Como señalan Jayaruwan y Alfred, Mendeleev notó que algunos de los elementos tenían ciertas propiedades que sugerían que podrían estar relacionados de alguna manera entre sí. Por ejemplo, los halógenos son un grupo de elementos con olor acre que son altamente reactivos con muchos metales y que forman ácidos poderosos cuando se combinan con hidrógeno. Algunos metales, como el sodio y el potasio, también parecían estar relacionados, formando bases poderosas, difíciles de aislar químicamente y combinándose con entusiasmo con halógenos. Mendeleev buscó formas de colocar los elementos en una tabla que colocara estos elementos aparentemente relacionados en las mismas columnas, mientras los ordenaba por sus pesos atómicos.
Cuando se topó con un arreglo que capturó estas relaciones entre elementos, vio que podía predecir las propiedades de los elementos aún no descubiertos (y, por supuesto, dónde encajaban en la tabla), y podía ver nuevos patrones entre los elementos relacionados. Los elementos quedaron tan bien colocados que incluso pudo detectar casos en los que las mediciones publicadas de las propiedades atómicas probablemente estaban equivocadas, y luego corrigió algunas de estas mediciones incorrectas.
Mendeleev no fue el único químico que sospechó un patrón, una periodicidad, en la disposición de los elementos, pero percibió el patrón más profundamente y predijo nuevos elementos. Lo que hace que esto sea aún más notable es que no tenía idea de por qué existe esta periodicidad. Sólo más tarde se descubrió que se derivaba del número de electrones en la capa externa de cada átomo.
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