Таким образом, вопрос об истинных атомных весах щелочноземельных металлов, описание которых, как помогал Менделеев, должно было следовать непосредственно за описанием щелочных металлов, не был окончательно решён. В связи с этим возникал общий вопрос о соотношении атомных весов у элементов различных групп и о значении атомных весов при переходе от одной естественной группы элементов к другой.
В дальнейшем мы увидим, как у Дмитрия Ивановича сформируется в момент открытия периодического закона новые группы элементов, одна из которых включает в себя Cu, Ag и Hg, другая - Ca, Ba, Pb. В конце концов Менделеев решил всё же держаться первого наброска плана "Основы химии" и не помещать между щелочными и щелочноземельными металлами каких-либо "переходных" металлов.
В итоге всего сказанного можно довольно точно определить, что было написано Дмитрием Ивановичем до 17 февраля 1869 и что после. Всё говорит за то, что глава 1 и 2 были написаны до этой даты, т.е. ещё до открытия периодического закона, а глава 4 - после. Глава же 3 очевидно, была начата также до 17 февраля 1869 г., а затем дописана уже после этой даты.
День 17 февраля 1869 г. был во всех других отношениях самым обычным понедельником. Итак, имея отпускное свидетельство в кармане и буквально "сидя на чемоданах", Дмитрий Иванович встретил утро понедельника 17 февраля 1869 г. Утром этого дня он получил от Вольного экономического общества два документа, оба за подписью секретаря А. И. Ходиева: один - личное письмо Хомиева; другой - извещение от имени Совета Общества. Именно на первом письме Менделеев сделал записи истории открытия периодического закона. Оба документа касались поездки Дмитрия Ивановича на артельные сыроварни.
В тот момент, когда Менделеев вплотную подошёл к написанию следующей главы, которую следовало посвятить либо щёлочноземельным либо "переходным" металлам. В такой момент и застало его письмо Ходиева.
Записи на письме позволяют ответить ещё на один существенный вопрос: каким путём пришёл Дмитрий Иванович к своему открытию? Записи Менделеева на письме Ходиева свидетельствуют о том, что Дмитрий Иванович начал делать своё открытие сравнения групп несходных элементов по величине их атомных весов. Если не считать сопоставления Cl c K в верхнем углу листка, то можно сказать, что на первом, начальном этапе своего открытия Дм. Ив. Сопоставил две группы, охватывающие всего 8 элементов:
Na K Pb Cl
? Li Mg Zn Cd
Это сопоставление двух групп и составило первый этап открытия периодического закона в день 17 февраля 1869 г.
Чтобы сравнить две группы необходимых элементов по атомным весам, надо было сопоставить сразу не 2 произвольно выбранные группы, а несколько групп причём сопоставить их так, чтобы они вплотную примкнули одна к другой без образования громадных пустых промежутков.
Листок бумаги с названными таблицами имеет дату: 17 февраля 1869 года. Упомянутый листок содержит 2 таблицы - верхнюю и нижнюю: обе они неполные. Рассмотрим каждую отдельно. Начнём с верхней. Прежде всего, Менделеев, по-видимому, заполнил три верхние строки, находящиеся под датой, занеся на них группы F, O и N. Затем он, пропустив строчку, написал группу H - Cu.
Отличие записей, которые Дм. Ив. Стал делать на новом листке бумаги, состояло в том, что теперь он начал сопоставление групп элементов не со щелочных металлов, а с галоидов, поэтому в порядке убывания атомных весов за галоидами должны были идти неметаллы - группы O, N и C.
Итак, Дмитрий Иванович стремился избежать пропусков между двумя значениями атомных весов, подписанных один под другим так, чтобы между ними нельзя было поместить элементы с каким-либо промежуточным значением атомного веса.
Возник вопрос о том, как от органогенов и галоидов, описанных в 1-ой части "Основы химии", перейти к металлам и тем неметаллам, рассмотрению которых отводилась 2-я часть книги.
И всё-таки был найден переход от неметаллов к наиболее сильным металлам через так называемые переходные металлы, но лишь с разницей, что теперь эти металлы образовали собою переход не между щелочными и щёлочноземельными металлами, а между неметаллами и щёлочными металлами.
Итак, верхняя таблица включила в себя уже не 4, а 6 групп, охватывающих уже не 15,а 26 элементов.
