесть — удивлял взрослых способностью считать, а в семь был вполне готов к поступлению в гимназию вместе с Пашей, хотя туда и с восьми-то лет принимали в исключительных случаях. Его все-таки приняли. Но, как вспоминал потом Дмитрий Иванович, «с условием, чтобы в 1-м классе я пробыл непременно 2 года. Учился я тогда, кажется, не худо, но по малолетству так и остался в 1-м классе на два года. Переходил затем без задержек и кончил 15-ти лет».
Окончивший гимназию годом раньше Павел уехал в Омск, где жила с мужем сестра Екатерина, и поступил там на службу, а Митю же в 1849 году Мария Дмитриевна решила увезти из Тобольска, чтобы непременно дать ему высшее образование.
Тобольская гимназия, в которой учился Д. И. Менделеев. Вторая половина XIX в.
Старшенький Ванюша мать огорчил. В 15 лет он был исключен из университетского пансиона «за дурное поведение». Живя на средства богатого дяди, образ жизни которого не оставлял времени приглядывать за племянником, Иван попал в дурную компанию, ударился в разгул и сошел с намеченного для него пути. Вернувшись в Тобольск, он доучивался в гимназии, после чего удовлетворился службой в том же Омске. Но для последыша Митеньки, которого, по собственному признанию Марии Дмитриевны, «она любила паче всех», матери хотелось большего.
Последние два года тобольской жизни несчастья преследовали ее. Болел, слабел и в октябре 1847 года скончался Иван Павлович. Не успела оправиться после смерти мужа, как в январе 1848 года умерла дочь Полинька — ей было 26 лет. Полинька была религиозной фанатичкой, членом какого-то тайного общества, в котором за высшую добродетель почиталось изнурение плоти. Вот и доизнурялась… После ее похорон начала хворать дочь Лизанька, измученная горем и бессонными ночами ухода за больными. А летом 1848 года сгорел заводик вместе со складами, где хранились материалы и готовая посуда. Вскоре в Тобольске открылась сильная холера, начались волнения. Мария Дмитриевна не имела сил, чтобы сразу после пожара приступить к восстановлению завода, а когда в декабре новый пожар истребил и конторские строения, московский братец сказал, что вообще не нужно ничего восстанавливать. Во всяком случае, денег на это он не даст.
Ничто теперь не могло задержать Марию Дмитриевну в Тобольске после окончания Митей гимназического курса. На свой страх и риск она с Митенькой и Лизанькой едет в Москву, чтобы определить последыша в университет. Хлопоты ее, однако, не увенчались успехом: по тогдашним правилам выпускники гимназий имели право поступать в университет лишь своего учебного округа, а Тобольская гимназия относилась не к Московскому, а к Казанскому округу. Ехать же в Казань Мария Дмитриевна не желала, так как там у нее не было ни родных, ни знакомых.
Василий Дмитриевич предложил сестре определить племянника на службу в канцелярию губернатора: связи позволяли. При этом он указывал на себя и на старших братьев Дмитрия, которые успешно служили и не получив высшего образования. Но Мария Дмитриевна была непреклонна в своем решении. Потерпев неудачу в Москве, она решила искать счастья в Петербурге.
В северной столице Менделеевы остановились у обосновавшихся там старых тобольских друзей Протопоповых. Опять начались хлопоты, но поступить в Петербургский университет Дмитрий не мог по той же причине, что и в Московский. Зашла речь о Медико-хирургической академии, но, побывав в ее анатомическом театре, Дмитрий почувствовал, что для профессии врача он не обладает достаточно крепкими нервами.
Тогда Мария Дмитриевна стала хлопотать о приеме Дмитрия в Главный педагогический институт, в котором когда-то получил высшее образование его отец и куда принимались желающие изо всех округов. Но и здесь наткнулась на неудачу: в то время прием в институт проводился раз в два года, и в 1850 году как раз приема не было. Однако настойчивость любящей матери творит чудеса. И тогда случались исключения из правил. Дмитрий попал в число тех восьми абитуриентов, для которых сделали исключение. Как считают некоторые его биографы, попал не без протекции профессора математики Петербургского университета Д. С. Чижова, бывшего однокурсника И. П. Менделеева. Во всяком случае, в бумагах Дмитрия Ивановича сохранилась записка Чижова, позволяющая обратиться от его имени к инспектору института, статскому советнику А. Н. Тихомандрицкому, — где указывалось, что «податель сей записки сын покойного Ивана Павловича Менделеева, бывшего директора Тобольской гимназии, окончивший курс наук в той же гимназии».
Как бы то ни было, Дмитрия допустили к испытаниям, и он выдержал их (по девяти дисциплинам) с достаточным для зачисления средним баллом — 3,22. Лучшие оценки (четверки) получены по русскому и латинскому языкам. Последний он не любил, но лично отец с детства «натаскивал» его по латыни. Остальные оценки — 3, 31/2, есть 21/2 по немецкому языку и даже 2 по французскому. Что же, Тобольская гимназия давала не самое блестящее образование. Разве что все писавшие о ней считают свои долгом упомянуть, что как раз в 40-е годы XIX века преподавателем словесности и инспектором там служил известный всей грамотной России автор «Конька-горбунка» П. П. Ершов. Но вряд ли его педагогический талант был равен поэтическому. Да и Дмитрий Менделеев был не самым прилежным учеником, особенно в старших классах. Общее впечатление, которое можно вынести от сохранившихся в архивах его оценок, таково: способный ученик, занимающийся, однако, лишь настолько, чтобы не оставаться на второй год в классе. Как только такая опасность грозила, он сейчас же подтягивался — и отметки исправлялись. Экзаменационные, как правило, лучше годовых.
А как он учился в институте? Прежде чем ответить на этот вопрос, следует отметить, что на избранном Дмитрием естественно-математическом факультете профессора были первоклассные, лучшие ученые своего времени, создавшие себе громкие имена в науке, искренне ей преданные. Лекции по математике читал академик М. Остроградский, по химии — А. Воскресенский, по физике — Э. Ленц, по астрономии и геодезии — А. Савич, по минералогии и геогнозии — С. Куторга, по зоологии — академик Ф. Брандт, по ботанике — М. Шиховской, по педагогике — Н. Вышнеградский.