"Главный предмет моих занятии есть физическая химия"

Не раз указывал Д. И. Менделеев на роль динамических представлений в развитии химической науки. Уже в самом начале своей научной деятельности Д. И. Менделеев правильно осознал место химической динамики в системе химических наук и роль изучения реакционной способности химических соединений в решении главной задачи химии. "Предмет химии не есть одно изучение состава тел,- писал он,- а главным образом - изучение превращений; самый состав есть только результат превращения вещества..."

Каким же образом предполагал Менделеев изучать природу и причины химических взаимодействий? Ответ на этот вопрос мы получим, познакомившись с первыми самостоятельными трудами ученого: его кандидатской (так называли тогда студенческую выпускную работу), магистерской диссертацией, статьями о взаимосвязи физических и химических явлений, об изучении сцепления молекул и о поднятии жидкостей в капиллярных трубках.

В них Менделеев формулирует программу своих физико-химических исследований. Он считал необходимым изучать такие явления и свойства - изоморфизм, плотность, отношение к нагреванию, действию света, подвижность жидкостей, коэффициент сжатия,- которые позволяли бы количественно оценить изменения, происходящие при химическом превращении, как бы заглянуть в невидимый мир взаимодействия атомов. При этом он понимал, что различие в агрегатных состояниях исходных и конечных веществ, различия в природе элементов (электроположительные и электроотрицательные элементы - так тогда говорили вслед за Берцелиусом) будут определять и специфику (особенности) химического взаимодействия.

В 1853-1861 гг. Менделееву удалось выяснить следующее о внутренней механике частиц (или молекул):

1. ни изучение сжатия (разница между объемами начальных и конечных веществ), ни тепловой эффект реакции не дают возможности оценить химическое сродство, так как в ходе химической реакции изменяются и физические свойства исходных и конечных веществ (их агрегатное состояние, структура и т. п.);
2. поведение атомов веществ, находящихся в газообразном или парообразном состоянии, значительно отличается от поведения частиц жидких и твердых веществ, что можно объяснить только разницей в расстояниях, на которых они влияют друг на друга, проявляя свою индивидуальность (поэтому "газовые законы" наиболее просты и общи, так как в них не рассматривается химическое взаимодействие, столь различное при сближении атомов);
3. состав тел в значительной степени зависит от природы элементов, он может меняться в узких пределах для так называемых определенных соединений (соли) и в широких для неопределенных (силикаты, сплавы);
4. поскольку не удается определить истинных причин химических изменений, надо искать сопоставления свойств большого числа элементов, классифицировать их, изучать количественные отношения между ними, пытаясь по общим внешним признакам и проявлениям догадываться об общности их внутреннего поведения на атомном уровне.

В ходе выполнения этих работ Менделеев овладел экспериментальными методами изучения веществ: их приготовлением,: очисткой, подготовкой измерительных приборов и химической посуды к проведению эксперимента, познакомился с математическими методами обработки результатов. При подготовке кандидатской и магистерской диссертаций ("Изоморфизм" и "Удельные объемы") он прочитал свыше 300 монографий и статей на русском, английском, немецком и французском языках.

Разработанные им методы изучения органических молекул позволили ему сформулировать представления о стадиях окисления углерода и предельных формах его соединений (ныне это гомологические ряды). Изучение изоморфных смесей (смешанные кристаллы, выделяющиеся из растворов солей, близкие по формуле: КСlO₄ и КМnO₄; квасцы и т. п.), силикатов показало Менделееву принципиальное отличие некоторых неорганических соединений от органических. Угадывалась взаимосвязь классификаций соединений, простых веществ и элементов.