门捷列夫皱着眉头思考着，每一种元素都有几十种性质，究竟是哪一种性质决定元素的规律呢？是元素的颜色吗？不是。固体的碘是紫黑色的，可是一加热，却变成了紫色的蒸气，磷有红磷，还有白磷……元素的颜色是随着外界条件的改变而改变的。
是元素的化合价吗？也不是。元素在生成不同化合物时化合价也不一样。如铁和硫生成硫化亚铁时是正二价，但是和氯生成氯化铁时却变成了正三价。
元素的比重、沸点、硬度、导电性、磁性等也都是随着外界条件变化而变化的。
门捷列夫把目光盯在了原子量上。每一种元素都有它独有的原子量，不管物质是冷的还是热的，不管是红色变种还是白色变种，也不管它和另一种元素生成什么新的化合物，原子量总是不变的，它就好像是元素的身份证。元素的性质应当由这个基本的特征来决定。
门捷列夫想到这一点，但那还只是一个模模糊糊的线索，是不是这样，还要靠事实来验证。
门捷列夫开始摆弄起他的63张纸牌来。
他先按照德贝莱纳那样，把卡片分在三个一组，按原子量大小排列，但是毫无结果。他又打乱了重新排列，一遍又一遍……当他按照原子量的大小把性质相似的元素排成一横行，依次一排排排下去时，惊人的事情出现了，原来杂乱无章的元素，现在关系变得清楚了：
从横行来看，一行元素随原子量增加性质越变越活泼。如锂、钠、钾、铷、铯：锂最轻，也最安静，放到水里只发出丝丝的声音，不像这一排的其他元素会着火；钾呢，比钠还要活泼，铷更加活泼；而排在最后的铯，在空气中一秒钟也不能呆，自己就会燃烧起来。
从竖行看，排在一行的元素性质随着原子量变化有规律地变化着，每隔7个元素又重复着上个周期元素的性质，以原子价变化为例：
元素：锂铍硼碳氮氧氟原子价：+1+2+3+4-4+5-3-2-1元素：钠镁铝硅磷硫氯原子价：+1+2+3+4-4+5-3-2-1就像在操场上玩耍的一群穿着红红绿绿衣服的孩子，原来看不出规律，现在让他们按照个子高矮排成一行行，结果发现每一竖行小孩的衣服颜色都是按红橙黄绿青蓝紫变化的，而每一个横行衣服虽基本都是一个颜色，却越变越深，如从粉到深粉到红到深红……
门捷列夫万分激动，他找到了这个规律，那就是元素的性质和它们的原子量之间有周期性的关系。
不过，且慢，这支“队伍”并不是那样听话的，总有一些“调皮鬼”不遵守纪律，只要有一个元素不符合，这个规律就还不能算成立。
门捷列夫仿佛着了魔，无论白天还是黑夜，在讲台上还是在实验室里，在家中还是在大街上，他都在想着他的元素系统，不时又跑到实验室，对每一处有疑问的地方作实验，验证着他的想法……
1869年2月底，门捷列夫的第一个元素周期表排出来了。3月6日，他应邀到俄罗斯化学会上报告他的发现，可是就在会议前夕，他突然病倒了。最后只好由他的朋友舒托金代他宣读了他的论文，报告了他的伟大发现：1.按照原子量大小排列起来的元素，性质呈现明显的周期性；2.原子量的大小决定元素的性质；3.可以预测未知元素的发现；4.知道某元素的同类元素后，可以修正该元素的原子量。
两年后，门捷列夫又修改了原来的周期表，把竖排的表格改为横排，突出了元素的周期性和族的规律性，并划分了主族和副族，这样元素的系统性就更清楚了。这个周期表已基本具备了现代周期表的形式。
在门捷列夫发现周期律的同时，我们前面提到了那位德国科学家迈尔也获得了突破性进展，独立地发现了周期律。他修改了他的元素体系，于1869年制作了元素周期表，明确指出元素性质是原子量周期的函数。与门捷列夫的第一个表相比，迈尔对族的划分更加完美。
他们两人同时发现了周期律，也正说明了周期律发现的客观条件已经成熟了。
门捷列夫的预言
你也许会想，把元素按照它们的原子量大小一个挨着一个写下去，周期律就自动显示出来了，这是多么简单的事情啊，怎么会有那么多科学家没能一下成功呢？
问题远不是你想像得这样简单，没有广博的化学元素的知识，没有丰富的想像力，没有正确理论的指导，是不可能发现元素周期律的。
