Hur relaterar ett elements valenselektroner till sin grupp i det periodiska systemet?

1869 publicerade Dmitri Mendeleev en uppsats med titeln "Om förhållandet mellan elementens egenskaper till deras atomvikt." I den tidningen han producerade ett ordnat arrangemang av elementen, listade dem i ordning för att öka vikten och ordnade dem i grupper baserat på liknande kemikalie egenskaper. Även om många årtionden kvarstod innan detaljerna i atomstrukturen skulle upptäckas organiserade Mendeleevs bord redan element i termer av deras valens.

Under Mendeleevs tid ansågs atomer vara odelbara, unika enheter. Vissa var tyngre än andra, och det verkade rimligt att beställa elementen genom att öka vikten. Det finns två problem med detta tillvägagångssätt. För det första är viktmätning en knepig uppgift, och många av de accepterade vikterna från Mendeleevs tid var inte korrekta. För det andra visar det sig att atomvikt egentligen inte är den relevanta parametern. Dagens periodiska tabeller placerar elementen i deras atomnummer, vilket är antalet protoner i kärnan. På Mendeleevs tid hade protoner ännu inte upptäckts.

Mendeleev skrev att "arrangemang enligt atomvikt motsvarar elementets valens och i viss utsträckning skillnaden i kemiskt beteende. "Valensen, enligt Mendeleevs förståelse, var en indikation på förmågan hos ett element att kombinera med andra element. Mendeleev kombinerade ordningen på atomvikt med vanliga valenser för att organisera elementen i en tabell. Det vill säga han organiserade elementen i grupper efter deras kemiska egenskaper. Eftersom dessa egenskaper upprepas så ofta blev resultatet en periodisk tabell där varje vertikal kolumn, kallad en grupp, innehåller element med liknande egenskaper, och varje horisontell rad, kallad en period, ordnar elementen efter vikt, ökar från vänster till höger och upp till botten.

Cirka 50 år efter Mendeleevs första periodiska system upptäckte forskare att atomen byggdes runt en kärna med positivt laddade protoner och neutrala neutroner - båda är relativt tung. Den positivt laddade kärnan är omgiven av ett moln av negativt laddade elektroner. Antalet protoner - även kallat atomnummer - matchar vanligtvis antalet elektroner. Det visar sig att antalet elektroner som ett element har i hög grad avgör dess kemiska egenskaper. Så rätt ordning i det periodiska systemet bestäms av antalet elektroner, inte vikt som Mendeleev ursprungligen föreslog.

Elektronerna i molnet som omger ett grundkärna är ordnade i lager, kallade skal. Varje skal har ett specifikt antal elektroner som det kan hålla. När varje skal fylls läggs ett nytt skal tills alla elektroner redovisas. Elektroner i det yttersta skalet kallas valenselektroner, eftersom det är deras interaktioner som bestämmer de grundläggande kemiska egenskaperna hos ett element. Kolumnerna som sattes upp för att gruppera element med liknande kemiska egenskaper visar sig vara exakt samma kolumner som definieras av antalet valenselektroner. Element i grupp 1A har bara en valenselektron och varje grupp A-kolumn till höger lägger till ytterligare en valenselektron. Organisationen blir lite grumlig med grupp B-elementen, men var och en av dem grupperas också efter deras antal valenselektroner.