После каникул Анна Ивановна вернулась в Петербург и увлечение Дмитрия Ивановича возобновилось с новой силой. Желая облегчить Анне Ивановне доступ в мир художников, он начал посещать выставки, мастерские художников, собирать картины и рисунки. Завязывались знакомства с художниками, с некоторыми — дружба. Художники стали бывать в профессорской квартире, постепенна организовывались вечера по средам, на которых бывало много художников и профессоров — коллег Дмитрия Ивановича. Из художников бывали большей частью передвижники: Крамской, Репин, Ярошенко, Мясоедов, Кузнецов, Савицкий, Вл. Маковский, Клодт, Максимов, Васнецов, Суриков, Шишкин, Кунджи, Остроухов, Волков, Лемах, Михальцева и др. Профессоров бывало меньше: А. Н. Бекетов, Меншуткин, Петрушевский, Иностранцев, Вагнер, Воейков, Краевич.
«Среды эти художники очень любили. Здесь сходились люди разных лагерей на нейтральной почве. Присутствие Дмитрия Ивановича умеряло крайности. Здесь узнавались все художественные новости. Художественные магазины присылали на просмотр к средам новые художественные издания. Иногда изобретатели в области искусств приносили свои изобретения и демонстрировали их. Тогда зародилась у Ф. Ф. Петрушевского мысль написать свою книгу о красках. Иногда на средах вели чисто деловые разговоры, горячие споры, тут созревали важные товарищеские решения вопросов. И иногда бывали веселые, остроумные беседы и даже дурачества, на которые художники были неисчерпаемы. Кузнецов великолепно представлял жужжание летающй мухи, Повен — проповедь пастора и разные восточные сцены. М. П. Клодт танцевал чухонский танец, и все имели огромный запас рассказов из своих поездок, столкновений с народом и представителями высших сфер. Иногда приносили новости, журнальные статьи, не пропущенные цензурой. Атмосфера, которую Дмитрий Иванович создавал, куда бы ни появлялся, высокая интеллигентность, отсутствие мелких интересов, сплетен делали эти среды исключительно интересными и приятными».
«Среды Менделеева> пользовались большой популярностью. Петербургское общество интересовалось, ими, разговоры, происходившие там, передавались и комментировались в кругах, близких профессуре и близких искусству. Внимание, с которым приглядывалась и прислушивалась к мнениям Менделеева наиболее интеллигентная часть общества, отразил Гаршин в своем рассказе, где одним из действующих лиц был Дмитрий Иванович Менделеев. Сюжет рассказа — странная история, фантастического характера, со спиритическими явлениями и пространными диалогами научного и философского характера. Общий смысл ее был защита ересей в науке, протест против научной нетерпимости, против исключительной ортодоксальности людей ученого мира. Самое действие в рассказе происходило в здании петербургского университета в физическом кабинете. Рассказ этот не был напечатан. Он был последним гаршинским произведением, написанным уже в полосе душевного недуга и уничтоженным автором. Друзья Гаршина свидетельствовали однако о достоинствах этого произведения Здесь следует лишь отметить, что личность Д. И. Менделеева увлекла своим обаянием художника, сделавшего ее одним из основных персонажей произведения.
Менделеев, сам того не желая, постоянно был на виду. Его лекции, его публицистические выступления, его «среды», даже его роман с Аннон Ивановной Поповой — все это выделялось из рамок обычной жизни среднего работника науки. Его жизнь шла шире этих рамок, интересы перехлестывали узко научные интересы, их разнообразие могло казаться даже разбрасыванием, размениванием на мелочи если бы он не оставался во всем и всегда самим собою, упорным и внимательным исследователем. Замечено было широкой публикой и критическое его выступление в статье «Перед картиной Куинджи», тем более, что картина, появившаяся перед тем на выставке, и сама по себе обратила на себя общее внимание.
В свое время картина эта, «Украинская ночь», была новаторством, одной из первых попыток уйти от академической трактовки пейзажа как фона к изображаемому сюжету. У Куинджи впервые, пейзаж был самодовлеющей величиной. Это и отметил Дмитрий Иванович, подойдя к вопросу как философ-естествоиспытатель, т. е. разобрав историю возникновения естествознания, изменения человеческого сознания и связи с этим, и отношения к природе, как к величине, существующей самостоятельно, помимо человека.
