Kā elementa valences elektroni ir saistīti ar tā grupu periodiskajā tabulā?

1869. gadā Dmitrijs Mendeļejevs publicēja rakstu "Par elementu īpašību saistību ar to atomu svaru". Tajā dokumentā viņš izgatavoja sakārtotu elementu izvietojumu, uzskaitot tos svara pieauguma secībā un sakārtojot grupās, pamatojoties uz līdzīgu ķīmisko vielu īpašības. Lai arī pirms atomu uzbūves detaļu atklāšanas palika daudz gadu desmitu, Mendeļejeva tabulā jau tika organizēti elementi to valences ziņā.

Mendeļejeva laikā atomi tika uzskatīti par nedalāmām, unikālām vienībām. Daži bija smagāki par citiem, un šķita saprātīgi pasūtīt elementus, palielinot svaru. Šai pieejai ir divas problēmas. Pirmkārt, svara mērīšana ir grūts uzdevums, un daudzi no Mendelejeva dienas pieņemtajiem svariem nebija pareizi. Otrkārt, izrādās, ka atomu svars patiesībā nav attiecīgais parametrs. Mūsdienu periodiskās tabulas elementus izvieto to atomu skaita secībā, kas ir protonu skaits kodolā. Mendeļejeva laikā protoni vēl nebija atklāti.

Mendeļejevs rakstīja, ka "izkārtojums pēc atomu svara atbilst elementa valencei un zināmā mērā atšķirībai ķīmiskā uzvedībā. "Mendeļejeva izpratnē valence bija norāde uz elementa spēju apvienoties ar citiem elementi. Mendelejevs apvienoja atomu svara secību ar kopīgām valencēm, lai sakārtotu elementus tabulā. Tas ir, viņš organizēja elementus grupās pēc to ķīmiskajām īpašībām. Tā kā šīs īpašības atkārtojas tik bieži, rezultāts bija periodiskā tabula, kurā katrā vertikālajā kolonnā, ko sauc par grupu, ir elementi ar līdzīgām īpašībām, un katra horizontālā rinda, ko sauc par periodu, izkārto elementus pēc svara, palielinoties no kreisās uz labo un no augšas uz otru apakšā.

Aptuveni 50 gadus pēc Mendeļejeva pirmās periodiskās tabulas zinātnieki atklāja, ka atoms ir uzbūvēts ap kodolu ar pozitīvi lādētiem protoniem un neitrāliem neitroniem - abi ir relatīvi smags. Pozitīvi lādēto kodolu ieskauj negatīvi lādētu elektronu mākonis. Protonu skaits, ko sauc arī par atomu skaitli, parasti atbilst elektronu skaitam. Izrādās, ka elementu elektronu skaits lielā mērā nosaka tā ķīmiskās īpašības. Tātad pareizo kārtību periodiskajā tabulā nosaka elektronu skaits, nevis svars, kā sākotnēji ierosināja Mendeļejevs.

Elektroni mākonī, kas ieskauj elementa kodolu, ir sakārtoti slāņos, kurus sauc par čaulām. Katrā apvalkā ir noteikts skaits elektronu, ko tā spēj noturēt. Kad katrs apvalks ir piepildīts, tiek pievienots jauns apvalks, līdz visi elektroni tiek ņemti vērā. Elektronus visattālākajā apvalkā sauc par valences elektroniem, jo ​​tieši to mijiedarbība nosaka elementa ķīmiskās īpašības. Kolonnas, kas tika izveidotas, lai grupētu elementus pēc līdzīgām ķīmiskajām īpašībām, izrādās tieši tās pašas kolonnas, ko nosaka valences elektronu skaits. 1.A grupas elementiem ir tikai viens valences elektrons, un katra A grupas kolonna pa labi pievieno vēl vienu valences elektronu. Organizācija kļūst nedaudz neskaidra ar B grupas elementiem, taču katrs no tiem ir grupēts arī pēc to valences elektronu skaita.