Elementen op het periodiek systeem behoren tot groepen en perioden. De groepen van het periodiek systeem zijn de kolommen. De perioden van het periodiek systeem zijn de rijen.
TL; DR (te lang; niet gelezen)
Elementen uit dezelfde periode delen hetzelfde hoofdkwantumgetal, dat zowel de grootte als de energie van de buitenste elektronenschil van een atoom beschrijft.
Elektronenschelpen
De elektronen van een atoom draaien om de kern in een wazige wolk die wordt bepaald door waarschijnlijkheid. Het kan echter nuttig zijn om elektronenbanen te zien als starre schillen die een aantal verschillende mogelijke elektronenorbitalen bevatten. Naarmate het atoomnummer van een atoom toeneemt, moeten zijn schillen een toenemend aantal elektronen herbergen. De buitenste schil wordt de valentieschil genoemd; het periodenummer verwijst naar deze schaal.
Kwantumgetallen
De lay-out van de mogelijke positie van een elektron in een atoom wordt bepaald door kwantumgetallen. Het belangrijkste kwantumgetal, n, komt overeen met de grootte en energie van elektronenschillen. Het kan gehele getallen hebben die niet nul zijn: 1, 2, 3 enzovoort. Naarmate het aantal toeneemt, nemen zowel de grootte als de energie van de elektronenschil toe. Het tweede kwantumgetal, l, komt overeen met de vorm van de orbitalen in een schil. Deze getallen worden meestal aangeduid met hun corresponderende letters: 0=s, 1=p, 2=d en 3=f. De waarde van l kan variëren tussen nul en n-1. Als een elektron bijvoorbeeld een hoofdkwantumgetal van 2 heeft, kan het in twee verschillende orbitale vormen voorkomen, s of p. Het derde kwantumgetal, m, komt overeen met de oriëntatie van de orbitalen. Het derde kwantumgetal moet altijd tussen -l en +l liggen. Daarom is er één s-orbitaal, drie p-orbitalen, vijf d-orbitalen en zeven f-orbitalen.
Elektronen toevoegen en door het periodiek systeem bewegen
Een enkel paar elektronen vult een orbitaal. Waterstof heeft één elektron, dus dat neemt de eerste baan in beslag: 1s. Helium heeft twee elektronen, die beide nog in de 1s-orbitaal passen. Het volgende element, lithium, heeft drie elektronen. De eerste twee passen in de 1s orbitaal. Het derde elektron moet zich echter in een nieuwe orbitaal bevinden. Het hoofdkwantumgetal 1 beperkt het tweede kwantumgetal tot nul, wat op zijn beurt betekent dat het derde ook nul moet zijn. Daarom wordt alle ruimte van de eerste schil in beslag genomen. Het volgende elektron moet in een nieuwe schil en orbitaal bestaan: de 2s-orbitaal. Dit betekent dat het hoofdkwantumgetal is toegenomen; het element moet zich in een andere periode bevinden. Zoals verwacht begint lithium groep 2 van het periodiek systeem, omdat de valentieschaal een hoofdkwantumgetal van 2 heeft.
Atoomstraaltrends
Atomen veranderen de hoofdkwantumgetallen niet als je van links naar rechts door het periodiek systeem beweegt. Daarom bestaan de elektronen allemaal op ongeveer dezelfde afstand van de kern. Er worden echter meer protonen toegevoegd. Dit creëert een grotere positieve lading in de kern, wat resulteert in een grotere interne aantrekkingskracht op elektronen. Daarom neemt de atoomstraal, of de afstand van de kern tot de buitenste rand van het atoom, eigenlijk af naarmate je door een periode beweegt. Aan de andere kant, als u naar beneden gaat in het periodiek systeem, neemt het periodenummer toe. Het hoofdkwantumgetal neemt toe en daarom neemt de elektronenwolk in omvang toe. Op zijn beurt neemt de atomaire straal toe naarmate u naar beneden gaat in het periodiek systeem.