Периодический закон, формализованный в графической форме, имеет вид таблицы, называемой периодической системой элементов Д.И.Менделеева. Известно более 400 вариантов изображения периодической системы, но наибольшее распространение получили восьми-, восемьнадцати- и тридцатидвухклеточные таблицы, соответствующие емкости энергетических слоев из 8, 18 и 32 электронов.

Один из вариантов восьмиклеточной таблицы представлен на рисунке 2.7. Периодическое изменение свойств элементов теория строения атомов объясняет периодическим повторением строения внешнего энергетического уровня. В этом заключается физический смысл периодического закона.

Химические элементы в периодической системе объединяются в естественные совокупности в зависимости от строения электронных оболочек. Эти совокупности элементов в таблице изображаются горизонтальными и вертикальными рядами. Горизонтальные ряды называются периодами, вертикальные - группами и подгруппами.

Период представляет собой горизонтальный ряд элементов, в атомах которых происходит последовательное заполнение одинакового количества электронных уровней. Различная длина периодов связана с различиями в последовательности заполнения орбиталей. Номер периода совпадает со значением главного квантового числа n внешнего заполняемого уровня и показывает общее число энергетических уровней, занятых электронами в невозбужденном атоме (в нормальном состоянии). В этом заключается физический смысл номера периода.

В пределах одного и того же периода d- и f-элементы объединяются в семейства. Так в четвертом, пятом и шестом периодах это семейства из десяти 3d- (от скандия Sc до цинка Zn), 4d- (от иттрия Y до гадолиния Gd) и 5d- (от лантана La и гафния Hf до ртути Hg) элементов. В шестом и седьмом периодах эти семейства состоят из четырнадцати 4f-элементов - лантаноидов от церия Ce до лютеция Lu) и 5f-элементов - актиноидов (тория Th до лоуренсия Lr).

По максимальному числу электронов на внешнем энергетическом уровне невозбужденного атома химические элементы располагаются в вертикальных рядах, называемых группами. В периодической системе восемь групп. В группах химические элементы подразделяются на подгруппы: s- и p-элементы образуют главную подгруппу или подгруппу A, d-элементы объединяются в побочную подгруппу или подгруппу B.

Для s- и p-элементов число электронов внешнего слоя обычно совпадает с номером группы, в которой они расположены. Например, азот, помещенный в пятую группу имеет на внешнем уровне пять электронов (7N - 2s22p3), элемент восьмой группы неон - восемь электронов (10Ne - 2s22p6). Физический смысл номера группы заключается в том, что он, как правило, указывает число электронов, оторые могут участвовать в образовании химических связей.

Первые шесть d-элементов семейства общее число s- и d-электронов внешнего и предвнешнего подуровней также совпадает с номером группы, где они находятся. Например, у скандия из третьей группы четвертого периода оно равно трем (21Sc - 3d14s2), а у хрома, находящегося в том же периоде, но в шестой группе - шести (24Cr - 3d54s1). Побочные подгруппы включают элементы, атомы которых имеют на внешнем уровне один или два электрона, при этом валентными могут быть не только электроны внешнего, но и предвнешнего (предпоследнего) электронного слоя.

Гелий обычно помещают в восьмую группу вместе с инертными газами, поскольку он также имеет завершенный внешний уровень (2s2).

Следует отметить, что пока нет однозначного понимания, в какую группу следует помещать водород. Основная особенность этого элемента заключается в том, что в его атоме единственный электрон находится в непосредственной близости от ядра и не отделен от его действия промежуточными электронными слоями. Исходя из числа внешних электронов, водород следует разместить в первой группе. Однако его положительно заряженный ион H+ не имеет никакого сходства с катионами металлов из этой группы. Напротив, если ходить из того, что атому водорода не хватает до завершения внешнего уровня одного электрона и способности этого атома образовывать отрицательно заряженный ион, то водород нужно поместить в седьмую группу. Вследствие отмеченных особенностей положение водорода в периодической системе в значительной мере условно.

Электронное строение атомов обусловливает следующие закономерности в изменении химических свойств элементов:

а) в периодах слева направо с ростом заряда ядра атомов металлические свойства элементов ослабевают, а неметаллические усиливаются;

б) в группах сверху вниз с ростом заряда ядра атомов металлические свойства элементов усиливаются, а неметаллические ослабевают.