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门捷列夫毕业后，科学院院士弗里茨惊讶门捷列夫的天分，也是出于爱才之心，特地给圣彼得堡中央师范学院院长写了一封荐举信，极力推荐门捷列夫的才能，指出他“在化学上很有进一步深造的必要”。
同时，学院委员会向上级主管部门提出申请，请求把门捷列夫和另外几个优秀毕业生留在圣彼得堡中央师范学院一年，准备硕士学位的考试。
但按照当初的协定，门捷列夫这样的旁听生在师范毕业后应到中学任教，而且，医生认为门捷列夫这个肺病患者应该到气候温暖一点的地方去，圣彼得堡的气候对于这位才能出众的青年的健康太有害了。
临行前，伏斯克列森斯基教授对他说：“你的翅膀已经长硬了，即使不在我的身边，你也会很出色的，而且会比我更出色。”
门捷列夫望着教授，想说什么却又说不出来。
伏斯克列森斯基拍了拍他的肩膀：“别说了，准备行装吧，你可以在敖德萨和辛菲罗波尔这两个南方城市里挑一个，因为你是优秀毕业生，你有挑选去向的资格。”
门捷列夫毫不犹豫地选择了敖德萨，因为那里有一个学术研究会，还有一个藏书量很大的图书馆，相比之下辛菲罗波尔没有这样的条件。
可是这位苦命的大学生，离开了昨天的不幸，又走上了一段新的苦难旅程。在沙皇统治下的俄国，国民教育部竟把敖德萨的名额分给了一个叫雅恩吉维奇的人，而给门捷列夫的派遣证却是到辛菲罗波尔的。
伏斯克列森斯基和门捷列夫本人都径直向国民教育部交涉，对方回答是：“名字有点相同，弄混了。”其实，这两人名字几乎毫无共同之处。任凭师生俩人如何请求，都无法改变成命。
1855年8月，门捷列夫不得不动身前往辛菲罗波尔，准备开始他当教师的生涯。
辛菲罗波尔是距离赛瓦斯托波尔很近的一座小城，而塞瓦斯托波尔在那时正是卫国战争时期。
1853年，为争夺巴尔干半岛的控制权，土耳其、英国、法国、撒丁王国等先后向俄罗斯宣战，这就是著名的克里米亚战争。
1854年9月20日，俄军在阿利马河畔失利后，在缅希科夫海军上将指挥下撤向塞瓦斯托波尔。
在敌众我寡，火炮的数量上及武器质量上均处劣势的情况下，塞瓦斯托波尔的官兵仍然坚持抗战了349天，最终于1855年9月8日被联军攻占。
门捷列夫来到辛菲罗波尔的时候，战争已经处于最后阶段，因此辛菲罗波尔堆满了军火，也住满了伤兵。
门捷列夫被派去教书的那所中学，由于战争的原因根本无法开课，而图书资料和仪器设备的缺乏，使科学研究更是成为一句空话。习惯于不间断地学习和工作的门捷列夫，十分苦恼。
门捷列夫酷爱和平，他坚定地认为俄国必须改革其社会政治制度。作为一个爱国者，他又希望俄国的领土不受侵犯。
门捷列夫的姐姐巴萨尔金娜给门捷列夫写信说：“我很担心你会受到前方战事的诱惑。你不会给战争带来什么帮助，相反会断送你的前程。你现在最重要的是寻找名医，把你的身体调理好。”
姐姐的担心是多余的，门捷列夫已然认识到，导致这场战争失败的直接原因是当时俄国落后的经济能力。他更加清楚地认识到，作为科学家的社会责任，最根本的就是要使国家强大。他反对俄国去侵略别国，也不希望别国侵犯自己的祖国。
门捷列夫在时刻关注战事的同时，听从了亲人和朋友的劝告，积极地寻找名医。幸运的是他结识了一位医术精湛的战地医生——比罗果夫，并与他成为莫逆之交。
比罗果夫为门捷列夫做了全面的检查后，发现他患的不是肺结核，而是一种并不危险的心瓣膜病。至于偶尔的咯血，不过是喉头出血症罢了。只要对症下药，这种病是完全可以治愈的。
一直压在门捷列夫心头的一块石头终于被搬开了，他顿时感到一阵轻松。世界原来是如此的美好，上天对自己又是何等的仁慈！可以说比罗果夫给了门捷列夫第二次科学生命。
诊断正确了，再服用些对症的药物，门捷列夫的病情开始快速地好转。但是由于战乱的原因，辛菲罗波尔的物价飞涨，加上这里也不具备起码的工作条件，门捷列夫的心又飞到了他早就希望去的敖德萨。
立秋后的10月30日，寒冷正降临到辛菲罗波尔。门捷列夫穿上能勉强御寒的短皮大衣，脚蹬熊皮靴，口袋里揣着仅有的一个月的薪水，满怀希望地动身前往敖德萨。
