人们发现门捷列夫整理出的化学元素周期表不是完整的，它有许多空白，也就意味着还有未知的元素等待着人们的发现。于是，化学家们又开始了寻找新元素的探索之路。
X射线的发现
从19世纪中叶开始，对气体放电的研究非常盛行。在长玻璃管的两端封入阴、阳两个电极，然后施以高电压，同时用真空把管中的空气抽掉，当空气变得非常稀薄时，管内便闪出淡红色的光，如果进一步把空气抽出，使之几乎变成真空时，淡红色的光消失，而阳极附近的玻璃管壁上则开始闪现出淡绿色的光。
19世纪50年代末，德国的尤利乌斯·普吕克发现，某种射线从阴极射向阳极，碰到玻璃管壁便发出淡绿色的荧光。这种射线被取名为阴极射线。许多人积极地进行研究，但总把握不住它的本质。德国的物理学家一般都把阴极射线看成是同光一样的电磁波。英国的物理学家坚持认为这是粒子流，后来汤姆生证明它确实是电子流。
19世纪90年代中期，德国的菲利普·赖纳特，在玻璃上开一个洞，蒙上铝箔，便发现阴极射线穿透铝箔射向外面。透出的阴极射线碰到涂有铂氰化钡的荧光屏时，就会发出亮光，因此，很容易就知道了它的存在。
第二年，德国的维尔茨堡大学教授威廉·康拉德·伦琴曾采用这种赖纳特的装置研究阴极射线。一天晚上，伦琴为了研究阴极射线的性质，用黑色薄纸板把一个灯管严密地套封起来，并把实验室的百叶窗放下，使室内变得漆黑。在接上高压电流进行实验中，他意外地发现在放电管1米以外的一个荧光屏（涂有荧光物质铂氰化钡的纸屏）上却闪着亮光。一切断电源，荧光就立即消失。这个现象使他非常惊奇，于是他全神贯注地重复做实验。他发现即使在离仪器2米处，屏上仍有荧光出现。伦琴确信，这个新奇现象不是阴极射线造成的，因为实验已证明阴极射线只能在空气中进行几厘米，而且不能透过玻璃管。他决定继续对这个新发现进行全面检验。一连六个星期他都在实验室里废寝忘食地工作着。经过反复实验，他确信发现了一种过去未被人们所知的具有许多特性的新射线。他写的论文中说明了初步发现的X射线的如下性质：（1）阴极射线打在固体表面上便会产生X射线；固体元素越重，产生的X射线越强。（2）X射线是直线传播的，在通过棱镜时不发生反射和折射，不被透镜聚焦。（3）与阴极射线不同，不能借助磁体（即使磁场很强）使X射线发生任何偏转。（4）X射线能使荧光物质发出荧光。（5）它能使照相底片感光，而且很敏感。（6）X射线具有很强的贯穿能力，比阴极射线强得多。它可以穿透千页的书，二三厘米厚的木板，几厘米的硬橡皮等。15毫米厚的铝板，不太厚的铜板、银板、金板、铂板和铅板的背后，都可以辨别荧光。只有铅等少数物质对它有较强的吸收作用，对1.5毫米厚的铅板它实际上不能透过。伦琴一次检验铅对X射线的吸收能力时，意外地看到了他自己拿铅片的手的骨骼轮廓。证明这种光线能够穿透除骨骼以外的人体，并在底片上感光。于是他请他的夫人把手放在用黑纸包严的照相底片上，用X射线照射，底片显影后，看到伦琴夫人的手骨像，手指上的结婚戒指也非常清晰，这成了一张有历史意义的照片。
因为在数学上，未知数习惯于用X表示，所以，伦琴给这种偶然发现的未知的射线取名为X射线，后来科学界称之为伦琴射线。
1896年元旦，伦琴将他的论文和第一批X射线照片复制件分送给一些著名物理学家。几天之后，这个发现就传遍了全世界，在公众中引起轰动。其传播之迅速，反应之强烈，在科学史上是罕见的。伦琴由于发现X射线，于1901年成为第一个诺贝尔物理学奖获得者。
