于是，门捷列夫开始试着排列这些元素。他把每个元素都建立了一张长方形纸板卡片。在每一块长方形纸板上写上了元素符号、原子量、元素性质及其化合物。然后把它们钉在实验室的墙上排了又排。经过了一系列的排队以后，他惊奇地发现元素的性质随着原子量的递增而呈周期性的变化，即元素周期律。
根据元素周期律，门捷列夫将当时已知的63种元素列成一个周期表，从而初步完成了元素系统化的任务。他还在表中留下空位，预言了类似硼、铝、硅等未知元素的性质，并指出当时测定的某些元素原子量的数值有错误。
若干年后，他的预言都得到了证实。门捷列夫工作的成功，引起了整个科学界的震惊。好多外国科学院纷纷聘请他为名誉院士。一次，有个记者问他是怎样想出周期律的，门捷列夫听了大笑：“这个问题我考虑了20年之久，而您却认为我坐着不动，5个戈比1行、5个戈比1行地排列着，突然就成功了？”
从立志做这项探索工作时起，门捷列夫就不怕指责，不怕嘲讽，花了20年的时间，才把化学元素从杂乱无章的迷宫中分门别类地理出了一个头绪。人们为了纪念他的功绩，就把元素周期律和周期表称为门捷列夫元素周期律和门捷列夫元素周期表。
门捷列夫是一位精力充沛、成绩卓著的科学家。除化学外，他还研究过气体定律、气象学、石油工业、农业化学、无烟火药、度量衡等。由于他总是日以继夜地顽强地工作，在他研究过的领域中，都在不同程度上取得了成就。这位享有世界盛誉的科学家，因心肌梗塞与世长辞了。但他给世界留下的宝贵财产，永远存留在人类的史册上。
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