Работая над этим учебником, Дмитрий Иванович Менделеев сделал картонные карточки, на каждую из которых занес название химического элемента, его атомный вес, формулы соединений и основные свойства. А дальше ученый стал располагать эти карточки в виде таблицы в соответствии с их атомным весом и свойствами. 17 февраля 1869 года он сделал первый набросок этой таблицы. В ней он расположил химические элементы в порядке возрастания их атомного веса.
Постепенно Д. И. Менделеев установил, что с изменением атомного веса меняются и свойства элементов, и проследил их повторяемость. Так получился первый вариант естественной системы химических элементов.
Однако Д. И. Менделеев не просто расположил элементы в ряд по возрастанию атомного веса. Главная особенность его таблицы в том, что в вертикальных рядах размещены химически сходные элементы: литий и натрий, бериллий и магний, фтор и хлор, кислород и сера. При таком расположении ясно проявилась периодичность свойств у химических элементов. Так было сделано величайшее открытие эпохи. Однако, как это случается, современники ученого далеко не сразу поняли глубину и важность прорыва в науке, сделанного Д. И. Менделеевым. К величайшей досаде Д. И. Менделеева, его коллеги-ученые долго воспринимали периодическую систему элементов
лишь как удобное учебное пособие для студентов. Даже авторитетные деятели науки никак не откликнулись на статью Д. И. Менделеева, где он писал, что «система элементов имеет значение не только педагогическое, не только облегчает изучение разнообразных фактов, приводя их в порядок и связь, но имеет и чисто научное значение, открывая аналоги и указывая на новые пути для изучения элементов». Кроме того, Д. И. Менделеев оставил в таблице пустые места, например, рядом с кальцием. Он дерзнул, не проводя исследований, изменить атомный вес титана с 52 на 48. Позднее предположение Д. И. Менделеева подтвердилось. Ко времени появления периодического закона было открыто и изучено около 60 химических элементов, а свыше 30 было еще неизвестно. Об их существовании тогда даже не догадывались. Измеряли атомный вес достаточно грубо и не для всех элементов точно.
Говорят, что периодическую систему Д. И. Менделеев увидел во сне и что осталось только записать ее и обосновать. Такая легенда не лишена оснований. Ведь подобные озарения приходят только людям, целиком погруженным в решение какой-нибудь задачи. Даже когда им кажется, что они думают о другом, в подсознании продолжается работа над решением занимающей их проблемы. Поэтому внезапное озарение может прийти в самый неожиданный момент: во время сна, на прогулке, при чтении книги, в театре, на художественной выставке. Так случилось и с Д. И. Менделеевым.
1 марта 1869 года Дмитрий Иванович разослал многим русским и зарубежным ученым листок с первым вариантом периодической системы — «Опыт системы элементов». А первое сообщение об этом великом открытии было сделано 6 марта 1869 года на заседании Русского химического общества. В 1869 году Д. И. Менделееву исполнилось всего 35 лет.
На основе периодического закона Д. И. Менделеев изменил атомные веса некоторых элементов и расположил их в один ряд со сходными по свойствам элементами. Д. И. Менделеев был уверен, что каждое место в его таблице соответствует определенному химическому элементу, который обязательно должен существовать в природе. Так он предсказал элементы, которые должны занимать пустые места в таблице и которые он назвал экабором, экаалюминием и экасилицием.
Менее чем через шесть лет предсказания Д. И. Менделеева подтвердились. Жизнь продолжала проверять менделеевский закон на прочность. Французский ученый Лекок де Буабодран выделил новый элемент с атомным весом 4,7 и в честь Франции назвал его галлием. Однако вскоре он получил письмо от Д. И. Менделеева, в котором он на основе своей таблицы предсказал, что атомный вес галлия должен быть не 4,7, а 5,9. При более тщательной проверке правота Д. И. Менделеева была подтверждена. Еще через четыре года, в 1879 году, был открыт элемент скандий, а в 1886 году — элемент германий, которые при проверке их свойств оказались предсказанными Д. И. Менделеевым экабором и экасилицием. Существование в природе более 10 новых элементов предсказал Д. И. Менделеев, для 10 элементов он назвал правильные атомные веса. Все дальнейшие поиски новых элементов осуществлялись с помощью периодического закона. Вот каким могучим научным орудием исследования он оказался!
