W 1869 Dmitri Mendelejew opublikował artykuł zatytułowany „O relacji właściwości pierwiastków do ich ciężarów atomowych”. W tej gazecie on wykonał uporządkowany układ elementów, wymieniając je w kolejności rosnącej wagi i układając w grupy na podstawie podobnej substancji chemicznej nieruchomości. Chociaż do odkrycia szczegółów budowy atomu pozostało wiele dziesięcioleci, tablica Mendelejewa już uporządkowała pierwiastki pod względem ich wartościowości.
Pierwiastki i masa atomowa
W czasach Mendelejewa uważano atomy za niepodzielne, niepowtarzalne byty. Niektóre były cięższe od innych i wydawało się rozsądne porządkowanie elementów przez zwiększanie wagi. Z takim podejściem wiążą się dwa problemy. Po pierwsze, mierzenie wagi jest trudnym zadaniem, a wiele z przyjętych wag w czasach Mendelejewa nie było prawidłowych. Po drugie, okazuje się, że masa atomowa nie jest tak naprawdę istotnym parametrem. Dzisiejsze układy okresowe pierwiastków umieszczają pierwiastki w kolejności ich liczby atomowej, która jest liczbą protonów w jądrze. W czasach Mendelejewa protony nie zostały jeszcze odkryte.
Pierwiastki i właściwości chemiczne
Mendelejew napisał, że „układ według masy atomowej odpowiada wartościowości pierwiastka i do pewnego stopnia różnicy w zachowaniu chemicznym”. Wartościowość, w rozumieniu Mendelejewa, była wskazówką zdolności pierwiastka do łączenia się z innymi elementy. Mendelejew połączył kolejność masy atomowej ze wspólnymi wartościowościami, aby uporządkować pierwiastki w tabeli. Oznacza to, że zorganizował pierwiastki w grupy zgodnie z ich właściwościami chemicznymi. Ponieważ te właściwości powtarzają się co jakiś czas, wynikiem była tablica okresowa, w której każda pionowa kolumna, zwana grupą, zawiera elementy o podobnych cechach, a każdy poziomy rząd, zwany kropką, rozmieszcza elementy według wagi, zwiększając się od lewej do prawej i od góry do Dolny.
Struktura atomowa
Około 50 lat po pierwszym układzie okresowym Mendelejewa naukowcy odkryli, że powstał atom wokół jądra z dodatnio naładowanymi protonami i neutralnymi neutronami -- oba są względnie ciężki. Dodatnio naładowane jądro otoczone jest chmurą ujemnie naładowanych elektronów. Liczba protonów – zwana również liczbą atomową – zazwyczaj odpowiada liczbie elektronów. Okazuje się, że liczba elektronów pierwiastka w dużej mierze determinuje jego właściwości chemiczne. Tak więc właściwa kolejność w układzie okresowym zależy od liczby elektronów, a nie od wagi, jak pierwotnie proponował Mendelejew.
Elektrony walencyjne
Elektrony w obłoku otaczającym jądro pierwiastka są ułożone w warstwy, zwane powłokami. Każda powłoka ma określoną liczbę elektronów, które może pomieścić. Kiedy każda powłoka jest wypełniona, dodawana jest nowa powłoka, aż wszystkie elektrony zostaną uwzględnione. Elektrony w zewnętrznej powłoce nazywane są elektronami walencyjnymi, ponieważ to ich interakcje określają właściwości chemiczne pierwiastka. Kolumny, które zostały ustawione w celu grupowania pierwiastków o podobnych właściwościach chemicznych, okazują się być dokładnie tymi samymi kolumnami zdefiniowanymi przez liczbę elektronów walencyjnych. Pierwiastki z grupy 1A mają tylko jeden elektron walencyjny, a każda kolumna grupy A po prawej stronie dodaje jeszcze jeden elektron walencyjny. Organizacja robi się nieco mętna w przypadku pierwiastków z grupy B, ale każdy z nich jest również pogrupowany według liczby elektronów walencyjnych.