ตารางธาตุ

ตารางธาตุ

ตารางธาตุ (อังกฤษ: Periodic table) คือ การจัดเรียงธาตุเคมีในรูปแบบของตารางตามเลขอะตอม การจัดเรียงอิเล็กตรอน และสมบัติทางเคมีที่ซ้ำกัน โดยจะใช้แนวโน้มพิริออดิกเป็นโครงสร้างพื้นฐานของตาราง แถวแนวนอนทั้ง 7 ของตารางเรียกว่า "คาบ" โดยปกติโลหะอยู่ฝั่งซ้ายและอโลหะอยู่ฝั่งขวา ส่วนแถวแนวตั้งเรียกว่า "หมู่" ประกอบด้วยธาตุที่มีสมบัติทางเคมีคล้ายคลึงกัน มี 6 หมู่ที่ได้รับการตั้งชื่อที่ยอมรับกันทั่วไปและเลขหมู่ เช่น ธาตุหมู่ 17 มีชื่อว่า แฮโลเจน และธาตุหมู่ 18 มีชื่อว่า แก๊สมีตระกูล ตารางธาตุยังมีอาณาเขตรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าอย่างง่าย 4 รูปที่เรียกว่า "บล็อก" ซึ่งเกี่ยวข้องกับการเติมออร์บิทัลเชิงอะตอมที่แตกต่างกัน

ธาตุทุกตัวนับตั้งแต่มีเลขอะตอมเท่ากับ 1 (ไฮโดรเจน) จนถึง 118 (ออกาเนสซอน) ได้รับการค้นพบหรือสังเคราะห์ขึ้นมาแล้ว ทำให้ตารางธาตุในปัจจุบันมีครบทั้ง 7 คาบ[1][2] ธาตุ 94 ตัวแรกพบได้ในธรรมชาติ แม้ว่าบางตัวอาจมีปริมาณน้อยและมีการสังเคราะห์ธาตุเหล่านั้นขึ้นก่อนที่จะพบในธรรมชาติก็ตาม[n 1] ส่วนธาตุที่มีเลขอะตอมเท่ากับ 95 ถึง 118 สังเคราะห์ขึ้นทั้งสิ้นในห้องปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์หรือในเตาปฏิกรณ์นิวเคลียร์[3] สำหรับธาตุที่มีเลขอะตอมสูงกว่านี้ ในปัจจุบันนักเคมีก็กำลังพยายามสร้างขึ้นมา ธาตุเหล่านี้จะเริ่มที่คาบ 8 และมีงานทฤษฎีต่าง ๆ ที่ให้รายละเอียดเกี่ยวกับธาตุในตำแหน่งเหล่านั้น นิวไคลด์กัมมันตรังสีสังเคราะห์จำนวนมากของธาตุที่พบได้ในธรรมชาติก็สร้างขึ้นในห้องปฏิบัติการด้วยเช่นกัน

การจัดเรียงตารางธาตุสามารถใช้อธิบายความสัมพันธ์ของสมบัติธาตุต่าง ๆ และยังใช้ทำนายสมบัติทางเคมีและพฤติกรรมของธาตุที่ยังไม่ได้ค้นพบหรือสังเคราะห์ใหม่ ดมีตรี เมนเดเลเยฟ นักเคมีชาวรัสเซีย ตีพิมพ์ตารางธาตุในลักษณะแบบนี้เป็นคนแรกในปี พ.ศ. 2412 จัดโดยเรียงตามสมบัติทางเคมีของธาตุที่มีในขณะนั้น และเมนเดเลเยฟยังสามารถทำนายธาตุที่ยังไม่ค้นพบที่คาดว่าสามารถเติมเต็มช่องว่างในตารางธาตุได้ การทำนายของเขาส่วนใหญ่พิสูจน์แล้วว่าถูกต้อง แนวคิดของเมนเดเลเยฟก็ค่อย ๆ ขยายเพิ่มขึ้นและปรับปรุงด้วยการค้นพบหรือการสังเคราะห์ธาตุใหม่ ๆ และการพัฒนาแบบจำลองทางทฤษฎีใหม่ ๆ ที่ใช้อธิบายพฤติกรรมของธาตุเคมี ตารางธาตุในปัจจุบันให้กรอบความคิดที่เป็นประโยชน์ต่อการวิเคราะห์ปฏิกิริยาเคมี และนำไปใช้กันอย่างกว้างขวางในการศึกษาวิชาเคมี ฟิสิกส์นิวเคลียร์ หรือวิทยาศาสตร์สาขาอื่น ๆ

