Groepen en perioden

Lithium, natrium en kalium staan in één kolom, en alle drie hebben precies één elektron in hun buitenste schil.

Laat een klein stukje lithium in water vallen en het sist zachtjes. Natrium schaatst over het oppervlak en kan vlam vatten. Kalium barst bijna meteen uit in een lila vlam. Drie verschillende metalen, drie versies van dezelfde reactie, elke keer heftiger. Alle drie staan in groep 1 van het systeem, boven elkaar. De kolom heeft elementen verzameld die zich gelijk gedragen, en de volgorde in de kolom vertelt welke het sterkst reageert.

Een groep deelt zijn buitenste elektronen

Scheikunde gebeurt aan de buitenkant van atomen. Als twee atomen elkaar ontmoeten, zijn de elektronen in de buitenste schil, valentie-elektronen genoemd, degene die worden afgestaan, opgenomen of gedeeld. Elementen in dezelfde hoofdgroep hebben hetzelfde aantal valentie-elektronen. Atomen in groep 1 hebben er 1, groep 2 heeft er 2, en in het p-blok is het aantal het groepsnummer min 10: groep 13 heeft er 3, groep 17 heeft er 7 en groep 18 heeft er 8. Helium is de uitzondering, met een volle eerste schil van 2.

Omdat de buitenste elektronen overeenkomen, komt de scheikunde overeen. Elk metaal uit groep 1 vormt met chloor een verbinding in de verhouding één op één: LiCl, NaCl, KCl. Elk metaal uit groep 2 heeft twee chlooratomen nodig: MgCl₂, CaCl₂. Leer één lid van een groep goed en je kunt goede gokken doen over de anderen. Met de legenda van het model laat je één familie tegelijk oplichten, zodat je ziet waar elk woont.

Een periode voegt een schil toe

Het periodenummer vertelt hoeveel elektronenschillen in gebruik zijn. Natrium staat in periode 3, en zijn 11 elektronen zijn gerangschikt 2, 8, 1: drie schillen. Kalium, een rij lager in periode 4, heeft 19 elektronen gerangschikt 2, 8, 8, 1: vier schillen. Als je over een periode beweegt, heeft elk element één proton en één elektron meer dan het vorige, en het nieuwe elektron gaat meestal in dezelfde buitenste schil tot die vol is. Dan begint de volgende periode met een nieuwe schil.

Dit verklaart ook waarom kalium heftiger reageert dan natrium. Zijn enige buitenste elektron zit een schil verder van de kern en wordt door meer binnenste elektronen afgeschermd, dus het wordt losser vastgehouden en is makkelijker kwijt te raken. Elke stap omlaag in groep 1 voegt een schil toe, en elke stap maakt het metaal reactiever. Cesium, bijna onderaan, ontploft in water.

Verschillende groepen hebben familienamen die je steeds weer tegenkomt. Groep 1 (zonder waterstof) zijn de alkalimetalen, groep 2 de aardalkalimetalen, groep 17 de halogenen en groep 18 de edelgassen. Groep 3 tot 12 samen zijn de overgangsmetalen. Het tellen van buitenste elektronen is daar minder netjes, omdat elektronen aan een binnenste d-schil worden toegevoegd terwijl de buitenste schil op één of twee blijft. Daarom lijken ijzer, kobalt en nikkel, naast elkaar in één periode, meer op elkaar dan de leden van een hoofdgroep op hun horizontale buren.

Elektronenconfiguratie op de kaart

De kaart in het model toont de elektronenconfiguratie van elk element in korte vorm. Natrium luidt [Ne]3s¹. Het deel tussen haakjes betekent "dezelfde binnenste elektronen als neon", en 3s¹ betekent één elektron in het s-orbitaal van de derde schil. Chloor is [Ne]3s² 3p⁵, wat optelt tot 7 elektronen in de derde schil. Elk element in groep 17 eindigt op s² p⁵, daarom gedragen ze zich zo gelijk. Je hoeft deze reeksen niet te onthouden, maar het is nuttig te zien dat het laatste deel zich in een kolom herhaalt.