Развитие химии в XVIII–XIX веках характеризовалось накоплением огромного числа известных элементов и их соединений. Химики того времени систематизировали элементы по сходным свойствам, используя различные классификационные признаки. Среди первых попыток ранжирования элементов можно выделить работы Д. Лавуазье, который составил список известных на тот момент веществ, и И. А. Ньюленда, предложившего «закон октав», где элементы располагались по увеличению атомной массы, проявляя периодичность каждых восьми элементов. Эти ранние системы были неполными и не объясняли закономерности всех известных элементов, что требовало более универсального подхода.
Д. И. Менделеев в 1869 году предложил систематизацию элементов на основе их атомной массы и химических свойств. Основной методологический подход Менделеева заключался в сравнении физических и химических свойств элементов, выявлении повторяющихся закономерностей и их группировке в таблицу, где вертикальные столбцы объединяли элементы с аналогичными свойствами. Особенностью его работы стало оставление пустых мест для ещё не открытых элементов, с прогнозированием их свойств на основе соседних элементов. Этот принцип позволил не только упорядочить известные элементы, но и предсказать открытие новых, что было беспрецедентным достижением в химии.
Менделеев сформулировал периодический закон, согласно которому свойства химических элементов являются периодической функцией их атомных масс. Закон проявлялся в повторении сходных химических и физических свойств через определённые интервалы атомных масс. Периодический закон обеспечил теоретическую основу для классификации всех известных элементов и дал возможность предсказывать закономерности их химического поведения. В дальнейшем стало очевидно, что формулировка Менделеева требует уточнения: с открытием протонов и понятия атомного числа периодичность элементов корректно описывается как функция атомного номера, а не атомной массы.
Таблица Менделеева представляла собой двумерную матрицу, где строки (периоды) объединяли элементы по возрастанию атомной массы, а столбцы (группы) объединяли элементы с аналогичными химическими свойствами. Основные характеристики структуры таблицы включали:
Открытие периодического закона и разработка таблицы Менделеева имели фундаментальное значение для химии как науки:
После открытия электронов и установления атомной структуры стало ясно, что периодические свойства элементов связаны с распределением электронов по энергетическим уровням. Понимание принципа строения атома позволило интерпретировать закономерности Менделеева через электронную конфигурацию элементов, объясняя повторяемость химических свойств в пределах группы. Современная таблица элементов основана на атомных номерах, что полностью сохраняет предсказательную способность и логическую структуру таблицы Менделеева.
Открытие периодического закона стало ключевым этапом в развитии химии, объединив эмпирические наблюдения с фундаментальной теорией строения вещества и создав методологический каркас для современной науки о химических элементах.