当时，有两大难题摆在人们面前：一是许多化学元素还没有被发现，我们今天知道的化学元素有110个，当时只发现了69个，就好比排队时，许多队员都溜走了，你怎么知道该在哪儿给他们留下位置呢？
第二个难题是当时许多元素的原子量测定得不准确，是错的。作为排队依据的原子量本身就有错，排出的队怎么可能正确呢？既然不是真正按元素原子量大小排的队，那么元素变化的周期性当然也就被打乱了。
迈尔就是被这两个问题给难倒了。他没有给未知元素留下空位置，当原子量与他的理论矛盾时，他只好抛弃了按原子量大小排队的原则，把元素的位置任意颠倒，结果元素性质变化还是不能很好符合他的八音律，因此，人们一下就抓住了他的把柄，把他给问倒了。
只有门捷列夫巧妙地解决了这些难题。
他大胆地修正了一些元素的原子量。
如按当时原子量的大小，铍应当排在碳和氮之间，可是这样一来，元素化合价有规律的变化就给破坏了。门捷列夫观察了铍以后的元素，排列都很有规律，又查看了前边的元素，发现了一个漏洞，锂和硼之间原子量相差较大，好像缺少了一个元素，而碳和氮之间原子量相差很小，铍夹在中间好像多了一个元素。如果把铍移到锂和硼之间，化合价立即变成有规律的变化了，可是原子量由小到大的排列顺序却给破坏了。可能性只有两种，或是铍的原子量测错了，或是元素的规律性变化不是由原子量决定的。
根据锂和硼的原子量大小，他毅然抹掉了铍的原子量是13.5这个数字，工整地写下了9，然后跑到实验室重新测定铍的原子量。果然铍的原子量是9而不是13.5，是前人把铍的原子量测错了。
就这样，门捷列夫还修正了铟、镧、钇、铒、铈、钍、铀的原子量，并不顾当时公认的原子量，改排了锇与铱、铂与金、碲与碘、钴与镍的顺序，提出重新测定这些元素原子量的建议。
后来，科学家们经过测定，证明了门捷列夫的修正值是正确的，门捷列夫对这几种元素位置的改排也是正确的，不过碲与碘、钴与镍位置为什么要颠倒，那是到后来人们发现原子序以后才解释清楚的。
对未知的元素，门捷列夫根据元素周期律及前后元素的性质，给它们留下了空位置，并且预言了这些元素的性质，甚至在什么样的情况下被发现。其中最有名的三个未知元素就是类硼、类铝、类硅。
门捷列夫是怎样想到并敢于这样做的呢？他曾对他的朋友这样说过：“许多不明了的地方使我为难，但我没有一分钟怀疑过我所做的结论的正确性。”
是的，门捷列夫坚信他发现的周期律是一个普遍的规律，一切元素的性质和他们的原子量是相关的，每一个元素都不是孤立地住在它的小房子里的，而和它四邻的元素性质有密切的关系。对四邻元素性质掌握得越清楚，就越能推算出中间元素的性质。
掌握了规律，并用规律能动地指导实践，作出科学的预测，这正是门捷列夫比他同时代其他人高明的地方。
不过，在当时的一些化学家看来，门捷列夫那么自信地修正一些元素的原子量，并预言一些不存在的元素，这简直是太狂妄了！他们批评道：“这是在臆造元素！化学是一个精密的学科，依据的是实在的物质，是无可辩驳的事实，如果把杜撰的东西也搜罗进去，那么这究竟是科学呢还是相术？”就连门捷列夫的老师也训诫他不务正业。
事实上，门捷列夫绝不是在毫无根据的主观臆测，他根据的正是大量实验和观察中得到的事实，以及从这些事实中抽象概括出的规律，他正是以此为出发点作出了科学的预测。
没有多久，门捷列夫的预言就被证实了。
预言被证实
1875年9月20日，巴黎科学院召开例会。院士伍尔兹代表他的学生布瓦博德朗宣读了一封信：
“前天，1875年8月27日夜间三四点，我在庇里牛斯山中的皮埃耳菲特矿所产的闪锌矿中，发现了一种新元素……”
布瓦博德朗用分光镜发现了一种陌生的紫色光谱，并且从锌盐中提纯到这种物质。为纪念他的祖国——法国，他给这种元素起名为镓（拉丁文是法国古时候的名称）。
