Ako súvisia valenčné elektróny prvku s jeho skupinou v periodickej tabuľke?

V roku 1869 Dmitrij Mendelejev publikoval prácu s názvom „O vzťahu vlastností prvkov k ich atómovým hmotnostiam“. V tom príspevku on vytvoril usporiadané usporiadanie prvkov, ktoré uviedol v poradí podľa prírastku hmotnosti a usporiadal ich do skupín na základe podobnej chemikálie vlastnosti. Aj keď pred objavením detailov atómovej štruktúry zostávalo mnoho desaťročí, Mendelejevova tabuľka už organizovala prvky z hľadiska ich valencie.

V Mendelejevovej dobe sa atómy považovali za nedeliteľné a jedinečné entity. Niektoré boli ťažšie ako iné a zdalo sa rozumné objednávať prvky podľa hmotnosti. S týmto prístupom sú dva problémy. Po prvé, meranie hmotnosti je zložitá úloha a mnohé z prijatých váh Mendelejevovej doby neboli správne. Po druhé, ukázalo sa, že atómová hmotnosť nie je skutočne relevantným parametrom. Dnešné periodické tabuľky umiestňujú prvky v poradí podľa ich atómového čísla, čo je počet protónov v jadre. V Mendelejevovej dobe ešte neboli objavené protóny.

Mendelejev napísal, že „usporiadanie podľa atómovej hmotnosti zodpovedá valencii prvku a do istej miery rozdielu v chemickom správaní. “Valencia v Mendelejevovom chápaní naznačovala schopnosť prvku kombinovať sa s inými prvkov. Mendelejev spojil poradie atómovej hmotnosti so spoločnými valenciami na usporiadanie prvkov do tabuľky. To znamená, že organizoval prvky do skupín podľa ich chemických charakteristík. Pretože sa tieto vlastnosti opakujú tak často, výsledkom bola periodická tabuľka, v ktorej každý vertikálny stĺpec, nazývaný skupina, obsahuje prvky s podobnými vlastnosťami a každý vodorovný riadok, ktorý sa nazýva bodka, usporiada prvky podľa hmotnosti a zväčšuje sa zľava doprava a zhora do dole.

Asi 50 rokov po Mendelejevovej prvej periodickej tabuľke vedci zistili, že atóm bol postavený okolo jadra s kladne nabitými protónmi a neutrálnymi neutrónmi - obidva sú relatívne ťažký. Kladne nabité jadro je obklopené mrakom záporne nabitých elektrónov. Počet protónov - nazývaný tiež atómové číslo - sa zvyčajne zhoduje s počtom elektrónov. Ukazuje sa, že počet elektrónov, ktoré prvok má, vo veľkej miere určuje jeho chemické vlastnosti. Správne poradie v periodickej tabuľke je teda určené počtom elektrónov, nie hmotnosťou, ako pôvodne navrhoval Mendelejev.

Elektróny v oblaku obklopujúce jadro prvku sú usporiadané vo vrstvách, ktoré sa nazývajú škrupiny. Každá škrupina má konkrétny počet elektrónov, ktoré dokáže pojať. Keď sa naplní každý obal, pridá sa nový obal, kým sa nezapočítajú všetky elektróny. Elektróny v najokrajovejšej škrupine sa nazývajú valenčné elektróny, pretože práve ich interakcie určujú chemické vlastnosti prvku. Stĺpce, ktoré boli nastavené na zoskupenie prvkov podľa podobných chemických vlastností, sa ukážu ako úplne rovnaké stĺpce definované počtom valenčných elektrónov. Prvky v skupine 1A majú iba jeden valenčný elektrón a každý stĺpec skupiny A napravo pridáva ešte jeden valenčný elektrón. Organizácia je s prvkami skupiny B trochu nejasná, ale každý z nich je tiež zoskupený podľa počtu valenčných elektrónov.