По воспоминаниям Г. Густавсона, однажды некий составитель руководства по химии, даря Менделееву свою книгу, подчеркнул, что теоретическое содержание отделено в ней от фактического и практического, и он считает это большим достоинством. Дмитрий Иванович со свойственной ему прямотой и эмоциональностью заявил, что это как раз недостаток. Загружая читателя фактами, вместо того чтобы разъяснять им законы, управляющие фактами, автор рискует оказаться в положении аристотелевского сапожника, снабдившего своего ученика запасов готовых сапог, вместо того чтобы научить его, как нужно тачать сапоги.
Рукопись таблицы «Опыт системы элементов…», составленной и подписанной к печати 17 февраля (1 марта) 1869 г.
Менделеев писал: «Одно собрание фактов, даже и очень обширное, одно накопление их, даже и бескорыстное, не дадут еще метода, обладания наукой, и они не дают еще ни ручательства за дальнейшие успехи, ни даже права на имя науки в высшем смысле этого слова. Здание науки требует не только материала, но и плана, гармонии, воздвигается с трудом, необходимым как для заготовки материала, так и для кладки его, для выработки самого плана, для гармонического сочетания частей, для указания путей, где может быть добыт наиполезнейший материал. Тут поле истинным открытиям, которые делаются усилием массы деятелей, из которых один есть только выразитель того, что принадлежит многим, что есть плод совокупной работы мысли. Узнать, понять и охватить гармонию научного здания с его недостроенными частями — значит получить такое наслаждение, какое дает только высшая красота и правда».
Члены химической секции Первого съезда русских естествоиспытателей в Петербурге (1868). Сидят (слева направо): В. Ю. Рихтер, С. И. Ковалевский, Н. П. Нечаев, В. В. Марковников, А. А. Воскресенский, П. А. Ильенков, П. П. Алексеев, А. Н. Энгельгардт; стоят (слева направо): Ф. Р. Вреден, П. А. Лачинов, Г. А. Шмидт, А. Р. Шуляченко, А. П. Бородин, Н. А. Меншуткин, Н. Н. Соковнин, Ф. Ф. Бейльштейн, К. И. Лисенко, Д. И. Менделеев, Ф. Н. Савченков
Охватить «гармонию научного здания с его недостроенными частями» Менделеев смог в периодическом законе химических элементов, составившем методологическую базу «Основ химии».
Существует легенда, что гениальная система, позволившая наглядно представить все многообразие природных элементов в виде упорядоченного множества, открылась 35-летнему ученому во сне. Ученый сам способствовал ее распространению, рассказывая: «Вижу во сне таблицу где все элементы расставлены, как нужно. Проснулся, тотчас записал на клочке бумаги, — только в одном месте впоследствии оказалась нужной поправка». Но тем, кто наивно поражался такому везению, он однажды растолковал: «Я над ней (системой, — Ю. С.), может, лет двадцать думал, а вы думаете: сидел и вдруг — готово».
По сохранившимся черновикам можно судить, с каким упорством и напряжением работал Менделеев в поисках правильного расположения каждого элемента в таблице. Однажды он закупил пустые визитные карточки и на каждой написал с одной стороны название элемента, а с другой — атомный вес и формулы его различных соединений. Часы и дни проводил ученый, раскладывая их на большом квадратном столе, порою за ним и засыпая. В пасмурный февральский день 1869 года домочадцы слышали доносившиеся из его кабинета возгласы: «У-у-у! Рогатая. Ух, какая рогатая! Я те одолею. Убью-у!» Они знали, что это означает высшую степень творческого возбуждения. Вечером Дмитрий Иванович переписал набело таблицу под названием «Опыт системы элементов, основанный на их атомном весе и химическом сходстве». Сделав пометки для типографских наборщиков, он поставил дату: «17 февраля 1869 года.» Этот день считается днем рождения периодического закона, современная формулировка которого такова: «Свойства простых веществ, а также формы и свойства элементов находятся в периодической зависимости от заряда ядер их атомов».
Мировое научное сообщество не сразу оценило это открытие. Уж очень многое оно меняло в сложившихся представлениях. Так, немецкий физико-химик В. Оствальд, будущий лауреат Нобелевской премии, утверждал, что открыт не закон, а принцип классификации «чего-то неопределенного». Его соотечественник Р. Бунзен, открывший в 1861 году два новых элемента — рубидий и цезий, говорил, что Менделеев увлекает химиков «в надуманный мир чистых абстракций». Профессор Лейпцигского университета Г. Кольбе назвал открытие «спекулятивным».
