В XIX веке картина движущихся и сталкивающихся молекул превратилась в стройное, детально разработанное, подтвержденное множеством экспериментов и практических применений учение — молекулярную физику. Одновременно химия получила множество достоверных знаний о составе различных молекул. Но внутрь атома наука еще не проникла, до этого было далеко. Объяснить различия атомов и, следовательно, различия между химическими элементами структурой атомов, числом и расположением входящих в них частиц можно было после того, как ряд крупных открытий, прежде всего открытие периодической системы, продемонстрировали известный порядок в свойствах атомов. Теперь каждое предположение о внутренней структуре атома должно было объяснить, почему при возрастании атомного веса периодически повторяются свойства элементов. Тем самым наука получила прочную опору и вместе с тем мощный стимул для дальнейшего движения. Большое значение при этом имела широта открытого Менделеевым периодического закона.
У Менделеева были предшественники, заметившие повторение свойств элементов. Но никто из этих предшественников, говоривших о сходстве между некоторыми свойствами различных элементов, не создал единой системы, объясняющей всю совокупность химических явлений.
Такую систему создал Менделеев. Он рассказывал, как в течение долгого времени происходили поиски, приведшие к открытию. На картонных карточках Менделеев писал названия элементов, атомные веса и отмечал формулы важнейших соединений. Особенное внимание он обращал при этом на валентность, т. е. на способность атома данного элемента соединяться с определенным числом атомов другого элемента. Менделеев раскладывал эти карточки в разных сочетаниях, руководствуясь мыслью о связи между элементами, о сходстве свойств различных элементов. Следует подчеркнуть, что Менделеев искал связь не только между элементами, сравнительно близкими друг к другу по своим химическим свойствам, но и между элементами несходными. Он находил такую связь, несходные элементы оказывались близкими друг к другу по атомному весу, и в свою очередь элементы со сходными свойствами отстояли друг от друга сравнительно далеко по атомному весу, причем расстояние между сходными элементами повторялось.
Менделеев рассматривал, например, литий, легкий металл, принадлежащий к числу так называемых щелочных металлов. По некоторым свойствам литий напоминает натрий — другой легкий щелочной металл. Менделеев отметил, что если расположить элементы по их атомному весу, то между литием и натрием находится шесть элементов, непохожих ни на тот, ни на другой. Следовательно, по атомному весу рядом с литием находится металл, непохожий на него по своим свойствам, а сходный с литием натрий встречается лишь на седьмом месте после лития. Вслед за натрием идет следующий промежуток, заполненный шестью элементами, непохожими на литий и натрий, и далее вновь стоит легкий щелочной металл калий. Менделеев видел, что подобные повторения появляются и в других случаях.
