Az “Atomok, molekulák és ionok” című 3. fejezetben bemutattuk a periódusos rendszert, mint az ismert kémiai elemek rendszerezésének eszközét. A periódusos rendszert a 8.11. ábra “A periódusos rendszer” mutatja be. Az elemek atomi szám (a protonok száma az atommagban) szerint vannak felsorolva, és a hasonló kémiai tulajdonságokkal rendelkező elemek oszlopokba vannak csoportosítva.

Miért olyan a periódusos rendszer felépítése, amilyen? A válasz meglehetősen egyszerű, ha értjük az elektronkonfigurációkat: a periódusos rendszer alakja az alhéjak elektronokkal való kitöltését utánozza.

Kezdjük a H-val és a He-vel. Elektronkonfigurációjuk 1s1, illetve 1s2; a He esetében az n = 1 héj van betöltve. Ez a két elem alkotja a periódusos rendszer első sorát (lásd a 8.12. ábra “Az 1”).

A következő két elektron a Li és Be esetében a 2s alhéjba kerülne. A 8.13. ábra “A 2” mutatja, hogy ez a két elem szomszédos a periódusos rendszerben.

A következő hat elem esetében a 2p alhéjba kerülnek elektronok. A periódusos rendszer jobb oldalán ez a hat elem (B-től Ne-ig) van csoportosítva (8.14. ábra “A 2”).

A következő betöltött alhéj a 3s alhéj. Azok az elemek, amikor ez az alhéj van betöltve, a Na és az Mg, ismét a periódusos rendszer bal oldalán vannak (8.15. ábra “A 3”).

A következő hat elemmel a 3p alhéj van betöltve (8.16. ábra “A 3”).

A következő lépésben a 3d alhéj helyett az elektronok a 4s alhéjba kerülnek (8. ábra.17 “A 4-es”).

A 4s alhéj kitöltése után a 3d alhéj legfeljebb 10 elektronnal töltődik fel. Ez magyarázza a periódusos rendszer középső, 10 elemet tartalmazó szakaszát (8.18. ábra “A 3”).

És így tovább. Ahogy haladunk végig a periódusos rendszer sorain, a táblázat általános alakja körvonalazza, hogy az elektronok hogyan foglalják el a héjakat és alhéjakat.

A periódusos rendszer bal oldalán lévő első két oszlopban az s alhéjakat foglalják el. Emiatt a periódusos rendszer első két sorát s-blokknak nevezzük. Hasonlóképpen a p blokk a periódusos rendszer jobb szélső hat oszlopa, a d blokk a periódusos rendszer középső 10 oszlopa, míg az f blokk az a 14 oszlopos szakasz, amelyet általában a periódusos rendszer fő részétől leválasztva ábrázolnak. Lehetne a főtörzs része is, de akkor a periódusos rendszer meglehetősen hosszú és nehézkes lenne. A 8.19. ábra “Blokkok a periódusos rendszerben” mutatja a periódusos rendszer blokkjait.

A legmagasabb számozású héjban lévő elektronokat, valamint az utolsó kitöltetlen alhéjban lévő esetleges elektronokat valenciaelektronoknak nevezzük; a legmagasabb számozású héjat nevezzük valenciahéjnak. (A belső elektronokat magelektronoknak nevezzük.) A valenciaelektronok nagymértékben irányítják az atom kémiai működését. Ha csak a valenciahéj elektronkonfigurációját nézzük, azt találjuk, hogy minden oszlopban a valenciahéj elektronkonfigurációja azonos. Vegyük például a periódusos rendszer első oszlopában található elemeket: H, Li, Na, K, Rb és Cs. Elektronkonfigurációjuk (a nagyobb atomok esetében rövidítve) a következő, a valenciahéj elektronkonfigurációját kiemelve:

Valenciahéjukban mindegyiküknek hasonló az elektronkonfigurációja: egyetlen s elektron. Mivel egy elem kémiájának nagy részét a valenciaelektronok befolyásolják, azt várnánk, hogy ezeknek az elemeknek hasonló a kémiája – és így is van. Az elektronok elrendeződése az atomokban nemcsak a periódusos rendszer alakját magyarázza, hanem azt is, hogy a periódusos rendszer azonos oszlopában lévő elemek kémiai tulajdonságai hasonlóak.

A periódusos rendszer többi oszlopára ugyanez a koncepció vonatkozik. Az egyes oszlopokban lévő elemeknek ugyanaz a valenciahéj elektronkonfigurációja, és az elemek bizonyos kémiai tulajdonságai is hasonlóak. Ez szigorúan igaz az s és p blokkok összes elemére. A d és f blokkokban, mivel az alhéjak elektronokkal való feltöltésének sorrendje alól vannak kivételek, a hasonló valenciahéjak nem abszolút érvényesek ezekben a blokkokban. Azonban sok hasonlóság van ezekben a blokkokban, így a kémiai tulajdonságok hasonlósága várható.

A valenciahéj elektronkonfigurációjának hasonlósága azt jelenti, hogy egy atom elektronkonfigurációját kizárólag a periódusos rendszerben elfoglalt helye alapján tudjuk meghatározni. Tekintsük a 8.20. ábra “Szelén a periódusos rendszerben” című ábráján látható Se-t. A p blokk negyedik oszlopában található. Ez azt jelenti, hogy elektronkonfigurációjának p4 elektronkonfigurációval kell végződnie. Valóban, a Se elektronkonfigurációja a várakozásoknak megfelelően 4s23d104p4.