X射线的发现具有十分重大的意义，它是19世纪末20世纪初发生的物理学革命的开端。它的发现对于化学的发展也有重要意义，以X射线晶体衍射现象为基础建立起来的X射线晶体学，是现代结构化学的基石之一。
阴天里的发现——铀射线
X射线是一种应用很广的特殊射线，许多科学家致力于X射线的研究，法国物理学家安东尼·贝克勒尔就是其中的一个，它在研究X射线的过程中发现了另一物质——铀化合物的射线。
20世纪90年代中期的一天，贝克勒尔挤在人群中，在巴黎参观首次展出的X射线照片展览，他完全被这次展览迷住了。当时，X射线是怎样产生出来的问题，还没有一个明确的结论。有的科学家认为，X射线是产生荧光的玻璃管的管产生的。贝尔勒尔从他父亲那一代起就开始研究荧光，他特别详细地研究了发出荧光的铀的化合物。如果玻璃在发出荧光时放出X射线，那么，其他的荧光物质不是也能放出X射线吗？贝克勒尔这样想，并利用手头的铀化合物致力于发现新的X射线源的研究。他在用黑纸严密包好的感光板上，放上一块铀化合物的结晶体，在旁边放上一枚银币，再在银币上放上另一块结晶体。铀化合物一旦见到阳光就会发出荧光。贝克勒尔把这种准备好的感光板放在有太阳的地方，让阳光长时间照射。之后，再将感光板显影。他发现，如他所料，放第一个结晶体的地方明显地感了光，而在放第二个结晶体的地方，清晰地映出了银币的轮廓。的确，铀化合物在放出荧光时也放出了X射线。不用说，贝克勒尔是非常高兴的。
就在这一年的一天，他重复做了同一个实验。但是，那一天整天都是阴天。第二天，他又把感光板拿到室外，但仍然是阴沉沉的天。显然，两天里放出的荧光还不及晴天10分钟放出的多。他为了等待晴天的到来，把感光板收进了壁橱。但是，其后又过了两天仍然没出太阳。无奈，他把感光板显了影。他想，铀化合物几乎没有发出荧光，当然，发出的X射线也不会多，因此，在感光板上，根本不会出现图像，即使能映出也很淡。然而，显影后的感光板上，图像清晰可见，图像和银币的影子同上次实验时照得一样清楚，贝克勒尔大为吃惊。这次实验的结果证明，铀化合物即使不用太阳照射使它发出荧光，也仍然放出X射线。为了慎重起见，他和上次一样，准备了放有结晶体和银币的感光板，完全不用阳光照射，把它放入黑黑的壁橱中过了几天。然后将感光板显影，仍然出现了清晰的图像和影子。他进一步研究后发现，铀化合物放出的并不是X射线，而完全是另一种射线——铀化合物的射线。
1896年5月18日，贝克勒尔宣布：发射铀射线的能力是铀元素的一种特殊性质，与采用哪一种铀化合物无关。铀及其化合物终年累月地发出铀射线，纯铀所产生的铀射线比硫酸铀酰钾强三至四倍。铀射线是自然产生的，不是任何外界原因造成的。
贝克勒尔发现铀射线的经过告诉青少年，在化学研究的科学道路上，机遇和偶然是两条交叉的线。许多科学的发明发现都是在偶然的条件下取得的。
火炉上的重大发明
“如果你在路上看到头戴胶皮帽，身披胶皮风衣，内着胶皮背心，下穿胶皮裤子，脚登胶皮鞋，手拎胶皮钱包（里面没有一文钱）的人，那他一定是古德伊尔。”19世纪40年代前后，美国康涅狄格州新黑文的居民是这样嘲笑古德伊尔的。
