門捷列夫自幼有出眾的記憶力和數(shù)學才能，讀小學時，對數(shù)學、物理、歷史課程感興趣，對語文、尤其是拉丁語很討厭，因而成績不好。他特別喜愛大自然，曾同他的中學老師一起作長途旅行，搜集了不少巖石、花卉和昆蟲標本。他善于在實踐中學習，中學的學習成績有了明顯的提高。
中學畢業(yè)后，他母親變賣了工廠，親自送門捷列夫，經(jīng)過2千公里以上艱辛的馬車旅行來到莫斯科。因他不是出身于豪門貴族，又來自邊遠的西怕利亞，莫斯科、彼得堡的一些大學拒絕他入學。好不容易，門捷列夫考上了醫(yī)學外科學校。然而當他第一次觀看到尸體時，就暈了過去。只好改變志愿，通過父親的同學的幫忙，進入了亡父的母校??彼得堡高等師范學校物理數(shù)學系。母親看到門捷列夫終于實現(xiàn)了上大學的愿望，不久便帶著對他的祝福與世長辭了。舉目無親又無財產(chǎn)的門捷列夫把學校當作了自己的家，為了不辜負母親的期望，他發(fā)奮地學習。1855年以優(yōu)異的成績從學校畢業(yè)。
畢業(yè)后，他先后到過辛菲羅波爾、敖德薩擔任中學教師。在教師的崗位上他并沒有放松自己的學習和研究。1857年他又以突出的成績通過化學學位的答辯。他刻苦學習的態(tài)度、鉆研的毅力以及淵博的知識得到老師們的贊賞，彼得堡大學破格地任命他為化學講師，當時他僅22歲。
在彼得堡大學，門捷列夫任教的頭兩門課程是理論化學和有機化學。當時流行的教科書幾乎都是大量關于元素和物質(zhì)的零散資料的雜亂堆積。怎樣才能講好課？門捷列大下決心考察和整理這些資料。1859年他獲準去德國海德堡本生實驗室進行深造。兩年中他集中精力研究了物理化學。他運用物理學的方法來觀察化學過程，又根據(jù)物質(zhì)的某些物理性質(zhì)來研究它的化學結構，這就使他探索元素間內(nèi)在聯(lián)系的基礎更寬闊和堅實。因為他恰好在德國，所以有幸和俄國化學家一起參加了在德國卡爾斯魯厄舉行的第一屆國際化學家會議。會上各國化學家的發(fā)言給門捷列夫以啟迪，特別是康尼查羅的發(fā)言和小冊子。門捷列夫是這樣說：“我的周期律的決定性時刻在1860年，我參加卡爾斯魯厄代表大會。在會上我聆聽了意大利化學家康尼查羅的演講，正是他發(fā)現(xiàn)的原子量給我的工作以必要的參考材料，而正是當時，一種元素的性質(zhì)隨原子量遞增而呈現(xiàn)周期性變化的基本思想沖擊了我�！睆拇怂辛嗣鞔_的科研目標，并為此付出了艱巨的勞動。
從1862年起，他對283種物質(zhì)逐個進行分析測定，這使他對許多物質(zhì)和元素的性質(zhì)有了更直觀的認識。他重新測定一些元素的原子量。因而對元素的這一基本特征有了深刻的了解。他對前人關于元素間規(guī)律性的探索工作進行了細致的分析。他先后研究了根據(jù)元素對氧和氫的關系所作的分類；研究了根據(jù)元素電化序所作的分類，研究了根據(jù)原子價所進行的分類：特別研究了根據(jù)元素的綜合性質(zhì)所進行的元素分類。有比較才有鑒別，有分析才能做好綜合。這樣，門捷列夫批判地繼承了前人的研究成果。在他分析根據(jù)元素綜合性質(zhì)而進行的元素分類時，他堅信元素原子量是元素的基本特征，同時發(fā)現(xiàn)性質(zhì)相似的元素，它們的原子量并不相近。相反一些性質(zhì)不同的元素，它們的原子量反而相差較小。他緊緊抓住原子量與元素性質(zhì)之間的關系作為突破口，反復測試和不斷思索。他在每張卡片上寫出一種元素的名稱原子量、化合物的化學式和主要的性質(zhì)。就象玩一副別具一格的元素紙牌一樣，他反復排列這些卡片，終于發(fā)現(xiàn)每一行元素的性質(zhì)都在按原子量的增大，從小到大地逐漸變化，也就是發(fā)現(xiàn)元素的性質(zhì)隨原子量的增加而呈周期往的變化。第一張元素周期表就這樣產(chǎn)生了。
隨著周期律廣泛被承認，門捷列夫成為聞名于世的卓越化學家。各國的科學院、學會、大學紛紛授予他榮譽稱號、名譽學位以及金質(zhì)獎章。具有諷刺意義的是： 1382年英國皇家學會就授予門捷列夫以戴維金質(zhì)獎章。1889年英國化學會授予他最高榮??法拉第獎章。相反地在封建王朝的俄國，科學院在推選院士時，竟以門捷列夫性格高做而有棱角為借口，把他排斥在外。后來回門捷列夫不斷地被選為外國的名譽會員，彼得堡科學院才被迫推選他為院士，由于氣惱，門捷列夫拒絕加入科學院。從而出現(xiàn)俄國最偉大的化學家反倒不是俄國科學院成員的怪事。
門捷列夫除了發(fā)現(xiàn)元素周期律外，還研究過氣體定律、氣象學、石油工業(yè)、農(nóng)業(yè)化學、無煙火藥、度量衡，由于他的辛勤勞動，在這些領域都不同程度地做出了成績。1907年2月2日，這位享有世界盛譽的俄國化學家因心肌梗塞與世長辭，享年73歲。
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