1

ตารางธาตุทุกรูปแบบจะประกอบไปด้วยธาตุเคมีเท่านั้น ไม่มีสารผสม สารประกอบ หรืออนุภาคมูลฐาน[n 2] อยู่ในตารางธาตุด้วย ธาตุเคมีแต่ละตัวจะประกอบไปด้วยเลขอะตอม ซึ่งจะบ่งบอกจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสของธาตุนั้น ๆ ธาตุส่วนใหญ่จะมีจำนวนนิวตรอนแตกต่างกัน ท่ามกลางอะตอมที่แตกต่างกัน ซึ่งจะอยู่ในรูปของไอโซโทป เช่น คาร์บอน มีไอโซโทปที่ปรากฏในธรรมชาติ 3 ไอโซโทป โดยไอโซโทปของคาร์บอนส่วนใหญ่ที่ปรากฏในธรรมชาติจะประกอบไปด้วยโปรตอน 6 ตัวและนิวตรอน 6 ตัว แต่มีเพียง 1 เปอร์เซ็นต์ที่จะมีนิวตรอน 7 ตัว และมีโอกาสนิดเดียวที่จะพบคาร์บอนที่มีนิวตรอน 8 ตัว ไอโซโทปแต่ละไอโซโทปจะไม่ถูกแยกออกจากกันในตารางธาตุ พวกมันถูกจัดให้เป็นธาตุเดียวกันไปเลย ธาตุที่ไม่มีไอโซโทปที่เสถียรจะสามารถหามวลอะตอมได้จากไอโซโทปที่เสถียรที่สุดของมัน โดยมวลอะตอมที่เสถียรที่สุดดังกล่าวจะแสดงในวงเล็บ[4]

ในตารางธาตุมาตรฐาน ธาตุจะถูกเรียงตามเลขอะตอม (จำนวนโปรตอนในนิวเคลียสของอะตอม) ที่เพิ่มขึ้น คาบใหม่จะมีได้ก็ต่อเมื่อวงอิเล็กตรอนใหม่มีอิเล็กตรอนอยู่ในวงอย่างน้อยหนึ่งตัว หมู่จะกำหนดตามการจัดเรียงอิเล็กตรอนของอะตอม ธาตุที่มีจำนวนอิเล็กตรอนเดียวกันในวงอิเล็กตรอนชั้นนอกสุดจะถูกจัดให้อยู่ในหมู่เดียวกัน (เช่น ออกซิเจน กับซีลีเนียม อยู่ในหมู่เดียวกันเพราะว่าพวกมันมีอิเล็กตรอน 4 ตัวในวงอิเล็กตรอนชั้นนอกสุดเหมือนกัน) โดยทั่วไป ธาตุที่สมบัติทางเคมีคล้ายกันจะถูกจัดในหมู่เดียวกัน ถึงแม้จะเป็นในบล็อก-f ก็ตาม และธาตุบางตัวในบล็อก-d มีธาตุที่มีสมบัติเหมือนกันในคาบเดียวกันเช่นกัน ดังนั้นจึงเป็นเรื่องง่ายที่จะทำนายสมบัติทางเคมีของธาตุเหล่านั้น ถ้ารู้ว่าธาตุรอบ ๆ นั้นมีคุณสมบัติอย่างไร[5]

จนถึง พ.ศ. 2559 ตารางธาตุมีธาตุที่ได้รับการยืนยันแล้ว 118 ตัว ตั้งแต่ธาตุที่ 1 (ไฮโดรเจน) ถึงธาตุที่ 118 (ออกาเนสซอน)[6]

ธาตุทั้งหมด 98 พบได้ในธรรมชาติ อีก 16 ธาตุที่เหลือ นับตั้งแต่ ธาตุที่ 99 (ไอน์สไตเนียม) จนถึงธาตุที่ 118 (ออกาเนสซอน) ถูกสังเคราะห์ขึ้นในห้องปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์เท่านั้น ในบรรดาธาตุ 98 ตัวที่พบในธรรมชาตินี้ มีธาตุ 84 ตัวที่เป็นธาตุดึกดำบรรพ์ และที่เหลืออีก 14 ธาตุปรากฏในโซ่ของการสลายตัวของธาตุดึกดำบรรพ์เหล่านั้น[3] ยังไม่มีใครพบธาตุที่หนักกว่าไอน์สไตเนียม (ธาตุที่ 99) ในรูปธาตุบริสุทธิ์ ในปริมาณที่มองเห็นได้ด้วยตาเปล่าเลย[7]

