Для понимания истории открытия Периодического закона необходимо прежде всего выяснить, каких именно концепций и теорий Менделеев придерживался, приступая к работе над "Опытом". В этом отношении особый интерес представляют три физико-химические концепции, которые составили фундамент "химической философии" русского ученого и которые в то же время имеют непосредственное отношение к открытию Периодического закона: Химическая энергия, Масса, Химический элемент.

Перечисляя в предисловии к первому изданию "Основ химии" "обобщения и гипотезы, которые отчасти или вполне принадлежат лично" ему, Менделеев первым упоминает понятие о химической энергии. Эту энергию, по мысли ученого, "можно рассматривать как особый вид движения, подобно теплоте". Запас химической энергии "увеличивается и уменьшается при образовании новых тел , но не уничтожается совершенно ни при каких соединениях". Химическая энергия (а по смыслу менделеевских рассуждений - это кинетическая энергия), зависит от сил химического сродства. "Что при химических процессах, - писал Менделеев, - непременно должно существовать движение, определяемое силою сродства, это несомненно уже из одного того, что различные вещества ... превращаются в однородное целое; следовательно передвижение в частицах неизбежно должно было существовать. Это передвижение должно остановиться, лишь тела соединятся, а прекратившееся движение принимает другую форму, становится теплом, и потому количество теплоты определяет меру быстроты движения и энергию, с которою тела соединяются между собою " (курсив - И. Д.). Таким образом, каждое тело, простое и сложное, находится "в состоянии движения, имеющего другую форму, чем тот род движения, который определяет температуру тела. Этот род движения, свойственный каждому телу и определяющий возможность его соединения с другими телами, и составляет характеристику энергии, свойственной каждому телу". При этом Менделеев отмечает, что химическая энергия сложного тела "будет меньше /энергии/ отдельных его составных частей, если при образовании такого сложного тела произошло выделение тепла". Отсюда следовало, что химическая энергия любого атома всегда выше химической энергии любого простого и сложного тела.

Химическую энергию и отвечающую ей силу химического сродства "следует отличать от энергии и силы сцепления, которая также действует на бесконечно малое расстояние", но определяет "другое распределение материальных частиц". "Данная материя притягивается и к соседним однородным частям и к соседним разнородным и, смотря по тому, какое из притяжений (сцепление или химическое сродство. - И. Д.) берет верх, наступает химический процесс или его не совершается".

Менделеев отдавал себе отчет в том, что подобные представления о природе химических процессов "имеют ... в себе весьма много мечтательного, неясного, произвольного, вызываются общечеловеческой практикой везде отыскивать борьбу и ее причины". Однако, сознавая известную расплывчатость понятия химической энергии, он тем не менее широко пользовался им в своем учебнике. Каждый химический элемент, каждое простое тело наделены определенным "запасом силы к образованию новых сложных тел", т. е. определенной химической энергией. По мере усложнения состава запас этот уменьшается, "расходуется до того, что получаются не энергические сложные тела". Повысить химическую энергию тела можно, соединив его с другим, более "энергическим" телом, простым или сложным. Например, реализовав следующую последовательность превращений:

В этом приведенном Менделеевым примере проявляются две важные особенности понимания им проблемы генезиса свойств:

- способность соединения вступать в химические реакции определяется не только его качественным (элементным) составом, но и количественным, т. е. общей массой данного элемента. Казалось бы, это совершенно тривиальное утверждение. Но за ним стояли совершенно нетривиальные для того времени проблемы: чем, к примеру, определяются индивидуальные свойства N2O5, в частности, кислотный характер этого оксида? Характером (химической энергией) азота в степени окисления равной пяти или обилием кислорода (74,1 %), в силу чего "действует уже ... энергия, кислороду свойственная"?;

- "в соединениях сходственных тел остается вся почти свойственная им энергия к образованию тех или других превращений", "тела, несходственные между собою, если вступают в соединения, то образуют вещества с измененною энергиею", а следовательно, свойства последних заметно отличаются от свойств образовавших их простых тел. К примеру в NaCl "исчезли свойства первоначальных тел, подвижность, легкость реакции, словом, химическая энергия этих последних выделилась или исчезла, перешла из скрытого состояния в явную теплоту в момент соединения. В виде того значительного количества тепла, какое сопровождает подобное соединение, утратились и физические и химические свойства первоначальных веществ".

Сказанное имело прямое отношение к таксономическим проблемам химии. Если в частице (молекуле) сложного тела свойства образующих ее атомов "утратились" (как и свойства отвечающих им простых тел), то каким образом систематика атомов (или простых тел) - какой бы она ни была! - будет связана с систематикой сложных тел? Для Менделеева это был отнюдь не праздный вопрос, ведь он действительно еще со студенческой скамьи "чувствовал, что должно существовать обширное обобщение" , но только не то, о котором упоминал И.Д. Менделеев. Речь шла о создании "общей системы, в какой можно расположить все тела, сравнивая их по форме и по составу". При этом, отталкиваясь от идеи Жерара и Лорана о том, что "все тела органические и неорганические построены на один манер, по общим законам", Дмитрий Иванович надеялся построить всеобъемлющую классификацию, естественную систему, охватывающую и минеральные, и органические, и простые, и сложные тела. Однако, как выяснилось, "дело крепче, чем кажется на первый взгляд".