自然界的晶體有七種基本形狀，色彩繽紛，多種多樣。這些不同形狀，如同空間的各種圖案和形形色色的物質一樣，令人十分神往。希臘人認為，構成世界的原子狀如一定大小的圓粒。用現代的術語來說，自然界中的晶體表明了組成晶體的原子結構的某種情形：它們有助於將這些原子歸入不同的族。這是本世紀物理學的研究領域，而晶體就是進入這一領域的第一個入口。
在各種各樣的晶體中，無色的六面體食鹽是最普通的、但也是最重要的一種晶體。在古代波蘭首都克拉科夫（Cracow））附近維那利奇卡（wieliczka）地方的大鹽礦，鹽的開採已有近1000年的歷史，一些用木頭支撐的礦坑和馬拉機械是從17世紀保留下來的。鍊金術士帕拉塞爾蘇斯在遊歷東方時可能到過這一帶地方。他堅持認為在構成人體和自然界的元素中一定要算上鹽，根據這一觀點，他在公元1500年後對鍊金術的程序進行了更改。鹽對於生命來說是必不可少的，而且，在所有文化形態中，鹽歷來具有某種象徵的性質。人佃至今仍像古羅馬士兵那樣，把付給一個人的所得叫作「solary」，儘管這個詞的意思是「買鹽的錢」。在中東，人們仍然用鹽來表示最後成交，正如《舊約全書》所說：「鹽的契約永遠有效」。
帕拉塞爾蘇斯的看法有一點是不對的；按現代的觀點，鹽並不是一種元素。鹽是兩種元素的化合物：鈉元素和氯元素。這裡頗值得一提的是，一種像鈉那樣的、嘶嘶發聲的白色金屬、和一種像氯那樣的略帶黃色的有毒氣體化合後竟變成了一種結構穩定的、常見的食鹽。
更值得注意的是，鈉和氯分別屬於兩個不同的族。在各個族內，性質相似的元素排列井然有序：鈉屬於鹼金屬族，而氯則屬於活潑的鹵素。當我們用同族內的一種元素取代另一種元素時，晶體不會發生變化，仍然是透明的正方體。例如，鉀元素完全可以用來取代鈉元素生成氯化鉀。同樣，在另外一族內，氯也可由它同族的「姐妹」元素溴來取代，生成溴化鈉。當然，我們還可以用氟和鋰來取代氯化鈉中的氯和鈉，造成一種雙重變換而生成氟化鋰。不過，這幾種晶體都是肉眼所無法辨別的。
是什麼使不同元素具有這種族屬的相似性質呢？在19世紀60年代，人們為此絞盡腦汁，科學家找到的答案卻相當近似。而最為成功地解決了這一難題的人是一位名叫季米特里?伊萬諾維奇?門捷列夫（Dmitri Ivanovich Mendeleev）的俄國青年，他在1859年時曾訪問過維那利奇卡地方的鹽礦。當時，他年僅25歲，是一位貧窮、謙遜、勤奮、才華橫溢的年輕人。他生長在一個至少有14個孩子的大家庭里，他是其中最小的一個，一直是孀居的母親的寵兒，正是母親對他的深切期望，才使門捷列夫投身科學事業。
使門捷列夫出類拔萃的不僅是他的天才，而且是他對元素研究的熾熱感情。各種元素儼然成了他親密的朋友；他深知這些朋友的行為癖好和詳情細節。當然，元素只是以各自的一種基本特性而相互區別開來的，這是由約翰?道爾頓在1805年最先提出來的：每一種元素都具有一定的原子量。那麼，這種簡單的一定常量或參量又是怎樣導致產生了那些使元素彼此相似或相異的種種特性呢？這是當時的一個基本難題，門捷列夫研究了這個問題。他把這些元素的名稱逐一寫在卡片上，然後像洗紙牌似地把這些卡片弄混，正如他的朋友們所常說的那樣，他是在玩「單人紙牌」（Patience）的遊戲。
門捷列夫把元素名稱和它們的原子量寫在卡片上，按原子量的順序把它們排列成若干豎列。只有那最輕的元素，氫，他當時的確不知道應該排在哪兒，於是他明智地把它留下來，未排進他的元素表。下一個原子量最輕的元素是氦，門捷列夫幸好不知道這種元素，因為當時地球上還沒有發現有這種元素——在與它同族的「姐妹」元素被人們發現以前，Au（金）就像一隻笨拙的迷路的小牛一樣，無所適從。
