A periódusos rendszer, amely tartalmazza az összes természetesen előforduló és őrült kémiai elemet, minden kémia tanterem központi oszlopa. Ez a besorolási módszer egy 1869-es tankönyvből származik, amelyet Dmitri Ivanovich Mendelejev írt. Az orosz tudós észrevette, hogy amikor az ismert elemeket az atomtömeg növekvő sorrendjében írta meg, hasonló tulajdonságok alapján könnyen sorokba rendezhette őket. Elképesztő módon a hasonlóságok annyira megkülönböztethetőek voltak, hogy Mendelejev időszakos osztályozásában több felfedezetlen elem számára is helyet tudott hagyni.
Időszakos szervezés
A periódusos rendszerben egy elemet függőleges csoportja és vízszintes periódusa határoz meg. Minden egyes periódus, számozva egy-hét, növekvő atomszámú elemeket tartalmaz. Mendelejev eredeti listájával ellentétben a modern periódusos rendszer az atomszámon, vagy egy elem atommagjában lévő protonok számán alapul. A protonszám logikus választás az elemek rendezéséhez, mivel a protonok meghatározzák az atom kémiai azonosságát, míg az atomtömeg a különböző atomizotópoktól függ. Tizennyolc oszlop található a periódusos rendszerben, ezeket általában csoportoknak nevezik. Minden csoport több olyan elemet tartalmaz, amelyek hasonló fizikai tulajdonságokkal rendelkeznek az alapul szolgáló atomi szerkezetük miatt.
Tudományos indoklás
Az atom az anyag legkisebb felosztása, amely megőrzi azonosságát, mint kémiai elem; egy központi magból áll, amelyet elektronfelhő vesz körül. A mag pozitív töltéssel rendelkezik a protonok miatt, amelyek vonzzák a kicsi, negatív töltésű elektronokat. Az elektronok és protonok száma egyenlő egy semleges atom esetében. Az elektronok a kvantummechanika elvei alapján pályákra vagy héjakra szerveződnek, amelyek korlátozzák az elektronok számát az egyes héjakban. Az atomok kémiai kölcsönhatásai általában csak az utolsó héj külső elektronjaira hatnak, az úgynevezett vegyérték elektronokra. Az egyes csoportok elemeinek azonos számú vegyértékelektronja van, ezért hasonlóan reagálnak, amikor elektronokat nyernek vagy veszítenek más atomokhoz. Az elektronhéjak mérete megnő, ami a periódusos rendszer növekvő periódusméretét okozza.
Alkáli- és alkáliföldfémek
A periódusos rendszer bal szélén két nagyon reaktív fémcsoport található. A hidrogén kivételével az első oszlop lágy, fényes alkálifémekből áll. Ezeknek a fémeknek csak egy elektron van a vegyértékhéjban, amely kémiai reakciók során könnyen adományozható egy másik atomnak. Az alkálifémek levegőben és vízben egyaránt robbanékony reakcióképességük miatt a természetben ritkán találhatók meg elemi formájában. A második csoportban az alkáliföldfémeknek két vegyértékelektronja van, emiatt kissé keményebbek és kevésbé reaktívak. Ezeket a fémeket azonban még mindig ritkán találjuk elemi formájában.
Átmeneti fémek
A periódusos rendszer legtöbb elemét fémek közé sorolják. Az átmenetifémek az asztal közepén fekszenek, a 3–12. Ezek az elemek szobahőmérsékleten szilárdak, a higany kivételével, és a fémek színétől és alakíthatóságától elvárhatók. Mivel a vegyértékhéjak olyan nagyra nőnek, az átmeneti fémek egy részét kivonják a periódusos rendszerből és a diagram aljára teszik; ezek Lanthanides és Actinides néven ismertek. A periódusos rendszer alján található átmeneti fémek közül sok ritka és instabil.
Metalloidok és nemfémek
A periódusos rendszer jobb oldalán egy durva átlós vonal osztja el a bal oldalon lévő fémeket a jobb oldali nemfémektől. Ezen a vonalon vannak a metalloidok, például a germánium és az arzén, amelyek bizonyos fémes tulajdonságokkal rendelkeznek. A kémikusok az elválasztó vonal jobb oldalán található összes elemet nemfémnek minősítik, kivéve a szélsőjobboldali 18. csoportot. Sok nemfém gáznemű, és mindegyik figyelemre méltó az elektronszerzésre és a vegyértékhéjak kitöltésére való hajlamuk miatt.
Nemesgázok
A periódusos rendszer jobb szélén található 18. csoport teljes egészében gázokból áll. Ezek az elemek teljes vegyértékű héjakkal rendelkeznek, és általában nem szereznek és nem veszítenek elektronokat. Ennek eredményeként ezek a gázok szinte kizárólag elemi formájában léteznek. A kémikusok nemes vagy inert gázoknak minősítik őket. Az összes nemesgáz színtelen, szagtalan és nem reagál.