Выступление профессора Менделеева в роли художественного критика было достаточно неожиданно и многими расценено даже как чудачество ученого. Конечно, дело здесь было не в чудачестве, а во влиянии той среды, какою окружил себя Менделеев. Среда художников заинтересовала его, показалось, что есть возможность с ней сблизиться, что есть грань на которой искусство становится наукой, а наука — искусством. Интересу этому способствовало конечно и увлечение Анной Ивановной, ученицей Академии художеств — будущей художницей. Увлечение тянулось четвертый год. Жена Дмитрия Ивановича на развод не соглашалась. Родители Анны Ивановны, настроенные решительно против Менделеева, отправили дочь за границу. Дмитрий Иванович в декабре 1880 г. проводил ее в Рим. По словам Анны Ивановны, решено было расстаться навсегда.
Новые знакомства, «среды», публицистические выступления по художественным вопросам, все это было со стороны Дмитрия Ивановича, насилием над собой. Неустроенность внутренняя, личная заставляла его бросаться во внешний мир и искать там каких-то впечатлений, которые могли бы заглушить чувство одиночества. И все же не в этом внешнем находил он выход, а в науке, в научном творчестве.
Творческая продуктивность росла, и ширился круг вопросов, интересовавших Менделеева. У молодого доцента работы были строго научные, касавшиеся только химии, с течением времени, у профессора Менделеева появились вопросы технологии, удобрений, опыты по сельскому хозяйству, заметки о русском просвещении, исследования спиритических явлений, обзоры европейских выставок, изучение русской промышленности и, наконец, живописи.
Все эти увлечения имели свою последовательность и свою логику и, раз появившись, уже оставались в жизни Менделеева навсегда, никакими обстоятельствами не прекращаясь.
«Дмитрий Иванович, проводив меня, затосковал, — рассказывает Анна Ивановна. — Его друзья А. Н. Бекетов, Иностранцев и другие стали беспокоиться. Состояние духа Дмитрия Ивановича сказывалось в его работах и разговорах. Он написал завещание, собрал все письма, за четыре года писанные ко мне. В своем завещании он просил после его смерти передать их мне. Сам решил ехать на съезд в Алжир. Дальше передаю его слова: «По дороге я хотел упасть с палубы парохода в море». Этого он, конечно, никому не сказал, но Бекетов и другие сами заметили его состояние. Ни для кого не было тайной его отношение ко мне. Друзья его, профессора Бекетов, Иностранцев, Краевич, Докучаев и другие, поняли, что отпустить его одного в таком состоянии нельзя, и, собрав совет, решили отправиться к жене Дмитрия Ивановича и убеждать ее дать развод, указав на опасное состояние его духа и здоровья. Цель была достигнута. Они получили согласие на развод и немедленно известили о том Дмитрия Ивановича. Он немедленно же передал дело о разводе присяжному поверенному Головину, который повел его так энергично, что оно скоро должно был окончиться.
Дмитрий Иванович уехал, но не в Алжир, а в Рим и неожиданно явился ко мне (в апреле 1881 г.) в таком состоянии, что надобно было или его спасать или им пожертвовать. Долгая, трудовая жизнь без личного счастья, четыре года борьбы за него — я согласилась быть его женой и мы уехали из Рима вместе». «Мы поехали в Неаполь, потом на Капри, чтобы обсудить наше положение. В Риме было слишком много знакомых, а нам было не до них. Дмитрий Ивщювич предложил так: пока дело о разводе идет, поехать на Волгу, на нефтяной завод Рагозина, куда его давно приглашали, обещая устроить и лабораторию, так как знали его интерес к нефтяному делу. Теперь это приглашение было кстати. Надо было подумать и о заработке. По условиям развода требовалось все университетское жалованье отдавать Феозве Никитишне, Дмитрию Ивановичу оставался только доход от «Основ химии», на который мы долго жили и который он и завещал моим детям. Других средств у него в то время не было, а предстоял еще значительный расход на развод. Дмитрии Иванович написал о своем приезде В. И. Роговину. До лета нам оставалось еще полтора месяца, и он захотел показать мне Париж и Испанию, в которой и сам еще не был. Прожив несколько времени на Капри, мы поехали в Париж.»