I kapitel 3 “Atomer, molekyler og ioner” introducerede vi det periodiske system som et værktøj til organisering af de kendte kemiske grundstoffer. Et periodisk system er vist i figur 8.11 “Det periodiske system”. Grundstofferne er opført efter atomnummer (antallet af protoner i kernen), og grundstoffer med lignende kemiske egenskaber er grupperet sammen i kolonner.

Hvorfor har det periodiske system den struktur, det har? Svaret er ret enkelt, hvis man forstår elektronkonfigurationer: Det periodiske systems form efterligner fyldningen af underskaller med elektroner.

Lad os starte med H og He. Deres elektronkonfigurationer er henholdsvis 1s1 og 1s2; med He er n = 1 skallen fyldt. Disse to grundstoffer udgør den første række i det periodiske system (se figur 8.12 “1’eren”).

De næste to elektroner, for Li og Be, ville gå ind i 2s-subskallen. Figur 8.13 “2’eren” viser, at disse to grundstoffer ligger ved siden af hinanden i det periodiske system.

For de næste seks grundstoffer bliver 2p-subskallen besat med elektroner. På højre side af det periodiske system er disse seks grundstoffer (B til Ne) grupperet sammen (figur 8.14 “2’eren”).

Den næste underskal, der udfyldes, er 3sunderskallen. De grundstoffer, hvor denne underskal udfyldes, Na og Mg, er tilbage på venstre side af det periodiske system (figur 8.15 “De 3”).

Næste gang fyldes 3p-subskallen med de næste seks grundstoffer (figur 8.16 “Den 3”).

I stedet for at fylde 3d-underskallen næste gang, går elektronerne ind i 4sunderskallen (Figur 8.17 “4’eren”).

Når 4s underskallen er fyldt, er 3d underskallen fyldt med op til 10 elektroner. Dette forklarer afsnittet med 10 grundstoffer i midten af det periodiske system (figur 8.18 “De 3”).

Og så videre. Når vi går på tværs af rækkerne i det periodiske system, skitserer bordets overordnede form, hvordan elektronerne besætter skallerne og underskallerne.

De to første kolonner på venstre side af det periodiske system er der, hvor s-underskallerne bliver besat. På grund af dette betegnes de to første rækker i det periodiske system som s-blokken. På samme måde er p-blokken de seks kolonner længst til højre i det periodiske system, d-blokken er de 10 kolonner i midten af det periodiske system, mens f-blokken er den sektion med 14 kolonner, der normalt afbildes som løsrevet fra hoveddelen af det periodiske system. Den kunne godt være en del af hoveddelen, men så ville det periodiske system blive ret langt og besværligt. Figur 8.19 “Blokke i det periodiske system” viser blokkene i det periodiske system.

Elektronerne i den højest nummererede skal plus eventuelle elektroner i den sidste uudfyldte underskal kaldes valenselektroner; den højest nummererede skal kaldes valensskallen. (De indre elektroner kaldes kerneelektroner.) Valenceelektronerne styrer i høj grad et atoms kemi. Hvis vi kun ser på valensskalens elektronkonfiguration, finder vi, at i hver kolonne er valensskalens elektronkonfiguration den samme. Tag f.eks. grundstofferne i den første kolonne i det periodiske system: H, Li, Na, K, Rb og Cs. Deres elektronkonfigurationer (forkortet for de større atomer) er som følger, hvor valensskalens elektronkonfiguration er fremhævet:

De har alle en lignende elektronkonfiguration i deres valensskaller: en enkelt s-elektron. Fordi en stor del af et grundstofs kemi påvirkes af valenselektroner, ville vi forvente, at disse grundstoffer ville have samme kemi – og det har de. Organiseringen af elektroner i atomer forklarer ikke kun formen på det periodiske system, men også det faktum, at grundstoffer i den samme kolonne i det periodiske system har samme kemi.

Det samme koncept gælder for de andre kolonner i det periodiske system. Elementer i hver kolonne har de samme elektronkonfigurationer i valensskallen, og elementerne har nogle lignende kemiske egenskaber. Dette gælder strengt taget for alle grundstoffer i s- og p-blokkene. I d- og f-blokkene er der undtagelser fra rækkefølgen for fyldning af delskaller med elektroner, og derfor er ens valensskaller ikke absolut ens i disse blokke. Der er dog mange ligheder i disse blokke, så der forventes en lighed i kemiske egenskaber.

Lighed i valensskalens elektronkonfiguration indebærer, at vi kan bestemme et atoms elektronkonfiguration alene ud fra dets placering i det periodiske system. Betragt Se, som vist i figur 8.20 “Selen på det periodiske system”. Det befinder sig i fjerde kolonne i p-blokken. Det betyder, at dets elektronkonfiguration bør ende i en p4-elektronkonfiguration. Faktisk er elektronkonfigurationen for Se 4s23d104p4, som forventet.