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， 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。
拉姆齐像门捷列夫那样，也尽可能写下了这些元素的性质，并预见它们的各种关系，与助手一起，开始了寻找新元素的工作。
1898年，他在分馏液态空气时，终于找到了三个新的稀有元素：氖、氪、氙，它们同氩和氦一样，都是性质不活泼的惰性气体。于是，这5种性质相似的元素组成了一个新的族，集体加入了元素周期表。门捷列夫及另外一些科学家建议这个族叫零族。
元素周期律又一次经受住了实践的考验。
随着科学技术的发展，今天，人们对元素周期律已经有了更深刻的认识。
元素的性质为什么会随着原子量的变化而呈现周期性的变化呢？即使当年门捷列夫对这个问题也回答不出来。现在人们已经搞清楚了。
原来，原子还不是物质不能再分的最小微粒。原子是由带正电的原子核和核外带负电的电子组成的。电子围绕着原子核运动着。
原子核也不是不可分化的，它是由质子和中子组成的，质子带一个正电荷，中子是不带电的中性粒子。
氢是第一号元素，它的原子核中有一个质子，氦是2号元素，它的原子核中有两个质子……铀是第92号元素，它的原子核中有92个质子……也就是说，某种元素原子核中的质子数，就等于它在周期表上的房间号数，这就是原子序数。
元素的原子核中有多少个质子，核外就有多少个电子。元素的性质所以会呈周期性的变化，就是由原子核的结构，特别是核外电子的排布决定的。同一族元素，最外层电子壳上的电子数是相同的，因而他们的化学性质相似。
于是，元素周期率的叙述由元素的性质是原子量的周期函数改为元素的性质是原子序数的周期函数。
有了对元素周期律的新认识，许多原来不能解释的现象可以解释了。门捷列夫在元素周期表中把钴和镍、碲和碘的位置颠倒了，他以为是它们的原子量测得不准，可是却一直找不出错来。现在真相大白了，原来按照原子序数的顺序，它们正好该如此排列。
门捷列夫发现元素周期律，是化学史上一个重要的里程碑。他把几百年来大量的化学知识系统化起来了，形成了一个有内在联系的统一的体系，并上升为理论，大大推动了化学的发展。
今天，尽管元素周期律被赋予了新的意义，尽管元素及它们的化合物的性质用元素周期律已不能完全概括，但元素周期律对研究和应用化学依然有着重要的指导意义，它仍然是我们认识世界、改造世界的重要阶梯。
物理化学的开创
