כיצד מתייחסים אלקטרוני הערכיות של אלמנט לקבוצתו בטבלה המחזורית?

בשנת 1869 פרסם דמיטרי מנדלב מאמר שכותרתו "על הקשר בין נכסי האלמנטים למשקליהם האטומיים". בעיתון ההוא הוא ייצר סידור מסודר של היסודות, רשם אותם לפי סדר הגברת המשקל וסידורם בקבוצות על בסיס כימיקל דומה נכסים. אף שנשארו עשורים רבים לפני שהתגלו פרטי המבנה האטומי, שולחנו של מנדלב כבר ארגן אלמנטים מבחינת הערכיות שלהם.

בתקופתו של מנדלב נחשבו אטומים כישויות ייחודיות שאינן ניתנות לחלוקה. חלקם היו כבדים יותר מאחרים, ונראה היה סביר להזמין את האלמנטים באמצעות הגדלת משקל. יש שתי בעיות בגישה זו. ראשית, מדידת משקל היא משימה מסובכת, ורבים מהמשקלים המקובלים בימיו של מנדלייב לא היו נכונים. שנית, מתברר שמשקל אטומי הוא לא באמת הפרמטר הרלוונטי. הטבלאות המחזוריות של ימינו מציבות את היסודות לפי סדר האטום שלהם, שהוא מספר הפרוטונים בגרעין. בתקופתו של מנדלב טרם התגלו פרוטונים.

מנדלב כתב כי "סידור לפי משקל אטומי תואם את ערכיות היסוד ובמידה מסוימת להבדל בהתנהגות כימית. "הערכיות, לפי הבנתו של מנדלייב, הייתה אינדיקציה ליכולת של אלמנט לשלב עם אחרים אלמנטים. מנדלייב שילב את סדר המשקל האטומי עם ערכיות נפוצות כדי לארגן את היסודות בטבלה. כלומר, הוא ארגן את היסודות בקבוצות על פי המאפיינים הכימיים שלהם. מכיוון שתכונות אלה חוזרות כל כמה זמן, התוצאה הייתה טבלה מחזורית בה כל עמודה אנכית, המכונה קבוצה, מכילה אלמנטים עם מאפיינים דומים, וכל שורה אופקית, הנקראת נקודה, מסדרת את האלמנטים לפי משקל, גדלה משמאל לימין וממעלה תַחתִית.

כחמישים שנה לאחר הטבלה המחזורית הראשונה של מנדלב, גילו מדענים שהאטום נבנה סביב גרעין עם פרוטונים טעונים חיובי ונויטרונים ניטרליים - שניהם יחסית כָּבֵד. הגרעין הטעון חיובי מוקף בענן של אלקטרונים טעונים שלילית. מספר הפרוטונים - המכונה גם מספר האטום - תואם בדרך כלל את מספר האלקטרונים. מתברר שמספר האלקטרונים שיש לאלמנט קובע במידה רבה את התכונות הכימיות שלו. אז הסדר הנכון בטבלה המחזורית נקבע על ידי מספר האלקטרונים, ולא המשקל כפי שמנדלייב הציע במקור.

האלקטרונים בענן המקיפים את גרעין היסוד מסודרים בשכבות, הנקראות קליפות. לכל קליפה יש מספר ספציפי של אלקטרונים שהיא יכולה להחזיק. כאשר כל קליפה מתמלאת מוסיפה מעטפת חדשה עד שמחשבים את כל האלקטרונים. אלקטרונים בקליפה החיצונית ביותר נקראים אלקטרונים ערכיים, מכיוון שהאינטראקציות שלהם קובעות את התכונות הכימיות של יסוד. העמודים שהוגדרו לקבוצת אלמנטים על ידי מאפיינים כימיים דומים מתגלים כאותם עמודות המוגדרים על ידי מספר אלקטרוני הערכיות. לאלמנטים בקבוצה 1A יש רק אלקטרון ערכיות אחד, וכל עמודה בקבוצה A מימין מוסיפה אלקטרון ערכיות אחד נוסף. הארגון נעשה קצת עכור עם אלמנטים מקבוצה B, אך כל אחד מהם מקובץ גם לפי מספר אלקטרוני הערכיות שלהם.