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Elaboró una lista de 33 elementos conocidos hasta ese momento.

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Descubrió el torio, el cerio y el selenio y fue el primero en aislar el circonio, el silicio y el titanio. También perfeccionó la tabla de los pesos atómicos de los elementos publicada por Dalton, corrigiendo sus errores.

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Estableció la hipótesis de que el átomo del hidrógeno era el único realmente fundamental, y que los átomos de los demás elementos eran en realidad agrupaciones de varios átomos de hidrógeno

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Fue un químico alemán que descubrió las tríadas en ciertos elementos químicos.
Tríadas de Döbereiner: Döbereiner descubrió tendencias en ciertas propiedades de grupos seleccionados de elementos.

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Mendeleev diseñó un cuadro compuesto por 7 Filas (períodos) y ocho columnas. Al conjunto de elementos en la fila vertical lo llamó familia o grupo por tener propiedades semejantes. A diferencia de la tabla de Newlands, la de Mendeleev relaciona familias. Mendeleev prevé las propiedades químicas y físicas de tres elementos que años después serían descubiertos.

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Construyó un grafico de periodicidad del volumen atómico versus la masa atómica, que indicó que las relaciones entre propiedades son periódicas con respecto a la masa atómica.

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Su principal contribución a la ciencia fue la justificación cuantitativa del concepto de número atómico mediante la Ley de Moseley. En química avanzada proporcionó un apoyo fundamental al modelo atómico de Bohr definido con detalle por Rutherford y Antonius van den Broek, mencionando que los núcleos atómicos contienen cargas positivas iguales a su número atómico.