К середине XVIII столетия стало известно уже около 60 химических элементов. Все они обладали различными свойствами — атомным весом, цветом, плотностью и т. д. Таким образом, изучение состава разнообразных природных тел привело к открытию большого многообразия элементов, из которых состоят эти тела. Природа оказалась значительно сложнее, чем ее представляли себе люди. Факт многообразия химических элементов оказал огромное влияние на все последующее развитие наших представлений о природе. Прежде всего это вызвало стремление к систематизации всех химических элементов и к поискам взаимосвязи между ними. Впервые идея о взаимосвязи между элементами была высказана в работах английского врача и химика В. Проута в 1815 г. «Мы почти что можем считать первичную материю древних воплощенной в водороде», — писал он. По его мнению, все химические элементы произошли путем постепенного сгущения «протила», т. е. водорода. Было высказано много опровержений этой: гипотезы. А после того, как было установлено, что атомные веса элементов имеют дробные значения, о ней забыли. Среди химиков возникали и другие попытки воскресить мысль древних философов о единстве вещества, о происхождении всех его разновидностей от одного «начала», распространить эту мысль на новые представления о химическом элементе.
2. Периодическая система химических элементов
В середине XIX века было предпринято несколько попыток создать систему химических элементов. Однако только великому русскому химику Д. И. Менделееву удалось выполнить эту задачу. За основу своей системы он принял наиболее характерное для того времени свойство химических элементов — их атомный вес. Расположив все известные в 1869 г. химические элементы (табл. 1) в порядке возрастания их атомных весов, он обнаружил периодическое изменение всех основных свойств элементов. Менделеев писал: «Если все элементы расположить в порядке по величине их атомного веса, то получится периодическое повторение свойств. Это выражается законом периодичности: свойства простых тел, также формы и свойства соединений элементов находятся в периодической зависимости. от величины атомных весов элементов». Самым существенным оказался тот факт, что каждый элемент занимал определенное место в системе. Поэтому Менделееву пришлось исправлять атомные веса некоторых элементов — урана, иттрия, церия и других. Например, атомный вес урана был ранее принят равным около 100, что находилось в явном противоречии с его местом в периодической системе элементов. Последующие тщательные определения доказали правоту взглядов Менделеева.
В составленной Д. И. Менделеевым периодической системе обнаружились незаполненные места (табл. 2), что позволило ему предсказать существование новых химических элементов, например аналогов бора, алюминия, кремния, циркония, марганца, теллура, цезия, бария, тантала и других. Эти предсказания вскоре подтвердились: в 1875 г. французский химик Лекок де Буабодран открыл галлий — экаалюминий, Нильсон в 1879 г. выделил скандий — экабор, Винклер в 1886 г. открыл германий — экакремний. Позднее, в 1918 г., Ган, Мейтнер, Содди, Кранстон обнаружили протактиний, в 1923 г. Хевеши и Костер открыли гафний — эка-цирконий, в 1925 г. В. и И. Ноддак, Берг и другие нашли рений — экамарганец.
Блестящим подтверждением периодического закона явилось открытие инертных газов — гелия (1868 г.), аргона (1895 г.), неона, криптона и ксенона (1898 г.). Они были помещены в систему Д. И. Менделеева перед щелочными элементами, такое положение их полностью совпало с атомными весами и свойствами этих газов. Все открытые впоследствии химические элементы, указанные в табл. 1, нашли свое место в периодической системе без изменения ее основ. После открытия германия — экакремния известный химик Винклер писал: «Едва ли можно найти иное более поразительное доказательство справедливости учения о периодичности, как осуществление гипотетического экасилиция во вновь открытом элементе. Это не просто подтверждение смелой теории: здесь мы видим очевидное расширение химического кругозора, мощный шаг в область познания».
Периодический закон Д. И. Менделеева впервые с несомненностью показал, что между различными химическими элементами существует генетическая связь. Этот закон отражает родство между атомами элементов и свидетельствует о том, что по мере перехода от одного элемента к другому происходит нарастание какой-то величины (по предположению Менделеева — атомного веса). В зависимости от ее изменения наблюдается скачкообразное изменение свойств элементов. Вследствие этого закон периодичности отражает диалектический закон развития материи.