ในการนำเสนอตารางธาตุผ่านทางกราฟิกนั้น ตารางธาตุหลักจะมี 18 หมู่ และมีหมู่แลนทาไนด์และแอกทิไนด์แยกออกมาอยู่ด้านล่างของตารางธาตุหลัก[8] ซึ่งจะเป็นช่องว่างในตารางธาตุระหว่างแบเรียม กับแฮฟเนียม และระหว่างเรเดียม กับรัทเทอร์ฟอร์เดียม ตามลำดับ โดยธาตุเหล่านี้จะมีเลขอะตอมระหว่าง "51 – 71" และตารางธาตุอีกลักษณะหนึ่ง คือตารางธาตุ 32 หมู่ ซึ่งจะนำหมู่แลนทาไนด์และแอกทิไนด์เข้ามาอยู่ในตารางธาตุหลักด้วย โดยจะอยู่ในคาบที่ 6 กับคาบที่ 7

ถึงอย่างนั้น มีการสร้างตารางธาตุรูปแบบอื่น ๆ ขึ้นมา โดยยึดพื้นฐานของสมบัติทางกายภาพและสมบัติทางเคมีของธาตุด้วย

หมู่ เป็นแถวแนวตั้งในตารางธาตุ หมู่ยังถูกใช้เพื่อตรวจสอบแนวโน้มของธาตุ ซึ่งเห็นชัดได้กว่าคาบหรือบล็อก ทฤษฎีควอนตัมของอะตอมได้อธิบายว่าธาตุในหมู่เดียวกันมีสมบัติทางเคมีเหมือนกัน เนื่องจากมีการจัดเรียงอิเล็กตรอนที่เหมือนกันในวงวาเลนซ์ของมัน[9] ดังนั้นธาตุในหมู่เดียวกันมักจะมีสมบัติทางเคมีที่ชัดเจนขึ้นเมื่อเลขอะตอมมากขึ้น[10] ถึงอย่างนั้น บางส่วนของตารางธาตุก็ไม่ได้เป็นไปตามนี้ เช่นธาตุในบล็อก-d หรือบล็อก-f[11][12][13]

ภายใต้การตั้งชื่ออย่างเป็นทางการหมู่ที่มีเลข 1 ถึง 18 จากฝั่งซ้ายสุด (โลหะแอลคาไล) มายังฝั่งขวาสุด (แก๊สมีตระกูล) [14] ก่อนหน้านั้นพวกมันรู้จักในรูปแบบของเลขโรมัน ในสหรัฐอเมริกา เลขโรมันเหล่านี้ตามด้วยอักษร "A" เมื่อหมู่นั้นอยู่ในบล็อก-s หรือ p และตามด้วยอักษร "B" เมื่อหมู่นั้นอยู่ในบล็อก-d เลขโรมันใช้เพื่อต่อท้ายเลขตัวสุดท้ายที่บอกหมู่ (เช่น ธาตุหมู่ 4 เป็น IVB และธาตุหมู่ 14 เป็น IVA) ในยุโรป การแบ่งในลักษณะนี้มีขึ้นเหมือนกัน ยกเว้นหมู่ที่ใช้อักษร "A" จะใช้เมื่อเป็นหมู่ที่ 10 ลงมา และ "B" จะใช้เมื่อเป็นหมู่ที่ 10 และหมู่ที่ 10 ขึ้นไป นอกจากนี้หมู่ที่ 8 9 และ 10 เป็นหมู่ที่มีขนาดใหญ่กว่าหมู่อื่น ๆ 3 เท่า โดยทั้งหมดมีชื่อหมู่ว่า VIII แต่ใน พ.ศ. 2531 ระบบการตั้งชื่อใหม่ของไอยูแพกก็เกิดขึ้นและการตั้งชื่อหมู่แบบเก่าก็ถูกยกเลิกไป[15]

