拉瓦锡奠定了化学元素学说之后不久，在19世纪开始的几年，道尔顿的化学原子学说把原子论与元素学说统一起来，成为有机整体，使化学成为一门独立科学。
1803年道尔顿发表的原子学说有下面三个要点：
(1) 元素（单质）的最终粒子称为原子，它们极小，是看不见的，是既不能创造，也不能毁灭和不可再分割的，它们在一切化学变化中保持其本性不变。
(2) 同一种元素的原子，其形状、质量及各种性质都是相同的。每一种元素以其原子的质量为最基本的特征。
(3) 不同元素的原子以简单数目的比例相结合，形成化学中的化合物，同一种化合物粒子的质量为所含各种元素原子质量之总和，其组成、形状、质量和性质也相同。
以上诸点在化学的发展史上具有划时代的历史意义。他还列出第一张原子量表。
将原子学说和当时物理学家研究的原子光谱结合起来，把光谱中的某一特征谱线和某种元素相联系。钠盐火焰呈黄色、钾盐呈紫色、铜盐呈翠绿色、钡盐呈草绿色、锶盐和锂盐呈鲜红色。得到某种金属和它的化合物给出相同的光谱的结论。按这结论，不但简便地检出某种元素是否存在，而且为新元素的发现及星球上存在什么元素提供了崭新的方法。铯、铷、镓、铟、铊等稀散元素就是在19世纪用光谱法发现的新元素。分析太阳光谱，表明太阳中有氢、钠、铁、钙、镍等元素。当时在地球上居然能测定出1．5亿公里以外太阳的化学元素组成，轰动了全球科学界。
利用光谱法对当时地球上还未发现，却存在于太阳上的一种新元素——氦（当时称它为太阳元素）进行分析，也是轰动科学界的大事。
从18世纪中叶到19世纪中叶的100年中，随着生产和科学实验的大发展，平均每两年半左右就有一个新元素被发现，到1869年已发现63种元素，对每种元素原子量的测定和各种元素的物理和化学性质都已有研究。这些丰富的资料给科学家们提出了一系列亟待回答的问题：地球上究竟有多少种元素？怎样去寻找新元素？各种元素之间究竟是否存在着一定的内在联系？
门捷列夫正是在这个客观条件比较成熟的时机于1869年发现了化学元素周期律。它为化学科学的发展提供了新的思想武器，推动着化学和社会发展。它也和自然科学的其他三大发现（能量守恒和转化定律、细胞发现和细胞学说、达尔文的进化论）一起，将科学界的自然观提高到新的境界。
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