Kako se valentni elektroni elementa odnose na njegovu skupinu u periodnom sustavu?

1869. godine Dmitri Mendeleev objavio je rad pod naslovom "O odnosu svojstava elemenata s njihovim atomskim težinama". U tom radu on izradio uređeni raspored elemenata, popisavši ih po redoslijedu povećanja težine i raspoređujući ih u skupine na temelju slične kemikalije Svojstva. Iako je ostalo mnogo desetljeća prije nego što će detalji atomske strukture biti otkriveni, Mendelejev stol već je organizirao elemente u smislu njihove valencije.

U Mendeleevovo vrijeme mislilo se da su atomi nedjeljivi, jedinstveni entiteti. Neki su bili teži od drugih i činilo se razumnim naručiti elemente povećanjem težine. Dva su problema s ovim pristupom. Prvo, mjerenje težine težak je zadatak, a mnogi od prihvaćenih utega Mendelejeva dana nisu bili točni. Drugo, ispada da atomska težina zapravo nije relevantan parametar. Današnje periodne tablice postavljaju elemente po redoslijedu njihovog atomskog broja, to jest broja protona u jezgri. U Mendeleevovo vrijeme protoni još nisu bili otkriveni.

Mendeleev je napisao da "raspored prema atomskoj težini odgovara valenciji elementa i u određenoj mjeri razlici u kemijskom ponašanju. "Valencija je, po shvaćanju Mendelejeva, bila pokazatelj sposobnosti elementa da se kombinira s drugim elementi. Mendeleev je kombinirao redoslijed atomske težine s uobičajenim valentnostima kako bi organizirao elemente u tablici. Odnosno, elemente je organizirao u skupine prema njihovim kemijskim svojstvima. Budući da se ta svojstva ponavljaju svako toliko, rezultat je bio periodni sustav u kojem svaki vertikalni stupac, nazvan grupom, sadrži elemente sa sličnim karakteristikama, a svaki vodoravni red, nazvan točkom, raspoređuje elemente po težini, povećavajući se slijeva udesno i od vrha do dno.

Otprilike 50 godina nakon Mendeljejeva prvog periodnog sustava, znanstvenici su otkrili da je atom izgrađen oko jezgre s pozitivno nabijenim protonima i neutralnim neutronima - oba su relativno teška. Pozitivno nabijena jezgra okružena je oblakom negativno nabijenih elektrona. Broj protona - koji se naziva i atomski broj - obično odgovara broju elektrona. Ispada da broj elektrona koji element ima u velikoj mjeri određuje njegova kemijska svojstva. Dakle, pravilan redoslijed u periodnom sustavu određen je brojem elektrona, a ne težinom kako je Mendeleev izvorno predložio.

Elektroni u oblaku koji okružuju jezgru elementa poredani su u slojevima, zvanim ljuske. Svaka ljuska ima određeni broj elektrona koje može držati. Kad se svaka ljuska napuni, dodaje se nova ljuska dok se ne računaju svi elektroni. Elektroni u najudaljenijoj ljusci zovu se valentni elektroni, jer upravo njihova interakcija određuje kemijska svojstva elementa. Ispada da su stupci koji su postavljeni da grupišu elemente sličnim kemijskim svojstvima potpuno isti stupci definirani brojem valentnih elektrona. Elementi u skupini 1A imaju samo jedan valentni elektron, a svaki stupac grupe A s desne strane dodaje još jedan valentni elektron. Organizacija postaje pomalo mutna s elementima skupine B, ali svaki od njih također je grupiran prema broju valentnih elektrona.