Das Periodensystem ist eine tabellarische Darstellung der chemischen Elemente, die auf der Grundlage ihrer Ordnungszahlen, Elektronenkonfigurationen und chemischen Eigenschaften organisiert sind. Die Elektronenkonfiguration ist die Verteilung der Elektronen eines Atoms oder Moleküls (oder einer anderen physikalischen Struktur) in Atom- oder Molekülorbitalen. Die Kenntnis der Elektronenkonfiguration verschiedener Atome ist nützlich, um die Struktur des Periodensystems der Elemente zu verstehen.
Jeder Feststoff, jede Flüssigkeit, jedes Gas und jedes Plasma besteht aus neutralen oder ionisierten Atomen. Die chemischen Eigenschaften des Atoms werden durch die Anzahl der Protonen bestimmt, und zwar durch die Anzahl und Anordnung der Elektronen. Die Konfiguration dieser Elektronen folgt aus den Prinzipien der Quantenmechanik. Die Anzahl der Elektronen in den Elektronenschalen jedes Elements, insbesondere in der äußersten Valenzschale, ist der Hauptfaktor für die Bestimmung seines chemischen Bindungsverhaltens. Im Periodensystem sind die Elemente in der Reihenfolge zunehmender Ordnungszahl Z aufgeführt.
Es ist das Pauli-Ausschlussprinzip, das erfordert, dass die Elektronen in einem Atom unterschiedliche Energieniveaus einnehmen, anstatt dass sie alle im Grundzustand kondensieren. Die Anordnung der Elektronen im Grundzustand von Multielektronenatomen beginnt mit dem niedrigsten Energiezustand (Grundzustand) und bewegt sich von dort schrittweise die Energieskala hinauf, bis jedem der Elektronen des Atoms ein eindeutiger Satz von Quantenzahlen zugewiesen wurde. Diese Tatsache hat wichtige Auswirkungen auf den Aufbau des Periodensystems der Elemente.
In den ersten beiden Spalten auf der linken Seite des Periodensystems werden die s-Unterschalen belegt. Aus diesem Grund werden die ersten beiden Zeilen des Periodensystems mit dem s-Block bezeichnet. In ähnlicher Weise sind der p-Block die am weitesten rechts liegenden sechs Spalten des Periodensystems, der d-Block die mittleren 10 Spalten des Periodensystems, während der f-Block der 14-Säulen-Abschnitt ist, der normalerweise als vom Hauptkörper des Periodensystems getrennt dargestellt wird. Es könnte Teil des Hauptkörpers sein, aber dann wäre das Periodensystem ziemlich lang und umständlich.
Für Atome mit vielen Elektronen kann diese Notation langwierig werden und so wird eine abgekürzte Notation verwendet. Die Elektronenkonfiguration kann als Kernelektronen, äquivalent zum Edelgas der vorhergehenden Periode, und die Valenzelektronen (z. B. 6s2 für Barium) visualisiert werden.
Oxidationsstufen
Oxidationsstufen werden typischerweise durch ganze Zahlen dargestellt, die positiv, null oder negativ sein können. Die meisten Elemente haben mehr als eine mögliche Oxidationsstufe. Zum Beispiel hat Kohlenstoff neun mögliche ganzzahlige Oxidationsstufen von -4 bis +4.
Die aktuelle IUPAC-Goldbuchdefinition der Oxidationsstufe lautet:
„Die Oxidationsstufe eines Atoms ist die Ladung dieses Atoms nach ionischer Annäherung seiner heteronuklearen Bindungen …“
und der Begriff Oxidationszahl ist fast synonym. Ein Element, das nicht mit anderen Elementen kombiniert wird, hat eine Oxidationsstufe von 0. Oxidationsstufe 0 tritt für alle Elemente auf – es ist einfach das Element in seiner elementaren Form. Ein Atom eines Elements in einer Verbindung hat eine positive Oxidationsstufe, wenn Elektronen entfernt wurden. In ähnlicher Weise führt das Hinzufügen von Elektronen zu einer negativen Oxidationsstufe. Wir haben auch zwischen den möglichen und gemeinsamen Oxidationsstufen jedes Elements unterschieden. Zum Beispiel hat Silizium neun mögliche ganzzahlige Oxidationsstufen von -4 bis +4, aber nur -4, 0 und +4 sind gemeinsame Oxidationsstufen.