Наконец, уже к концу составления верхней таблицы Менделеев включил в неё и Hg=200. Итак, таблица в заключительный момент включала уже 7 групп, а общее число вошедших элементов 31, т. е. Половина всех известных в то время элементов. При этом число основных столбцов увеличилось от 4 до 5 и наметился промежуточный столбец. Что же касается оставшихся 32 элементов, ещё не включившихся в таблицу, то их число, кроме изученных элементов, входили все малоисследованные элементы, химические свойства и атомные веса, у которых не были достаточно изучены. А без этих данных включение их в общую таблицу элементов не могло не вызывать огромных трудностей и неясности. При составлении нижней таблицы Менделеев учёл положительной результат, достигнутый в ходе предшествующей своей работы по составлению групп элементов. Итак, уже в начале составления нижней таблицы в ней было включено 6 сопоставленных друг с другом групп в которые вошли 23 элемента. Все элементы были вполне выдержанными для всех 23 элементов.
Но особенно важно подчеркнуть, что атомные веса вписывались именно столбцами, а не в строчку. Это означает, что уже к этому моменту Дмитрий Иванович стал рассматривать связи элементов в составляемой им в таблице не только в разряде групп(по горизонтали), но и в разрезе будущих рядов и периодов(по вертикали). Однако в дальнейшем Менделеев продолжает заносить элементы в свою таблицу горизонтальным рядом(т.е. группам), а не вертикальными(т.е. периодами), за исключением, возможно, пятого основного столбца и первого промежуточного.
После того, как проверка показала, что принятый принцип сближения несходных элементов вплотную по величине их атомных весов нигде не нарушен, можно идти дальше, можно было продолжать переносить группу элементов из верхней таблице в нижнюю, а одновременно попытаться расширить нижнюю таблицу путём включения в неё новых групп, которые отсутствовали вовсе в верхней таблице.
Итак, уже на этом этапе открытия фактически уже вставал вопрос о выборе одной из двух форм системы элементов: длинной, которая соединяет в одну группу только полные аналоги, и короткой, которая включает в одну группу, наряду с полными также и неполные аналоги. Число сопоставленных в ней групп достигло рекордной цифры 10, а число охваченных его элементов - 41. При этом число столбцов увеличилось до шести за счёт одного основного(пятого) и одного промежуточного.
Мы подходим к концу процесса сопоставления нижней таблицы. Этот момент стоял в выделении ещё одного столбца, но уже не в конце системы из числа наиболее лёгких элементов, обладающих наименьшими атомным весом. Так или иначе, но Li и Be образовали собой новый столбец. Какой же результат получился у Менделеева при составлении нижней таблицы элементов? Рассматривая его, можно сказать так: хотя нижняя таблица пополнилась 11 новыми элементами, которых не было в верхней таблице, тем не менее, обе эти таблицы являются неполными: первая из них охватила только половину всех элементов, вторая 2/3 из них.
Для Дмитрия Ивановича становилось ясно, что составлением нижней таблицы была решена только первая, причём далеко не самая сложная и трудная часть задачи; предстояло же решить оставшуюся часть задачи с размещением элементов на периферии формирующейся системы.
Подведём общий итог первого этапа открытия периодического закона.
Именно для того, чтобы как можно удобнее, быстрее и безошибочнее разместить элементы на периферии формирующейся системы элементов Дмитрий Иванович прибёг к карточкам.
Таким образом, на основании данных собранных в списке элементов, составлялась довольно детальная картина в отношении каждого отдельного элемента, вполне достаточно для того, чтобы составить карточки для всех элементов.
Когда карточки для всех 63 элементов были написаны, Менделеев, не прибегая ещё к своему "химическому" пасьянсу , установил порядок включения в свою готовящуюся систему отдельных категорий элементов. Но так как все элементы были изображены теперь на карточках, то можно предположить, что разбивка их на различные категории выражалась в разбивке их карточек на несколько кучек. В таком случае те элементы, с которых Менделеев намеревался начинать составление полной таблицы элементов в первую кучку карточек, затем следовала вторая их кучка, содержавшая карточки элементов, которые должны были вносить в таблицу во вторую очередь и т.д.
В первую кучку входило 27 элементов:
Li, Na, K, Rb, Cs;
F, Cl, Br, I;
O, S, Se, Te;
N, P, As, Sb, Bi;
C, Si, Sn;
Mg, Zn, Cd;
Cu, Ag, Hg.
Последняя кучка состояла из 5 элементов сомнительных:
Nb, Ta;
Th;
Er, Y.
Если теперь из общего числа 63 элементов вычесть 27 ясных и 5 сомнительных, то останется ещё 31 элемент.
В одну кучку вошли элементы с атомным весом меньше 70; условно эти элементы можно назвать "лёгким".
В другую кучку вошли все элементы с атомным весом более 70; условно их можно по этому назвать "тяжёлыми". К числу легких относится 14 элементов, их карточки составили 3-тью кучку. За ними следовало последняя, следовательно, 4-ая по счету кучка сомнительных элементов.