Hvordan relaterer et elements valenselektroner sig til dets gruppe i det periodiske system?

I 1869 offentliggjorde Dmitri Mendeleev en artikel med titlen "Om forholdet mellem elementernes egenskaber og deres atomvægte." I det papir han producerede et ordnet arrangement af elementerne, opregnede dem i rækkefølge efter stigende vægt og arrangerede dem i grupper baseret på lignende kemikalie ejendomme. Selvom mange årtier forblev, før detaljerne i den atomare struktur ville blive opdaget, organiserede Mendeleevs bord allerede elementer med hensyn til deres valens.

I Mendeleevs tid blev atomer antaget at være udelelige, unikke enheder. Nogle var tungere end andre, og det syntes rimeligt at bestille elementerne ved at øge vægten. Der er to problemer med denne tilgang. For det første er måling af vægt en vanskelig opgave, og mange af de accepterede vægte fra Mendeleevs tid var ikke korrekte. For det andet viser det sig, at atomvægt ikke rigtig er den relevante parameter. Dagens periodiske tabeller placerer elementerne i rækkefølge efter deres atomnummer, hvilket er antallet af protoner i kernen. På Mendeleevs tid var protoner endnu ikke blevet opdaget.

Mendeleev skrev, at "arrangement efter atomvægt svarer til elementets valens og til en vis grad forskellen i kemisk opførsel. "Valensen, efter Mendeleevs forståelse, var en indikation af et grunds evne til at kombinere med andre elementer. Mendeleev kombinerede rækkefølgen af ​​atomvægt med fælles valenser for at organisere elementerne i en tabel. Det vil sige, at han organiserede elementerne i grupper efter deres kemiske egenskaber. Da disse egenskaber gentages så ofte, blev resultatet en periodisk tabel, hvor hver lodret kolonne, kaldet en gruppe, indeholder elementer med lignende karakteristika, og hver vandrette række, kaldet en periode, arrangerer elementerne efter vægt og stiger fra venstre til højre og top til bund.

Cirka 50 år efter Mendeleevs første periodiske system opdagede forskere atomet blev bygget omkring en kerne med positivt ladede protoner og neutrale neutroner - som begge er relativt tung. Den positivt ladede kerne er omgivet af en sky af negativt ladede elektroner. Antallet af protoner - også kaldet atomnummeret - matcher typisk antallet af elektroner. Det viser sig, at antallet af elektroner, som et element har, i høj grad bestemmer dets kemiske egenskaber. Så den rigtige rækkefølge i det periodiske system bestemmes af antallet af elektroner, ikke vægten som Mendeleev oprindeligt foreslog.

Elektronerne i skyen, der omgiver elementets kerne, er arrangeret i lag, kaldet skaller. Hver skal har et bestemt antal elektroner, den kan rumme. Når hver skal er fyldt, tilføjes en ny skal, indtil alle elektronerne er taget højde for. Elektroner i den yderste skal kaldes valenselektroner, fordi det er deres interaktioner, der bestemmer de grundlæggende kemiske egenskaber. Kolonnerne, der blev indstillet til at gruppere elementer ved hjælp af lignende kemiske egenskaber, viser sig at være nøjagtigt de samme kolonner, der er defineret af antallet af valenselektroner. Elementer i gruppe 1A har kun en valenselektron, og hver gruppe A-kolonne til højre tilføjer endnu en valenselektron. Organisationen bliver en smule mørk med gruppe B-elementerne, men hver af dem er også grupperet efter deres antal valenselektroner.