Все химические и физические свойства вещества определяются строением атомов. Периодический закон Д. И. Менделеева выражает закон строения атомов и поэтому является всеобщим законом природы. Последующее развитие атомной физики, открытие строения атомов позволили раскрыть причины периодичности в свойствах химических элементов, открытой Д. И. Менделеевым.
Маленькое отступление. Что такое патриот? Это человек, любящий свою родину, страну, где он родился. А что такое любить родину? Это значит не только говорить об этом, но своей работой, всей своей жизнью способствовать благу и процветанию своей родины. Так вот, Дмитрий Иванович Менделеев является классическим примером патриота России.
Помимо чистой химии, вообще чистой науки, Д. И. Менделеева всегда интересовала и область химии прикладной, химической промышленности. Когда в России только начиналось развитие промышленности, он призывал правительство развивать химическую промышленность.
Наряду со своей теоретической деятельностью Д. И. Менделеев уделяет много внимания развитию отечественной нефтяной промышленности. В 1876 году по поручению правительства Д. И. Менделеев предпринимает путешествие в Америку для ознакомления с постановкой нефтяного дела. Он неоднократно посещает наши кавказские нефтяные месторождения; ведет ряд работ по исследованию нефти. Д. И. Менделеев предложил свою оригинальную теорию неорганического образования нефти. Он прекрасно понимал широкие перспективы получения из ценнейшего сырья — нефти — самых различных материалов. Ему принадлежат известные слова, актуальные и сегодня: «Топить нефтью? Что ж, можно топить и ассигнациями...»
Круг интересов Д. И. Менделеева был необычайно широк. Он интересовался вопросами воздухоплавания и метеорологии. Во время полного солнечного затмения он решил вместе с пилотом-воздухоплавателем подняться на воздушном шаре. Однако перед самым стартом начался дождь, и намокший шар не мог подняться с двумя пассажирами. Тогда Дмитрий Иванович высадил пилота А. М. Кованько и полетел один.
Полет прошел успешно. Шар поднялся на высоту более трех километров, пробил облака, и Д. И. Менделеев успел понаблюдать за полной фазой затмения. Перед спуском Дмитрию Ивановичу пришлось проявить не только бесстрашие, но и ловкость. Запуталась веревка, идущая от газового клапана. Д. И. Менделеев взобрался на борт корзины и так, вися над пропастью, распутал клапанную веревку. Шар благополучно опустился в Калязин-ском уезде Тверской губернии.
Весть о необычайно смелом полете русского профессора вскоре облетела весь мир. «За проявленное мужество при полете для наблюдения солнечного затмения» Французская академия метеорологического воздухоплавания присудила Д. И. Менделееву диплом, украшенный девизом братьев Монгольфье: «Так идут к звездам».
В 1888 году он изучает экономическое состояние Донецкого каменноугольного района, выясняет огромное его значение для России и предлагает ряд мер для его рационального использования. После посещения многих месторождений каменного угля в России Д. И. Менделеев выдвинул идею подземной газификации. Он писал: «Настанет, вероятно, со временем даже такая эпоха, что уголь из земли вынимать не будут, а там, в земле, его сумеют превращать в горючие газы и их по трубам будут распределять на далекие расстояния».
В 1890 году Д. И. Менделеев покинул Петербургский университет в знак протеста против политики царского правительства в области просвещения, и в частности против действий министра просвещения графа Делянова.
Оторванный от науки, Д. И. Менделеев занимается решением практических задач. При его деятельном участии в 1890 году создается проект нового таможенного тарифа, а в 1891 году выходит в свет замечательная книга «Толковый тариф», в которой дан глубоко продуманный обзор нужд отечественной промышленности и очерчены ее перспективы. Морское и военное министерства поручают Д. Й. Менделееву (1891) разработку вопроса о бездымном порохе и посылают его во Францию.