Периодический закон и его табличное выражение – Периодическая система тесно связаны со строением атомов элементов. Последовательность расположения в Периодической системе всех известных элементов по возрастанию порядкового номера отражает постепенное заполнение ядра атома протонами, а электронной оболочки электронами, что придает ясный физический смысл значениям порядкового номера.

Между положением элементов в Периодической системе и строением их атомов существует следующая взаимосвязь:

1). Атомы всех элементов одного и того же периода имеют равное число энергетических уровней, частично или полностью заполенных электронами;
2). Атомы всех элементов главных групп (А-групп) имеют равное число внешних электронов (электронов на высшем энергетическом уровне).

Номер периода показывает:

• число электронных слоев;
• номер внешнего электронного слоя;
• число энергетических уровней;
• номер высшего энергетического уровня;
• значение главного квантового числа для высшего энергетического уровня.

Поскольку в атомах всех известных элементов в предельном случае заполняется (полностью или частично) семь энергетических уровней, в Периодической системе имеется 7 периодов.

Номер главной группы (А-группы) показывает число внешних электронов, или число число электронов на внешнем энергетическом уровне.

Поскольку во внешнем электронном слое атома может быть максимум восемь электронов, а заполнение внешнего слоя происходит у атомов элементов А-групп, в Периодической системе имеется восемь главных групп (IА – VIIIА).

Для элементов побочных групп (Б-групп) не существует прямой связи между номером группы и числом внешних электронов, поскольку в атомах этих элементов заполняются внутренние энергетические уровни. За редким исключением можно утверждать, что атомы элементов побочных групп (Б-групп), имеют, как правило, два внешних электрона.

В Периодической системе отчетливо различаются 4 секции элементов в зависимости от вида заполняемого электронами подуровня:

s-элементы – достраивается s-подуровень
p-элементы – достраивается p-подуровень
d-элементы – достраивается d-подуровень
f-элементы – достраивается f-подуровень

Особое положение занимают водород и гелий – элементы первого периода. Водород обычно помещают в IА группу, над щелочными металлами, реже в VIIА группу, над галогенами. По современным представлениям водород не относят ни к какой группе, а считают просто элементом первого периода. Гелий, хотя он и является s-элементом, по своим свойствам близок к элементам VIIIА группы и поэтому его помещают в Периодической системе над другими благородными газами.

Каждому периоду соответствует следующий порядок заполения внешних энергетических подуровней:

1 период (2 элемента) – 1s²
2 период (8 элементов) – 2s²2p⁶
3 период (8 элементов) – 3s²3p⁶
4 период (18 элементов) – 4s²4p⁶3d¹⁰
5 период (18 элементов) – 5s²5p⁶4d¹⁰
6 период (32 элемента) – 6s²6p⁶5d¹⁰4f¹⁴

Все s- и p-элементы относятся к элементам А-групп, все d- и f-элементы относятся к элементам Б-групп. В каждом периоде, начиная с четвертого, секции s- и p-элементов разделены секцией d-элементов (в шестом и седьмом периодах еще и секцией f-элементов), поэтому d-элементы часто называют также переходными элементами.

Для интерпретации химической связи важно понятие о валентных электронах. Для атомов элементов А-групп валентными являются электроны достраивающихся s- и p-подуровней, для атомов элементов Б-групп – электроны s- и d-подуровней, к которым у атомов лантаноидов и актиноидов добавляются электроны f-подуровня. Именно между этими валентными подуровнями происходит перескок электронов, вызывающий отклонение электронных конфигураций от последовательности заполнения. Однако большого влияния на химические свойства элементов такие переходы как у хрома (3d⁴4s² → 3d⁵4s¹) или меди (3d⁹4s² → 3d¹⁰4s¹) не оказывают, поскольку эти электроны все равно остаются валентными.