确实，查尔斯·古德伊尔对橡胶入迷了。他一生都很贫穷，生活困苦不堪，因为还不起借债而几次坐牢。但他却终生热衷于研究橡胶的制法和改良质量的方法，从未间断过。
橡胶是生长在南美的橡胶树的树液收集起来凝结而成的。刚开始时，橡胶只是用来做橡皮。但是，19世纪20年代初，美国的麦金托什把橡胶涂在布上，做成雨布后，橡胶的水密性和气密性引起了人们的注意。但是，橡胶有很大的缺点，夏天在高温下溶化，粘糊糊的，而冬天却又硬邦邦的。要使橡胶实用化，首先必须克服这种缺点。
古德伊尔从19世纪30年代左右，便开始研究改良橡胶的质量问题。他想出了一种办法，即把氧化镁掺入橡胶，然后用石灰水煮，使橡胶表面光滑，但这种办法未能实际应用。接着，他发现了用硝酸煮橡胶，可以消除其粘性的方法。他在纽约成立了公司，用这种橡胶制造台布和围裙等，但在之后的金融恐慌中破产了。
19世纪30年代后期，古德伊尔回到他的故乡新黑文，认识了纳撒尼尔·海沃德。海沃德想出了在橡胶表面撒上硫磺粉末，然后拿到太阳底下晒，以改变橡胶质量的方法，获得了专利。古德伊尔买下了他的专利权，合资生产政府征购的橡胶邮袋，但又失败了。
有一次，他把橡胶、硫磺和松节油精掺在一起用坩埚煮。他手里捏着坩埚耳和朋友谈话，谈着谈着，忘记了手里的坩埚，一打手势，橡胶块从坩埚里飞了出来，落在烧得通红的炉子上。若是普通的橡胶，遇热就会熔化流下来，然而这块橡胶却没有熔化，逐渐烧焦了。古德伊尔的脑海里立刻闪现出一个念头，在橡胶里加进适当的硫磺，用适当的时间进行适当地加热，就一定能得到不发粘的胶皮。他又反复进行实验和研究，终于确立了橡胶加硫的制造法。这形成了后来整个橡胶工业发展的基础。
在化学研究中，有很多的发现和发明表面上看起来是偶然的，是不劳而获取得的，而实际上这种偶然性的出现是经过不懈的努力，通过千百次的不断试验得到的，这也是勤奋的结果。
睡梦中的重大发现——苯环
化学上有一个奇特的家族——芳香族化合物，在芳香族的有机物中，最主要的化合物便是苯。最早发现苯的人是英国化学家和物理学家法拉第。他是偶然从贮运煤气的桶里所凝集的油状物中，经过分离后得到了一种无色的液体。他测出它的实验式是 CH，但他并没有推出它的分子式。大约9年之后，又有人把安息香酸和石灰放到一起干馏之后，也得到一种碳氢化合物，才给这个化合物取名叫“苯”，接着又有人测定出它的分子式是C6H6。而解决苯分子结构问题的是极富想象力的德国化学家凯库勒。
德国的达姆斯塔特是一个以文化而著称的小城。19世纪20年代末，著名化学家凯库勒在此出生。也许是受到小城浓郁的文化气息的熏陶，在学校时小凯库勒出众的文才就令他的老师和同学们叹为观止。
据说有一次，老师在语文课上布置了一道作文题，要求学生们在下课前交卷。全班同学都紧张地在作文纸上埋头写了起来，可凯库勒却若无其事地坐着，甚至抬头悠闲地看着天花板出神。老师见凯库勒不写一字，悠然自得，忍不住用责备的眼光暗示他赶紧动笔。没想到，快下课时，凯库勒居然拿着手中的白纸出口成章地“读”了起来。这篇即兴之作结构精巧、文采飞扬，博得了老师和同学们一阵热烈的掌声。
不过，凯库勒没有成为作家。他的父亲为他选择了一个似乎更切合实际的方向，去学建筑。因为在他父亲眼里，建筑师既体面又能赚钱，是儿子理想的出路。
