I kapitel 3 ”Atomer, molekyler och joner” introducerade vi det periodiska systemet som ett verktyg för att organisera de kända kemiska grundämnena. Ett periodiskt system visas i figur 8.11 ”Det periodiska systemet”. Grundämnena listas efter atomnummer (antalet protoner i kärnan), och grundämnen med liknande kemiska egenskaper grupperas i kolumner.

Varför har det periodiska systemet den struktur det har? Svaret är ganska enkelt, om man förstår elektronkonfigurationer: det periodiska systemets form efterliknar fyllningen av underskalorna med elektroner.

Låt oss börja med H och He. Deras elektronkonfigurationer är 1s1 respektive 1s2; med He är skalet n = 1 fyllt. Dessa två grundämnen utgör den första raden i det periodiska systemet (se figur 8.12 ”1:an”).

De nästa två elektronerna, för Li och Be, skulle gå till 2s-subskalet. Figur 8.13 ”2:an” visar att dessa två grundämnen ligger intill varandra i det periodiska systemet.

För de följande sex grundämnena tas 2p-subskalet upp med elektroner. På den högra sidan av det periodiska systemet är dessa sex grundämnen (B till Ne) grupperade tillsammans (figur 8.14 ”The 2”).

Nästkommande subskal som fylls är 3s-subskalet. De grundämnen när detta underskal fylls, Na och Mg, är tillbaka på den vänstra sidan av det periodiska systemet (figur 8.15 ”The 3”).

Nästan fylls 3p-subskalet med de nästa sex grundämnena (figur 8.16 ”The 3”).

Istället för att fylla 3d-subskalet härnäst går elektronerna in i 4s-subskalet (Figur 8.17 ”The 4”).

När 4s-subskalet är fyllt fylls 3d-subskalet med upp till 10 elektroner. Detta förklarar avsnittet med 10 grundämnen i mitten av det periodiska systemet (figur 8.18 ”The 3”).

Och så vidare. När vi går över raderna i det periodiska systemet beskriver tabellens övergripande form hur elektronerna besätter skal och underskal.

De två första kolumnerna på den vänstra sidan av det periodiska systemet är de två första kolumnerna där s-underskalet är upptaget. På grund av detta kallas de två första raderna i det periodiska systemet för s-blocket. På samma sätt är p-blocket de sex kolumnerna längst till höger i det periodiska systemet, d-blocket de tio mittersta kolumnerna i det periodiska systemet, medan f-blocket är den sektion med 14 kolumner som normalt avbildas som fristående från huvuddelen av det periodiska systemet. Det skulle kunna vara en del av huvuddelen, men då skulle det periodiska systemet bli ganska långt och otympligt. Figur 8.19 ”Blocks on the Periodic Table” visar blocken i det periodiska systemet.

Elektronerna i det högst numrerade skalet, plus eventuella elektroner i det sista ofyllda underskalet, kallas för valenceelektroner; det högst numrerade skalet kallas för valenceskalet. (De inre elektronerna kallas kärnelektroner.) Valenceelektronerna styr till stor del kemin i en atom. Om vi bara tittar på valensskalets elektronkonfiguration finner vi att i varje kolumn är valensskalets elektronkonfiguration densamma. Ta till exempel grundämnena i den första kolumnen i det periodiska systemet: H, Li, Na, K, Rb och Cs. Deras elektronkonfigurationer (förkortat för de större atomerna) är följande, med valensskalets elektronkonfiguration markerad:

De har alla en liknande elektronkonfiguration i sina valensskal: en enda s-elektron. Eftersom en stor del av ett grundämnes kemi påverkas av valenselektronerna skulle vi förvänta oss att dessa grundämnen skulle ha liknande kemi – och det har de. Elektronernas organisation i atomer förklarar inte bara formen på det periodiska systemet utan också det faktum att grundämnen i samma kolumn i det periodiska systemet har liknande kemi.

Samma koncept gäller för de andra kolumnerna i det periodiska systemet. Elementen i varje kolumn har samma elektronkonfigurationer i valensskalet, och elementen har vissa liknande kemiska egenskaper. Detta gäller strikt för alla grundämnen i s- och p-blocken. I d- och f-blocken är likartade valensskal inte absoluta i dessa block, eftersom det finns undantag från ordningen för fyllning av underskal med elektroner, och därför är likartade valensskal inte absoluta i dessa block. Många likheter finns dock i dessa block, så en likhet i kemiska egenskaper är förväntad.

Likheten i valensskalets elektronkonfiguration innebär att vi kan bestämma elektronkonfigurationen hos en atom enbart genom dess position i det periodiska systemet. Ta Se, som visas i figur 8.20 ”Selen i det periodiska systemet”. Den befinner sig i den fjärde kolumnen i p-blocket. Detta innebär att dess elektronkonfiguration bör sluta i en p4-elektronkonfiguration. Elektronkonfigurationen för Se är faktiskt 4s23d104p4, som förväntat.