A periódusos rendszer elemei csoportokba és periódusokba tartoznak. A periódusos rendszer csoportjai az oszlopok. A periódusos rendszer periódusai a sorok.
TL; DR (túl hosszú; Nem olvastam)
Ugyanazon periódusú elemeknek ugyanaz a fő kvantumszámuk, amely leírja az atom legkülső elektronhéjának méretét és energiáját.
Elektronhéjak
Egy atom elektronjai a valószínűség által szabályozott homályos felhőben keringenek a mag körül. Hasznos lehet azonban az elektronpályákat merev héjakként elképzelni, amelyek számos különféle lehetséges elektronpályát tartalmaznak. Az atom atomszámának növekedésével a héjának egyre több elektronnak kell helyet foglalnia. A legkülső héjat valens héjnak hívják; a periódusszám erre a héjra utal.
Kvantumszámok
Az elektron lehetséges helyzetének elrendezését egy atomban kvantumszámok szabályozzák. A fő kvantumszám, n, megfelel az elektronhéjak méretének és energiájának. Nem null egész számok lehetnek: 1, 2, 3 és így tovább. A számok növekedésével az elektronhéj mérete és energiája is növekszik. A második kvantumszám, l, megfelel a héjon belüli pályák alakjának. Ezekre a számokra jellemzően a megfelelő betűk utalnak: 0 = s, 1 = p, 2 = d és 3 = f. Az l értéke nulla és n-1 között lehet. Például, ha egy elektron fő kvantumszáma 2, akkor két különböző pálya alakban, s vagy p egyikében létezhet. A harmadik kvantumszám, m, megfelel a pályák orientációjának. A harmadik kvantumszámnak mindig -l és + l között kell lennie. Ezért van egy s-pálya, három p-pálya, öt d-és hét f-pálya.
Elektronok hozzáadása és mozgás a periódusos rendszerben
Egyetlen elektronpár tölti ki a pályát. A hidrogénnek egy elektronja van, így az az első pályát elfoglalja: 1s. A héliumnak két elektronja van, mindkettő még mindig az 1s pályán helyezkedik el. A következő elemnek, a lítiumnak három elektronja van. Az első kettő az 1s pályára illeszkedik. A harmadik elektronnak azonban új pályán kell lennie. Az 1. fő kvantumszám nullára korlátozza a második kvantumszámot, ami viszont azt jelenti, hogy a harmadiknak is nullának kell lennie. Ezért az első héjhoz társított teljes terület el van foglalva. A következő elektronnak új héjban és pályán kell léteznie: a 2s pályán. Ez azt jelenti, hogy a fő kvantumszám nőtt; az elemnek más periódusban kell lennie. A várakozásoknak megfelelően a lítium a periódusos rendszer 2. csoportját kezdi, mivel valens héjának fő kvantumszáma 2.
Atomi sugár trendek
Az atomok nem változtatják meg a fő kvantumszámokat, amikor a periódusos rendszer balról jobbra halad. Ezért az elektronok nagyjából azonos távolságban vannak a magtól. További protonok azonban hozzáadódnak. Ez nagyobb pozitív töltést hoz létre a magban, ami nagyobb befelé húzást eredményez az elektronokon. Ennélfogva az atom sugara, vagyis a mag és az atom legkülső éle közötti távolság valójában csökken, amikor egy perióduson keresztül halad. Másrészt, amint lefelé halad a periódusos rendszerben, az időszakok száma növekszik. A fő kvantumszám növekszik, ezért az elektronfelhő mérete megnő. Viszont az atomsugár növekszik, amikor lefelé halad a periódusos rendszerben.