1834年2月，门捷列夫生于俄国西伯利亚的托波尔斯克，是父母的第14个孩子。他父亲本是一所中学的校长，就在他出生不久，父亲突然双目失明，只好退休回家。门捷列夫出生后，家庭和社会似乎都没有向他表示多少欢迎，反而遭受了一连串的困苦。3年后，他父母先后去世。
门捷列夫在艰苦的条件下，发奋学习，好不容易才读完了中学。由于山区学校条件很差，教学质量也差，加上经济困难，他根本不可能也不敢报考名牌大学，在舅舅的资助下，他报考了不收学费的彼得堡师范学院。
毕业后，门捷列夫到中学任教。他一边教书，一边研究。1856年，他带上《论比容》一文重返彼得堡，获得了硕士学位。22岁时，他被该校任命为副教授。后来，他到德国深造。1865年，获得博士学位，成为彼得堡大学的教授，那时门捷列夫年仅31岁。
门捷列夫原来是教有机化学的，后来改教无机化学。他认为当时的教科书都不能反映化学发展的最新成果。于是，他准备自己重新编一本教科书。谁知，还未动笔，就碰到了一大堆困难，因为化学发展较快，又因长期以来，无人很好地加以总结，整个无机化学一团糟，使他无从着手。怎么办呢？他想，要想编书，首先得理出个头绪来。当时发现的化学元素已达60多种，这些元素间有没有内在联系？能否从中找出什么规律？他决心由此开始研究。
一入手才知道，原来早就有不少化学家开始探索化学元素之间的联系了。门捷列夫很高兴，说明自己这样做是抓住了问题的关键。当时各种元素被分成金属、非金属、气体和土质四大类。到1829年，已发现的化学元素达到63种。德国化学家德贝莱纳挑出其中的15个元素，按性质分为一组，共分出五组，称为“三素组”。德国的迈耶尔制出了“六元素表”，英国的纽兰兹则发现了“八音律”等等。虽然这些分类方法都各有道理，但谁也没有真正找出这些元素之间的内在联系及其相互关系。
门捷列夫仔细分析了前人的研究成果，从中受到了一些启发，也发现了许多不足之处。一连几年，门捷列夫都在苦苦思索编排元素表的事，十分劳累，常常伏在办公桌上睡着了。
有一次，他做了一个梦，梦见自己在打扑克，而手里的扑克牌恰好每张上标着一种元素。不知怎么，玩了一会儿，自己竟把元素排列分类了，并且画了一张表，将元素填进去了，元素表就出来了。他十分高兴，乐得直笑，这一笑就笑醒了。
这个梦使门捷列夫受到启示，他真的找来硬纸，剪成和牌一样大小的纸片，每张纸片都写上一种元素的名字、主要性质和原子量等。这副纸牌共63张，因为当时人们已发现了63种元素，其中金属元素48种，非金属元素15种。
做好“牌”以后，门捷列夫独自玩起来，他一会儿按元素原子量的大小依次排列，一会儿又按元素的性质排列。左排右排，并不断地调换各张纸牌的位置，一连玩了几个昼夜，也没排出个名堂来。
这确实是一种特殊的牌，其玩法也特殊，一个人玩，不分输赢，一般人绝对不会感兴趣。可门捷列夫的“牌瘾”特别大，常常一个人饶有兴趣地玩。经反复推敲，他发现了一种有趣的现象，即在某一元素后，每隔7个元素，便会出现与该元素十分相近的元素。他的结论是：元素的性质与元素的原子量成周期性的关系。根据这一规律，门捷列夫将63种元素排列成一张表。1869年2月，他完成了第一张正式的元素周期表。
随后，门捷列夫见不断有消息报道，某人发现了某种新元素。他从中受到启发，这说明还有许多新元素未被人发现。因此，他在给元素安排席位的时候，就给那些姗姗来迟者都留有一席之位，以示欢迎这些迟到的客人。
1875年，法国化学家布瓦博德朗发现了“镓”这种新元素，并测得其密度为4．7。门捷列夫看了布瓦博德朗的论文后，立即写信说：“镓是我4年前就预言到的一种类铝元素……但您测得的密度与我预言的相差较大，我推测的为5．9到6，您测得的为4．7，建议您最好重测一下镓的密度。”
布瓦博德朗收信后觉得非常奇怪：镓是我最先发现的，全世界只有我有一毫克镓。你见都未见过，怎能说我把密度测错了，简直是莫名其妙！他马上回信：“肯定没错！”不过，他还是重新测了镓的密度，但几次则得的结果均为5．94。布瓦博德朗惊奇不已：真是神机妙算啊，怎么恰好在门捷列夫预言的5．9－6之间呢？
这一消息很快传遍了欧洲，科学界震惊了。与此同时，门捷列夫也因发现元素周期表而扬名世界。
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元素周期表口诀
一价钾钠氢氯银二价氧钙钡镁锌；三铝四硅五价磷二三铁、二四碳；
一至五价都有氮铜汞二价最常见；正一铜氢钾钠银正二铜镁钙钡锌；
三铝四硅四六硫二四五氮三五磷；一五七氯二三铁二四六七锰为正；
碳有正四与正二再把负价牢记心；负一溴碘与氟氯负二氧硫三氮磷。
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