Pierwiastki w układzie okresowym należą do grup i okresów. Grupy układu okresowego to kolumny. Okresy układu okresowego to wiersze.
TL; DR (zbyt długi; Nie czytałem)
Pierwiastki z tego samego okresu mają tę samą główną liczbę kwantową, która opisuje zarówno rozmiar, jak i energię najbardziej zewnętrznej powłoki elektronowej atomu.
Pociski elektronowe
Elektrony atomu krążą wokół jądra w rozmytej chmurze rządzonej prawdopodobieństwem. Użyteczne może być jednak myślenie o orbitach elektronowych jako o sztywnych powłokach zawierających wiele różnych możliwych orbitali elektronowych. Wraz ze wzrostem liczby atomowej atomu, jego powłoki muszą pomieścić coraz większą liczbę elektronów. Najbardziej zewnętrzna powłoka nazywana jest powłoką walencyjną; numer okresu odnosi się do tej powłoki.
Liczby kwantowe
Układem możliwej pozycji elektronu w atomie rządzą liczby kwantowe. Główna liczba kwantowa n odpowiada wielkości i energii powłok elektronowych. Może mieć niezerowe liczby całkowite: 1, 2, 3 i tak dalej. Wraz ze wzrostem liczby wzrasta zarówno rozmiar, jak i energia powłoki elektronowej. Druga liczba kwantowa, l, odpowiada kształtowi orbitali wewnątrz powłoki. Liczby te są zwykle określane przez odpowiadające im litery: 0=s, 1=p, 2=d i 3=f. Wartość l może mieścić się w zakresie od zera do n-1. Na przykład, jeśli elektron ma główną liczbę kwantową 2, może istnieć w jednym z dwóch różnych kształtów orbitalnych, s lub p. Trzecia liczba kwantowa, m, odpowiada orientacji orbitali. Trzecia liczba kwantowa musi zawsze zawierać się w przedziale od -l do +l. Dlatego jest jeden orbital s, trzy orbitale p, pięć orbitali d i siedem orbitali f.
Dodawanie elektronów i poruszanie się po układzie okresowym
Pojedyncza para elektronów wypełnia orbital. Wodór ma jeden elektron, więc zajmuje pierwszy orbital: 1s. Hel ma dwa elektrony, z których oba nadal mieszczą się na orbicie 1s. Kolejny pierwiastek, lit, ma trzy elektrony. Pierwsze dwa pasują do orbitalu 1s. Jednak trzeci elektron musi znajdować się na nowym orbicie. Główna liczba kwantowa 1 ogranicza drugą liczbę kwantową do zera, co z kolei oznacza, że trzecia również musi wynosić zero. Dlatego zajęta jest cała przestrzeń skojarzona z pierwszą powłoką. Następny elektron musi istnieć w nowej powłoce i orbicie: orbitalu 2s. Oznacza to, że główna liczba kwantowa wzrosła; element musi być w innym okresie. Zgodnie z oczekiwaniami, lit rozpoczyna grupę 2 układu okresowego, ponieważ jego powłoka walencyjna ma główną liczbę kwantową równą 2.
Trendy promieni atomowych
Atomy nie zmieniają głównych liczb kwantowych, gdy przechodzisz od lewej do prawej w układzie okresowym. Dlatego wszystkie elektrony znajdują się mniej więcej w tej samej odległości od jądra. Dodaje się jednak więcej protonów. Stwarza to większy ładunek dodatni w jądrze, co skutkuje większym przyciąganiem elektronów do wewnątrz. W związku z tym promień atomu, czyli odległość od jądra do najbardziej zewnętrznej krawędzi atomu, faktycznie maleje wraz z przemieszczaniem się przez okres. Z drugiej strony, gdy przesuwasz się w dół układu okresowego, liczba okresu wzrasta. Główna liczba kwantowa wzrasta, a zatem chmura elektronów powiększa się. Z kolei promień atomowy zwiększa się w miarę przesuwania się w dół układu okresowego pierwiastków.
