De elektronenconfiguratie, met name het aantal elektronen in de buitenste schil, bepaalt de chemische eigenschappen van een atoom. Deze elektronen noemen we ook wel valentie-elektronen. De valentie-elektronen zijn betrokken bij de vorming van bindingen tussen atomen, waarbij het ene atoom ze ofwel doneert aan het andere atoom, ofwel deelt met het andere atoom; in beide gevallen wordt het elektron als het ware 'losgeweekt' van het atoom. Een manier om elementen te ordenen is daarom te kijken naar het gemak waarmee valentie-electronen van het atoom te verwijderen zijn, m.a.w. hoe groot de ionisatie-energie is.
Verband tussen groep en atoombouw
Elektronen in banen, die het dichter bij de kern liggen, worden stevig vastgehouden door electrostatische aantrekking en nemen zo niet deel aan chemische reacties. Valentie-elektronen, die verder van de kern liggen worden minder stevig vastgehouden, en kunnen een rol spelen bij binding aan andere atomen. In het periodiek systeem zijn juist die elementen in een groep samengebracht, die hetzelfde aantal valentie-elektronen hebben. Hierdoor bezitten de elementen uit één groep overeenkomstige chemische eigenschappen.
Voor een atoomsoort kunnen we de elektronenconfiguratie afleiden uit het periodiek systeem:
Het atoomnummer (boven de symbolen) geeft het totaal aantal elektronen aan.
Het nummer van de periode komt overeen met het nummer van de buitenste schil.
Atomen in de groepen 1 en 2 en in de groepen 13 tot en met 18 hebben per groep een aantal valentie-elektronen. Van de atoomsoorten uit de groepen 3 tot en met 12kunnen we het aantal valentie-elektronen niet ondubbelzinnig afleiden uit hetperiodiek systeem. We geven als voorbeeld het aantal valentie-elektronen van elementen in periode 3:
Nummer groep
1
2
13
14
15
16
17
18
Aantal valentie-elektronenen
1
2
3
4
5
6
7
8
Verband tussen periode en atoombouw
Periode 1 bestaat uit twee atoomsoorten, H en He. H heeft atoomnummer 1 en heeft dus 1 elektron. He, met atoomnummer 2, heeft 2 elektronen in de eerste schil. Daarmee is de eerste schil vol.
In periode 2 wordt van Li (nr. 3) tot en met Ne (nr. 10) de tweede schil opgevuld. Het Li-atoom heeft 1 elektron in de tweede schil, het Ne-atoom 8. Voor de periode 1 en 2 geldt dus: het aantal atoomsoorten is gelijk aan het maximale aantal elektronen in de eerste respectievelijk de tweede schil.
In periode 3 is de derde schil de buitenste schil. Het Na-atoom (nr. 11) heeft 1 elektron in de derde schil, het Ar-atoom (nr. 18) 8. Daarna begint periode 4, terwijl de derde schil nog niet vol is! Voor periode 3 geldt dus: het aantal atoomsoorten (8) is niet gelijk aan het maximaal aantal elektronen in de derde schil (18).
In periode 4 is de vierde schil de buitenste schil. Bij K (nr. 19) en Ca (nr. 20) bevinden zich 1 respectievelijk 2 elektronen in de vierde schil. Bij de verdere opbouw van periode 4, wordt eerst de meer naar binnen gelegen derde schil opgevuld met 10 elektronen (atoomsoorten Sc tot en met Zn). Daarna wordt de vierde schil verder gevuld. Bij Kr bevat de buitenste, vierde schil dan 8 elektronen. Na Kr begint de vijfde periode, terwijl de vierde schil nog niet vol is!
De afwijkende opvulling van de derde, de vierde en ook de hogere schillen is een gevolg van het feit dat de schillenopbouw ingewikkelder is dan hiervoor is besproken. Elektronenschillen zijn eigenlijk onderverdeeld in
subschillen. (zie tabblad 'Verdieping' van deze paragraaf). Voor verklaring van de eigenschappen van atomen, is deze onderverdeling echter niet van belang.
Energie
Bij iedere schil hoort een bepaalde energie, die in hoofdzaak wordt bepaald door de afstand tot de kern.
De eerste schil heeft de laagste energie. De schillen worden gevuld vanaf de laagste energie.
De elektronen in een atoom worden zodanig over de schillen verdeeld, dat de totale energie van het atoom zo laag mogelijk is.
Door onderlinge elektronenafstoting is de totale energie van een atoom in de derde en hogere schillen niet meer alleen afhankelijk van de afstand tot de kern.
Dat is de reden dat elektronen in een volgende schil terechtkomen, terwijl de meer naar binnen gelegen schil nog niet vol is (voor het eerst bij de atoomsoort K).Daarom betekent het einde van de derde en hogere perioden niet automatisch dat dan ook de schil vol is.