门捷列夫凭着大学毕业的资历和成绩，很快在敖德萨历史最悠久的学校——西里尔耶夫学术研究会附属敖德萨第一中学，找到了教书的工作。
这里没有受到战争的影响，它作为文化中心的地位依然如故，而且这里的实验室条件、图书馆条件都比较好。门捷列夫在授课之余，利用那里大学的实验室和图书馆，准备自己的硕士论文《论比容》。
这是一个介于化学和物理学之间的课题。比容是单位质量所占有的体积，不同的物质有不同的比容。当物质发生物理变化或化学变化时，其比容也会发生相应的改变。
门捷列夫进行了许多研究，最后集中在一个月的时间里，完成了自己的硕士学位论文。
《论比容》不是实验的结果，但它也不是普通的文献引用，而是实实在在的理论研究的成果。文中论题从当时围绕化学基础理论问题展开的争论而切入，并以其为背景进行论述。
这篇论文是深入、细致研究的结果，不仅显示了门捷列夫惊人的总结能力和广博的化学知识，并且指出了比容使人们可能根据固体的体积来区别“取代现象”和“化合现象”，以及根据比容进行化学化合物的自然分组的途径。
在这篇论文中，门捷列夫非常自信地写道：“牛顿预言的时代无疑将会到来，那时许多化学过程将从属于力学定律。”
写完这篇论文，门捷列夫长长地舒了一口气。几个月前，还有人预言他将成为一个终生需要别人照顾的残疾人，而比罗果夫医生则明确地说：“你可以实现你的科学家之梦。”
如今，论文写出，门捷列夫又向前迈进了一步。没有疾病的困扰，他的心情特别舒畅。
1856年5月，门捷列夫向校长请了3个月的假，前往圣彼得堡参加硕士毕业考试。校长相信这位青年人的才能，很快地批准了门捷列夫的请求。
人们再次见证了门捷列夫非凡的实力：在所有的考试科目中，门捷列夫都获得了最高的评价。
但由于那篇《论比容》的论文要秋天才能印出来，毫无疑问，答辩最早得9月份才能进行。门捷列夫的导师伏斯克列森斯基教授认为自己的学生会毫无困难地取得硕士学位，并且很快成为一名副教授，因而劝他不必再回敖德萨去。
门捷列夫说：“可是，第一，在敖德萨我还得再干一年才到期。第二，在这里也没有空缺职位。”
“你可以先在我那里帮我干一段时间，顺便去四周走走，看看大自然，这几年你真的太累了。”
门捷列夫想了想，接受了伏斯克列森斯基教授的提议，他非常希望能够再在这位教授身边工作，在那里学到的不仅是知识，还有许多做人的道理。
就这样，门捷列夫在圣彼得堡留了下来。到了秋天，他参加了论文答辩。答辩委员们一致公认门捷列夫的论文无懈可击。
门捷列夫后来曾不止一次地强调指出他最初的研究工作对于发现周期律的意义。
他说道：“要知道，同晶现象也就是各种不同的物质形成同样结晶形状的能力，是同族化学元素的一种典型属性。比容，即密度的倒数，也是一样，它正像我后来所观察到的一样，是当单质的原子量增加时，单质周期性和重复性的最鲜明例证之一。”
圣彼得堡大学号称俄罗斯最高学府，当年被这所大学傲慢地拒绝了的门捷列夫，如今以辉煌的成绩“敲”开了它的大门，获得了物理和化学硕士学位。
门捷列夫虽然才智过人，但毫不恃才傲物，他更懂得时间对于一个人，特别是对一个科学工作者的意义。戴上硕士帽仅仅3天，他就向圣彼得堡大学校方呈上了一份申请书，允许他答辩另一篇旨在取得讲课资格的学术论文：《论含硅化合物的结构》。
校方已开始对这个年轻人有所了解，于是同意他一个月后正式答辩。在这篇论文里，门捷列夫娴熟地运用了有关玻璃制造工艺的实用知识，使制造玻璃的许多方法有了科学的理论依据。
这次答辩又获得了巨大成功。圣彼得堡大学明确地认可了门捷列夫具备在这所“俄国第一校”任教的能力。
这位来自托博尔斯克的西伯利亚青年，终于用实际行动，报答了母亲的养育之恩。
1857年1月，门捷列夫被批准为圣彼得堡大学化学教研室的副教授，那一年他刚刚23岁。他负责教化学，同时也担任了秘书一职，教学和组织工作让他变得异常繁忙，但他依然坚持科学研究，并不断有论文在国内外的杂志上发表。
人们一致认为：这个年轻的副教授将会成为继俄罗斯化学泰斗齐宁和伏斯克列森斯基后的化学界的一颗新星。