于是，凯库勒来到德国西部的吉森大学专攻建筑。就是在这里，凯库勒的人生发生了重大的转折。他常听同学们提起大化学家李比希的名字，出于对这位声誉卓著的化学家的尊敬与仰慕，凯库勒决定去听他的课。不料，事情一发不可收拾，从此，凯库勒被李比希的课所吸引，一天比一天强烈地迷恋上化学，以至于他下决心改修化学。
一次法庭作证使凯库勒对李比希教授更加敬重。原来，当时法院开庭审理轰动一时的赫尔利茨伯爵夫人“戒指失窃案”，他们俩同时被传到法庭作证。凯库勒作为证人是因为他家就在伯爵夫人邸宅的对面。他在法庭上描述了伯爵夫人家发生火灾时的情景，而恰好在那天，伯爵夫人的宝石戒指失窃了。后来，在她仆人那儿搜到一枚相同的戒指，可仆人却一口咬定说早在19世纪初这枚戒指就成了他的祖传宝贝。李比希到庭作证，是因为法庭请他对戒指的金属成分进行测定。伯爵夫人的戒指上有两条蛇缠在一起，一条是黄金做的，另一条是白金做的。而仆人却说他的戒指上的白蛇是白银做的。作为化学界权威，李比希在法庭上慎重宣布：“经过测定，白蛇是用白金制成的，而不是白银做的。而且，白金用于首饰业是从19世纪20年代左右才开始的，而仆人却称这只戒指早在19世纪初就到了他手中。因此，仆人的谎言不攻自破。”官司因为李比希的证词而得到了合理的判决。教授的渊博学识给凯库勒留下了深刻的印象，他坚定了献身化学的决心。
从19世纪50年代开始，凯库勒在李比希主持的实验室中工作。在名师的悉心指点下，凯库勒受益匪浅。他不仅学到了这位化学大师多样而扎实的研究方法，而且也学到了认真细致、一丝不苟的科学态度。这些为他日后的化学研究打下了坚实的基础。
当时，化学家们面临着一个难题，那就是如何理解苯的结构。苯的分子中含有6个碳原子和6个氢原子，碳的化合价是四价，氢的化合价是一价，那么，1个碳原子就要和4个氢原子化合，6个碳原子该和12个氢原子化合（因为碳原子和碳原子之间还要化合）。而苯怎么会是6个碳原于和6个氢原子化合呢？化学家们百思不得其解。
这时，凯库勒也着手探索这一难题。他的脑子里始终充满着苯的6个碳原子和6个氢原子，他经常每天只睡三四个小时，一干起来就不歇手。他在黑板上、地板上、笔记本上、墙壁上画着各种各样的化学结构式，设想过几十种可能的排法，但是，都经不起推敲，被自己否定了。
一天晚上，凯库勒坐马车回家。也许是由于近日来过度用脑，他在摇摇晃晃的马车上睡着了。在半梦半醒之间，凯库勒发现碳原子和氢原子在眼前飞动，变幻着各种各样的花样。忽然，原子变成了他和李比希教授出庭作证时伯爵夫人戒指上的那条白蛇，这条蛇扭动着、摇摆着，最后咬住了自己的尾巴，变成了一个环……
“先生，您到家了！”马车夫大声叫醒了睡眠中的凯库勒。他揉揉眼睛，白蛇不见了，环不见了，原子也不见了。原来是“南柯一梦”！清醒过来的凯库勒马上想起苯的结构，对 ！它一定像白蛇那样头尾相接，构成环状结构！
凯库勒立即奔向书房，迫不及待地抓起笔在纸上画了起来。一个首尾相接的环状分子结构出现了。
这个环状结构表示的是这个意思：碳原子是四价的，用相连的四个（黑）球来代表一个碳原子；而氢、卤素原子都是一价，就用一个球表示；氧和硫是二价，就用两个（蓝）球表示一个氧原子。碳有四价，像建筑房子一样，下面就得砌上四个一价的氢原子，刚好形成甲烷分子；而水分子是一个氧、两个氢。这就是凯库勒提出的苯的环状结构式。