תוֹכֶן
בשנת 1869 פרסם דמיטרי מנדלב מאמר שכותרתו, "על יחסי תכונות האלמנטים למשקלי האטום שלהם." במאמר זה ייצר סידור מסודר של היסודות, מונה אותם לפי סדר העלאת המשקל וסידורם בקבוצות על סמך תכונות כימיות דומות. אף על פי שעשורים רבים נותרו עד להתגלות פרטי המבנה האטומי, טבלה מנדלייב כבר ארגנה אלמנטים מבחינת ערכיותם.
אלמנטים ומשקל אטומי
במנדלייב נחשב אטומי זמן לישויות ייחודיות בלתי ניתנות לחלוקה. חלקם היו כבדים יותר מאחרים, ונראה היה הגיוני להזמין את האלמנטים באמצעות הגדלת המשקל. יש שתי בעיות בגישה זו. ראשית, מדידת משקל היא משימה קשה, ורבים מהמשקולות המקובלות של יום המנדלב לא היו נכונות. שנית, מסתבר שמשקל האטום אינו באמת הפרמטר הרלוונטי. טבלאות תקופתיות של ימינו ממקמות את היסודות לפי המספר האטומי שלהם, שהוא מספר הפרוטונים בגרעין. בתקופתו של מנדלב, טרם התגלו פרוטונים.
אלמנטים ותכונות כימיות
מנדלייב כתב כי "סידור לפי משקל אטומי תואם את ערכיות היסוד ובמידה מסוימת את ההבדל בהתנהגות כימית." הערכיות, בהבנתו של מנדלב, הייתה אינדיקציה ליכולתו של אלמנט להשתלב עם אלמנטים אחרים. מנדלייב שילב את סדר המשקל האטומי עם ערכים משותפים לארגון היסודות בטבלה. כלומר, הוא ארגן את היסודות בקבוצות לפי המאפיינים הכימיים שלהם. מכיוון שמאפיינים אלו חוזרים על עצמם מדי פעם, התוצאה הייתה טבלה תקופתית בה כל עמודה אנכית, המכונה קבוצה, מכילה אלמנטים עם מאפיינים דומים, וכל שורה אופקית, הנקראת תקופה, מסדרת את היסודות לפי משקל, גדלה משמאל לימין. ומלמטה למטה.
מבנה אטומי
כחמישים שנה אחרי הטבלה המחזורית הראשונה של מנדלייב, גילו מדענים כי האטום נבנה סביב גרעין עם פרוטונים טעונים חיוביים וניוטרונים ניטרליים - שניהם כבדים יחסית. הגרעין המטען חיובי מוקף בענן של אלקטרונים טעונים שלילית. מספר הפרוטונים - המכונה גם המספר האטומי - תואם בדרך כלל למספר האלקטרונים. מסתבר שמספר האלקטרונים שאלמנט קובע במידה רבה את תכונותיו הכימיות. אז הסדר הנכון בטבלה המחזורית נקבע על ידי מספר האלקטרונים, ולא משקל כפי שמנדלב הציע במקור.
אלקטרונים בעלי ערך
האלקטרונים בענן המקיפים גרעין יסודות מסודרים בשכבות, הנקראות קונכיות. לכל מעטפת יש מספר ספציפי של אלקטרונים שהיא יכולה להחזיק. כאשר כל קליפה מתמלאת, מתווספת מעטפת חדשה עד לחשבונם של כל האלקטרונים. אלקטרונים במעטפת החיצונית ביותר נקראים אלקטרונים של valence, מכיוון שהאינטראקציה שלהם היא זו שקובעת את התכונות הכימיות של יסוד. העמודות שהוקמו לקבוצת אלמנטים על ידי תכונות כימיות דומות מתבררות כאותן עמודות שהוגדרו על ידי מספר האלקטרונים של הערך. לאלמנטים בקבוצה 1A יש רק אלקטרון ערכי אחד, וכל עמודה בקבוצה A מימין מוסיפה אלקטרון אחד נוסף. הארגון נעשה מעט עכור עם אלמנטים של קבוצה B, אך כל אחד מהם מקובץ גם על פי מספר האלקטרונים הערכיים שלהם.