因此，在門捷列夫的元素表中，第一列是以元素鋰開始的，它是一種鹼金屬。第一個是鋰（他當時認為其原子量僅次於氫），然後是鈹、硼、和大家熟悉的碳、氮、氧，然後是該一列的第七位元素，氟。按原子量順序，下一個元素是鈉，而且，因為它與鋰同族，性質相似，門捷列夫決定從鈉開始排第二列元素，並且與第一列平行。繼鈉之後，在第二列上排列的常見元素是：鎂、鋁、硅、磷、硫、氯。不言而喻，這一列共有7個元素，這樣，最後一個元素，氯，就與氟排在同一橫排線上了。顯然，在這種原子量的序列中，有某種並不是偶然，而是帶有系統性的東西存在著。當我們開始排第三列元素時，這一點又再次清楚地表現出來。按原子量順序，氯的後面是鉀，然後是鈣。這樣，第一橫排包含鋰、鈉和鉀，它們都是鹼金屬；第二橫排上有鈹、鎂和鈣，它們是具有另一組同族相似性的金屬。事實上，在這種排列方法中，橫排才具有意義：橫排使同族元素排列在一起。門捷列夫在元素排列中找到了一種數學圖解法，或者說，他至少為這種圖解法找到了依據。如果我們按原子量順序排列這些元素，七個元素排列成一個豎列，然後再排下一個豎列，這樣，我們就在橫排上排列出了同族的元素。
至此，我們可以毫無阻礙地按照門捷列夫在1871年，即他的最初概念形成後的第二年所制定的元素表排列元素。一直排到第三列都沒有出任何問題——但是，接著就不可避免地遇到了第一個難題。為什麼我說是不可避免的呢？因為，正如你從氦元素的情況中看到的那樣，門捷列夫當時並不知道所有的元素。在所有92種元素中，當時已知的只有63種：因此，他或遲或早會遇到空位。他遇到的第一個空位，就是在我排第三列時無法繼續排下去的第三個位置上。
我說門捷列夫遇到了一個空位，但這個簡單的詞卻隱藏著他思想上最難對付的問題。在第三列的第三個位置上，門捷列夫遇倒了困難。他把這「解釋」為空位，從而解決了這個難題。他之所以這樣做，是因為後面的一個已知元素，即鈦，並不具備在這個位置上的元素所應具備的性質，與處於同一橫排的硼和鋁不同族屬。因此，他說：「這裡有一個缺位元素，而在它被發現時，它的原子量將比鈦要小，排在鈦之前，繞過這個空位，這一列中後面的元素都將排在橫排的適當位置上；鈦與碳和硅歸入同一排。——的確，在這張基本的元素表中，鈦正是這樣排列的。
空位或未知元素的概念的形成，是一種科學的啟示。它用具體實用的術語表達了很久以前弗蘭西斯?培根用（Froncis Ba）一般性術語所提出的一種信念：有關自然法則的新鮮例證可以從舊的例證中預先猜測或歸納出來。門捷列夫的猜想表明，在科學家手中，歸納是一個比培根和其他哲學家當初設想的要微妙得多的方法。在科學領域中，我們並不是簡單地、直線式地從已知情況進入到未知情況。而是像填字謎遊戲一樣，要找出兩種不同的事物走向的交會點：即隱藏著未知情況的地方。門捷列夫觀察研究了豎列上元素原子量的遞增，以及橫排上元素的同族相似性，在豎列和橫排的交會點上精確地確定缺位元素的位置。由此，他提出了一系列切合實際的預言，而且，他同時也表明了（這一點至今仍不大被人們所理解）科學家究竟是怎樣運用歸納法的。
可以說，最令人感興趣的是第三和第四列中的那些空位。我不會超出這兩個豎列。把元素表繼續排下去——只不過可以說，當你數著這些空位，繼續排下去時，這個豎列肯定會在應該結束的地方結束，——即最後一個元素為鹵族中的溴。表中有不少空位，門捷列夫專門找出了其中三個。第一個空位在我剛才指出的第三豎列的第三橫排上。另外兩個則在第四豎列的第三橫排和第四橫排上。對此，門捷列夫預言，這三個元素一旦被發現，人們就會發覺，它們不僅具有按豎列排列的柏應的原子量，而且還將具有與第三橫排和第四橫排的同族元素相似的特性。
例如，門捷列夫最著名的，也是最後得到證實的預言，是第三個空位的元素——他稱之為類硅。他極其準確地預言了這個陌生而又重要的元素的特性，但是，在將近20年後這個元素在德國被發現時，人們並沒有像門捷列夫那樣稱呼它，而是把它叫作「鍺」
（germanium）。從「類硅將具有介平硅和鈦之間的特性」這一原則出發，門捷列夫預言它將比水分子重5．5倍；這是正確的。他還預言，它的氧化物將比水分子重4．7倍；這也是正確的。它的化學的和其它特性也是如此。
這些預言使門捷列夫名聲遠揚——除了在俄國：在那裡，他並不被看作什麼預言家，因為沙皇不喜歡他的自由主義的政治態度。後來在英國發現的以氦、氖、氬開始的整整一橫排新元素，進一步擴大了他的勝利成果。雖然他未能被選入俄國科學院，但在世界上其它地方，他的名字卻具有神奇力量。