ธาตุในหมู่เดียวกันจะมีความคล้ายคลึงกันในรัศมีอะตอม พลังงานไอออไนเซชัน และอิเล็กโทรเนกาติวิตี จากธาตุบนสุดของหมู่ลงมาถึงธาตุล่างสุดของหมู่ รัศมีอะตอมจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากมีระดับพลังงานและวาเลนซ์อิเล็กตรอนที่เพิ่มขึ้น โดยมันจะอยู่ห่างจากนิวเคลียสเพิ่มขึ้นด้วยเช่นกัน ในส่วนของพลังงานไอออไนเซชัน ธาตุในหมู่เดียวกันจะมีพลังงานไอออไนเซชันที่คล้ายกัน แต่ธาตุในคาบเดียวกันจากซ้ายไปขวาจะมีพลังงานไอออไนเซชันเพิ่มขึ้น เนื่องจากมันง่ายที่จะดึงอิเล็กตรอนออกไป เนื่องจากอะตอมไม่มีพันธะระหว่างอิเล็กตรอนที่แน่นหนา เช่นเดียวกันอิเล็กโทรเนกาติวิตีจะเพิ่มขึ้นจากบนลงล่าง เนื่องจากธาตุที่อยู่ล่างกว่ามีระยะห่างระหว่างนิวเคลียสกับวาเลนซ์อิเล็กตรอนมากกว่าธาตุที่อยู่ด้านบน[16] แต่ก็ยังมีข้อยกเว้น เช่น ในหมู่ 11 สัมพรรคภาพอิเล็กตรอนจะมีการเพิ่มขึ้นจากล่างขึ้นบน[17]

คาบ เป็นแถวในแนวนอนของตารางธาตุ ถึงแม้ว่าหมู่จะบอกแนวโน้มของธาตุเคมีที่สำคัญ แต่ก็ยังมีบางที่ที่แนวโน้มตามคาบจะสำคัญกว่า เช่น บล็อก-f ที่ซึ่งแลนทาไนด์และแอกทิไนด์มีสมบัติทางเคมีเพิ่มขึ้นจากซ้ายไปขวา[18]

ธาตุในคาบเดียวกันจะมีความคล้ายคลึงกันในรัศมีอะตอม พลังงานไอออไนเซชัน สัมพรรคภาพอิเล็กตรอน และอิเล็กโทรเนกาติวิตี จากซ้ายไปขวา ส่วนใหญ่รัศมีอะตอมของธาตุจะค่อย ๆ ลดลง เนื่องจากธาตุที่อยู่ถัดไปมีจำนวนโปรตอนและอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้น ซึ่งทำให้อิเล็กตรอนอยู่ใกล้นิวเคลียสมากขึ้น[19] และผลจากการที่รัศมีอะตอมลดลง ทำให้พลังงานไอออไนเซชันเพิ่มขึ้น จากซ้ายไปขวา เนื่องจากอะตอมของธาตุนั้นมีพันธะระหว่างอิเล็กตรอนที่แน่นขึ้น ทำให้ต้องใช้พลังงานที่มากขึ้นในการดึงอิเล็กตรอนออก ส่วนอิเล็กโทรเนกาติวิตีจะเพิ่มขึ้นในลักษณะเดียวกันกับพลังงานไอออไนเซชัน เพราะมีแรงดึงของนิวเคลียสที่กระทำต่ออิเล็กตรอนมากขึ้น[16] ส่วนสัมพรรคภาพอิเล็กตรอน ธาตุโลหะ (ฝั่งซ้ายในตารางธาตุ) โดยส่วนใหญ่จะมีสัมพรรคภาพอิเล็กตรอนน้อยกว่าธาตุอโลหะ (ฝั่งขวาในตารางธาตุ) ยกเว้นแก๊สมีตระกูลซึ่งไม่มีสัมพรรคภาพอิเล็กตรอน[20]

บล็อก เป็นบริเวณพิเศษในตารางธาตุ ซึ่งจะบ่งบอกว่าอิเล็กตรอนในวงอิเล็กตรอนแต่ละวงเต็มหรือไม่ ในแต่ละบล็อกจะตั้งชื่อตามวงย่อยที่อิเล็กตรอน "ตัวสุดท้าย" สามารถเข้าไปอยู่ได้[21][n 3]บล็อก-s เป็นบล็อกที่อยู่ทางซ้ายมือสุดในตารางธาตุ บล็อกนี้ประกอบไปด้วยธาตุในหมู่ 1 (โลหะแอลคาไล) และหมู่ 2 (โลหะแอลคาไลน์เอิร์ท) รวมถึงไฮโดรเจน และฮีเลียม บล็อก-p เป็นบล็อกที่อยู่ทางขวาสุดของตารางธาตุ ประกอบไปด้วยธาตุใน 6 หมู่สุดท้าย ตั้งแต่หมู่ที่ 13 ถึง หมู่ที่ 18 ในไอยูแพก (3B ถึง 8A ในสหรัฐอเมริกา) และยังมีธาตุกึ่งโลหะทั้งหมดในบล็อกนี้ด้วย บล็อก-d เป็นบล็อกที่ประกอบไปด้วยธาตุในหมู่ 3 ถึง หมู่ที่ 12 (3B ถึง 2B ในสหรัฐอเมริกา) ธาตุในบล็อกนี้เป็นธาตุโลหะแทรนซิชันทั้งหมด บล็อก-f เป็นบล็อกที่ไม่มีเลขหมู่ และอยู่ด้านล่างของตารางธาตุ ในบล็อกนี้ประกอบไปด้วยธาตุในแลนทาไนด์และแอกทิไนด์[22]

