Gli elementi della tavola periodica appartengono a gruppi e periodi. I gruppi della tavola periodica sono le colonne. I periodi della tavola periodica sono le righe.
TL; DR (troppo lungo; non ho letto)
Gli elementi dello stesso periodo condividono lo stesso numero quantico principale, che descrive sia la dimensione che l'energia del guscio elettronico più esterno di un atomo.
Gusci di elettroni
Gli elettroni di un atomo orbitano attorno al nucleo in una nuvola sfocata governata dalla probabilità. Può essere utile, tuttavia, pensare alle orbite degli elettroni come gusci rigidi contenenti un numero di possibili orbitali elettronici diversi. All'aumentare del numero atomico di un atomo, i suoi gusci devono ospitare un numero crescente di elettroni. Il guscio più esterno è chiamato guscio di valenza; il numero del periodo si riferisce a questa shell.
Numeri Quantici
La disposizione della possibile posizione di un elettrone in un atomo è governata da numeri quantici. Il numero quantico principale, n, corrisponde alla dimensione e all'energia dei gusci elettronici. Può avere valori interi diversi da zero: 1, 2, 3 e così via. All'aumentare dei numeri, aumentano sia la dimensione che l'energia del guscio elettronico. Il secondo numero quantico, l, corrisponde alla forma degli orbitali all'interno di un guscio. Questi numeri sono generalmente indicati con le lettere corrispondenti: 0=s, 1=p, 2=d e 3=f. Il valore di l può variare tra zero e n-1. Ad esempio, se un elettrone ha un numero quantico principale di 2, potrebbe esistere in una delle due diverse forme orbitali, s o p. Il terzo numero quantico, m, corrisponde all'orientamento degli orbitali. Il terzo numero quantico deve essere sempre compreso tra -l e +l. Pertanto, c'è un orbitale s, tre orbitali p, cinque orbitali d e sette orbitali f.
Aggiunta di elettroni e spostamento attraverso la tavola periodica
Una singola coppia di elettroni riempie un orbitale. L'idrogeno ha un elettrone, quindi occupa il primo orbitale: 1s. L'elio ha due elettroni, entrambi ancora inseriti nell'orbitale 1s. L'elemento successivo, il litio, ha tre elettroni. I primi due si inseriscono nell'orbitale 1. Il terzo elettrone, tuttavia, deve trovarsi in un nuovo orbitale. Il numero quantico principale 1 limita il secondo numero quantico a zero, il che a sua volta significa che anche il terzo deve essere zero. Pertanto, tutto lo spazio di associato al primo guscio è occupato. L'elettrone successivo deve esistere in un nuovo guscio e orbitale: l'orbitale 2s. Ciò significa che il numero quantico principale è aumentato; l'elemento deve essere in un periodo diverso. Come previsto, il litio inizia il gruppo 2 della tavola periodica, poiché il suo guscio di valenza ha un numero quantico principale di 2.
Tendenze del raggio atomico
Gli atomi non cambiano i numeri quantici principali mentre ci si sposta da sinistra a destra attraverso la tavola periodica. Pertanto, gli elettroni esistono tutti all'incirca alla stessa distanza dal nucleo. Tuttavia, vengono aggiunti altri protoni. Questo crea una maggiore carica positiva nel nucleo, con conseguente maggiore attrazione verso l'interno degli elettroni. Quindi, il raggio atomico, o la distanza dal nucleo al bordo più esterno dell'atomo, diminuisce effettivamente mentre ci si sposta attraverso un periodo. D'altra parte, man mano che ci si sposta in basso nella tavola periodica, il numero del periodo aumenta. Il numero quantico principale aumenta e quindi la nuvola di elettroni aumenta di dimensioni. A sua volta, il raggio atomico aumenta man mano che ci si sposta lungo la tavola periodica.