这篇载有镓的发现的法国科学院院报传到了彼得堡，门捷列夫一口气读完了全文，激动万分：“毫无疑问，这个元素就是我在1869年预言的类铝！”
的确，镓和类铝性质完全一样，连门捷列夫所说的类铝是一种易于挥发的物质，将来一定有人用光谱分析法把它查出来也应验了。只不过门捷列夫预言类铝的比重是5.9，而布瓦博德朗测定镓的比重是4.7。
门捷列夫当即给布瓦博德朗写了一封信：“镓就是我预言的类铝，它的原子量接近68，比重是5.9，请你再试验一下，也许你那块物质还不纯。”
接到门捷列夫的信，布瓦博德朗十分惊讶，因为世界上只有他才是独一无二手中握有镓的人，门捷列夫根本没有这种元素，他怎么能知道这种元素的比重是5.9而不是4.7呢？而且这个人还如此的自信。不过，他还是决定再做一次试验。
果然，他的物质还不够纯。他又一次提纯了镓，并重新测定了镓的比重。结果，他信服了，门捷列夫是对的，镓的比重是5.941。
化学史上第一次一个预言的元素被发现了，这引起了全世界的轰动。门捷列夫的论文被迅速译成法文、英文，全世界的科学家们都知道了元素周期律的内容和意义。欧洲十几个实验室的科学家们紧张地工作着，他们在搜索门捷列夫预言的另外的尚未被发现的元素。
人们没有等待多久，1879年，瑞典科学家尼尔森在对硅铍钇矿石和黑稀金矿进行研究时，发现了一个新元素，完全符合门捷列夫描述的类硼，他命名这个元素为钪。
1886年，德国人温克勒在一种含银矿石中发现了一种新元素锗，它的性质与15年前门捷列夫预言的类硅是那样的一致：
门捷列夫预言：它的原子量大约是72。
温克勒测定：锗的原子量是72.73。
“它的比重应在5.5左右。”门捷列夫说。
“5.74。”温克勒证实。
门捷列夫：类硅的氧化物很难熔化，即使用烈火烧也不会融化，比重约4.7。
温克勒：正是这样。
门捷列夫：类硅的颜色是灰的。
温克勒：是的，还稍带点白色。
门捷列夫：新元素与氯的化合物比重为1.9。
温克勒：比重为1.887。
……
门捷列夫有关锗的一系列预言得到了温克勒的证实。温克勒由衷地说：“再也没有比类硅的发现更好地证明元素周期律的正确性了。它不仅证明了这是一个有胆略的理论，还扩大了我们的化学眼界，使人们在认识领域迈进了一步。”
门捷列夫先后预言了15种以上的未知元素，后来基本上都为实践所证实了。
考验与发展
随着门捷列夫所预言的元素一个个被证实，元素周期律得到全世界的普遍承认，成为指导人们进行化学研究的重要的理论。
在门捷列夫元素周期律发现之前，许多元素的发现带有很大的偶然性。例如碘就是库多瓦一次在海藻灰的母液中不小心加多了硫酸，结果突然升起了一股紫色的蒸气，于是歪打正着被发现。
有了元素周期表作参考，人们不必再大海捞针般地寻找新元素了，可以知道大概还有什么样的新元素没有被发现，这些元素的性质大概是怎么样的，应该用什么方法到哪里去寻找。元素周期表上的空白点一个一个被人们消灭了。
但是，就在1874年，门捷列夫元素周期律经受了一次几乎使之动摇的严重考验。
英国科学家瑞利发现从空气中除去氧、二氧化碳、水蒸汽后得到的氮和从化合物中得到的氮比重不一样。在化学家拉姆齐的帮助下，他发现了一种新元素氩。为研究氩的性质，拉姆齐把钇铀矿与硫酸一起加热，第一次在地球上得到了原先用光谱法发现的在太阳上才有的元素氦。
氩和氦的性质和过去人们发现的元素都不相同，它们好像顽固的单身汉一样，无论酸、碱、通电、加热，都不能让它们和任何物质起反应。在周期表中，哪一族也都无法安插它们，如果非要把它们插进已经排得满满的各族中，就会打破元素性质的周期性变化。
莫非是元素周期律错了吗？为了打破这种尴尬的局面，于是有的人就论证氩不是什么新元素，而是氮的变种。
拉姆齐不赞同这些看法，他相信元素周期律是一个普遍的规律。他认为，根据元素周期律，应该还有几种类似氩和氦的元素存在，它们可以组成性质类似的族，整个地加入元素周期表。