Сдержанно отнеслись к нему и русские химики. Зачитанный Н. Меншуткиным по просьбе отсутствовавшего Менделеева доклад «Соотношение свойств с атомным весом элементов» на заседании недавно созданного Русского химического общества не произвел впечатления на специалистов. Академик Н. Н. Зинин заявил, что Менделеев делает не то, чем следует заниматься настоящему исследователю. Правда, через два года, прочитав статью Дмитрия Ивановича «Естественная система элементов и применение ее к указанию свойств некоторых элементов», Зинин изменил свое мнение и написал автору: «Очень, очень хорошо; премного отличных сближений, дай Бог Вам удачи в опытном подтверждении Ваших выводов».
Периодический закон давал возможность предсказать существование еще не известных науке элементов. В столбце под алюминием Менделеев оставил место для его аналога «экаалюминия», под бором — для «экабора», а под кремнием — для «экасилиция». Так он назвал еще неоткрытые химические элементы и даже присвоил им соответствующие символы.
И вот в 1875 году французский химик Лекок де Буабодран открыл предсказанный Менделеевым «экаалюминий», назвал его галлием и заявил: «Я думаю нет необходимости настаивать на огромном значении подтверждения теоретических выводов господина Менделеева». Спустя четыре года известный химик Л. Нильсон открыл скандий и сказал: «Не остается никакого сомнения, что в “скандии” открыт “экабор”… Так подтверждаются нагляднейшим образом соображения русского химика, которые не только дали возможность предсказать существование скандия и галлия, но и предвидеть заранее их важнейшие свойства». В 1886 году профессор Горной академии во Фрайбурге немецкий химик К. Винклер при анализе редкого минерала аргиродита обнаружил еще один элемент — предсказанный Менделеевым «экасилиций» — и назвал его германием.
Ясное понимание того, что место элемента в системе выражает его связи, отношения с ближайшими соседями по системе, а через них и со всеми остальными элементами определило научное превосходство Менделеева перед всеми оппонентами. В системе действительно отразился закон природы. Понимая систему, зная, например, через какой промежуток повторяются свойства элементов и как они меняются в пределах одного периода от одного элемента к другому, можно было целенаправленно вести поиск новых элементов, представляя, как, примерно, будут выглядеть «незнакомцы», если обнаружатся.
В то же время предугадать существование группы благородных газов Менделеев не смог. Им поначалу не нашлось места в периодической системе. Поэтому открытие английским учеными У. Рамзаем и Дж. Релеем в 1894 году аргона сразу же вызвало бурные дискуссии и сомнения в периодическом законе и периодической системе элементов. После нескольких лет раздумий Менделеев согласился с присутствием в предложенной им системе «нулевой» группы химических элементов, которую заняли другие благородные газы, открытие вслед за аргоном. В 1905 году ученый написал: «По-видимому, периодическому закону будущее не грозит разрушением, а только надстройки и развитие обещает, хотя, как русского, меня хотели затереть, особенно немцы».
Полное научное объяснение периодическая система элементов получила на основе квантовой механики в XX веке. Закон и система Менделеева лежат в основе современного учения о строении вещества, играют первостепенную роль в изучении всего многообразия химических веществ и в синтезе новых элементов.
В дневнике Д. И. Менделеева последняя запись, посвященная экспериментам в области неорганической химии, имеет дату 11 декабря 1871 года. Следующая же страница под датой 14 декабря уже посвящена упругости газов. Именно в этом кратком промежутке и совершился переход Менделеева от тематики, непосредственно связанной с периодическим законом и естественной системой элементов, к новой тематике, связанной с изучением газов. Она-то и определила на ближайшие — семидесятые — годы его научные интересы.
Свойства паров, газов и изменения состояний вообще-то занимали Менделеева с первых шагов его научной деятельности. Еще в магистерской диссертации «Об удельных объемах» он писал: «Все эти факты сближают три состояния тела, показывают, что правильность в изменениях газа есть только кажущаяся, трудно наблюдаемая, что все тело в строгом смысле не подчинены ни Мариоттову, ни Дальтонову законам — для твердых, жидких и парообразных тел это очень ясно, а для газов открывается только при тщательных наблюдениях».
