Zawartość
W 1869 r. Dmitrij Mendelejew opublikował artykuł zatytułowany „O związku właściwości pierwiastków z ich masami atomowymi”. W tym artykule stworzył uporządkowane rozmieszczenie pierwiastków, wymieniając je w kolejności rosnącego ciężaru i układając je w grupy oparte na podobnych właściwościach chemicznych. Chociaż wiele lat pozostało do odkrycia szczegółów struktury atomowej, tabela Mendelejewa już zorganizowała elementy pod względem ich wartościowości.
Pierwiastki i masa atomowa
W Mendelejewie atomy czasu uważano za niepodzielne, unikalne byty. Niektóre były cięższe od innych i wydawało się rozsądne zamawianie elementów przez zwiększenie masy. Z tym podejściem wiążą się dwa problemy. Po pierwsze, pomiar masy jest trudnym zadaniem, a wiele z przyjętych wag dnia Mendelejewa było niepoprawnych. Po drugie, okazuje się, że masa atomowa nie jest tak naprawdę odpowiednim parametrem. Dzisiejsze układy okresowe układają pierwiastki w kolejności ich liczby atomowej, czyli liczby 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, wskazywała na zdolność elementu do łączenia się z innymi elementami. Mendelejew połączył porządek masy atomowej ze wspólnymi wartościowościami, aby uporządkować elementy w tabeli. Oznacza to, że zorganizował elementy w grupy zgodnie z ich właściwościami chemicznymi. Ponieważ te właściwości powtarzają się co jakiś czas, w rezultacie powstała tabela okresowa, w której każda kolumna pionowa, zwana grupą, zawiera elementy o podobnych cechach, a każdy rząd poziomy, zwany kropką, układa elementy wagowo, zwiększając się od lewej do prawej i od góry do dołu.
Struktura atomowa
Około 50 lat po pierwszym układzie okresowym Mendelejewa naukowcy odkryli, że atom zbudowano wokół jądra z dodatnio naładowanymi protonami i neutralnymi neutronami - oba są stosunkowo ciężkie. Jądro naładowane dodatnio otoczone jest chmurą ujemnie naładowanych elektronów. Liczba protonów - zwana także liczbą atomową - zazwyczaj odpowiada liczbie elektronów. Okazuje się, że liczba elektronów elementu w dużej mierze determinuje jego właściwości chemiczne. Tak więc właściwa kolejność w układzie okresowym zależy od liczby elektronów, a nie od masy, jak pierwotnie proponował Mendelejew.
Elektrony walencyjne
Elektrony w chmurze otaczające jądro pierwiastków są ułożone warstwami, zwanymi skorupami. Każda powłoka ma określoną liczbę elektronów, które może pomieścić. Po napełnieniu każdej powłoki dodaje się nową powłokę, aż wszystkie elektrony zostaną uwzględnione. Elektrony w najbardziej zewnętrznej powłoce nazywane są elektronami walencyjnymi, ponieważ to ich interakcje determinują właściwości chemiczne pierwiastka. Kolumny, które zostały ustawione w celu grupowania elementów o podobnych właściwościach chemicznych, okazują się być dokładnie tymi samymi kolumnami określonymi przez liczbę elektronów walencyjnych. Elementy w grupie 1A mają tylko jeden elektron walencyjny, a każda kolumna grupy A po prawej dodaje jeszcze jeden elektron walencyjny. Organizacja staje się nieco mętna z elementami grupy B, ale każdy z nich jest również pogrupowany według liczby elektronów walencyjnych.