ตามสมบัติทางกายภาพและทางเคมีของมัน เรายังสามารถแบ่งธาตุออกได้เป็นสามส่วนใหญ่ ๆ ได้แก่ โลหะ กึ่งโลหะ และอโลหะ ธาตุโลหะส่วนใหญ่จะสะท้อนแสง อยู่ในรูปอัลลอย และยังสามารถทำปฏิกิริยากับธาตุอโลหะ (ยกเว้น แก๊สมีตระกูล) ได้สารประกอบไอออนิกในรูปของเกลือ ส่วนธาตุอโลหะส่วนใหญ่จะเป็นแก๊สซึ่งไม่มีสีหรือมีสี อโลหะที่ทำปฏิกิริยากับอโลหะด้วยกันจะทำให้เกิดสารประกอบที่มีพันธะโควาเลนต์ ระหว่างธาตุโลหะกับธาตุอโลหะ คือธาตุกึ่งโลหะ ซึ่งจะมีสมบัติของธาตุโลหะและอโลหะผสมกัน[23]

โลหะและอโลหะยังสามารถแบ่งย่อยออกไปอีกตามความเป็นโลหะ จากซ้ายไปขวาในตารางธาตุ โลหะยังแบ่งย่อยไปเป็นโลหะแอลคาไลที่มีความว่องไวในการทำปฏิกิริยาสูง โลหะแอลคาไลน์-เอิร์ทที่มีความว่องไวในการทำปฏิกิริยารองลงมา แลนทาไนด์และแอกทิไนด์ โลหะแทรนซิชัน และจบที่โลหะหลังแทรนซิชันซึ่งมีความเป็นโลหะน้อยที่สุดในบรรดาโลหะด้วยกัน ส่วนอโลหะแบ่งออกเป็นอโลหะหลายวาเลนซ์ ซึ่งจะอยู่ใกล้กับตำแหน่งของธาตุกึ่งโลหะ มีสมบัติบางประการที่คล้ายกับโลหะ และอโลหะวาเลนซ์เดียว ซึ่งเป็นอโลหะหลัก และแก๊สมีตระกูล ซึ่งเป็นธาตุที่เสถียรแล้ว และในโลหะแทรนซิชันยังมีการแบ่งออกไปอีก เช่น โลหะมีสกุลและ โลหะทนไฟ และธาตุย่อยในโลหะเหล่านี้ (ในตัวอย่าง) เป็นที่รู้จักแล้ว[24] และยังมีการกล่าวถึงเป็นครั้งคราว[25]

การจัดเรียงอิเล็กตรอนเป็นส่วนหนึ่งที่ทำให้เราสามารถจัดธาตุในตารางธาตุได้ เพราะจากซ้ายไปขวาตามคาบ อิเล็กตรอนจะเพิ่มขึ้น อิเล็กตรอนจะเข้าไปอยู่ในวงอิเล็กตรอน (วงที่ 1 วงที่ 2 และอื่น ๆ) แต่ละวงก็ประกอบไปด้วยวงย่อยหนึ่งวงหรือมากกว่านั้น (มีชื่อว่า s p d f และ g) เมื่อเลขอะตอมของธาตุมากขึ้น อิเล็กตรอนจะเข้าไปอยู่ในวงย่อยตามกฎของแมนเดลัง เช่นการจัดเรียงอิเล็กตรอนของนีออน คือ 1s2 2s2 2p6 ด้วยเลขอะตอมเท่ากับ 10 นีออนมีอิเล็กตรอน 2 ตัวในวงอิเล็กตรอนแรก และมีอิเล็กตรอนอีก 8 ตัวในวงอิเล็กตรอนที่สอง โดยแบ่งเป็นในวงย่อย s 2 ตัวและในวงย่อย p 6 ตัว ในส่วนของตารางธาตุ เมื่ออิเล็กตรอนตัวหนึ่งไม่สามารถไปอยู่ในวงอิเล็กตรอนที่สองได้แล้ว มันก็จะเข้าไปอยู่ในวงอิเล็กตรอนใหม่ และธาตุนั้นก็จะถูกจัดให้อยู่ในคาบถัดไป ซึ่งตำแหน่งเหล่านี้เป็นธาตุไฮโดรเจน และธาตุในหมู่โลหะแอลคาไล[26][27]

รัศมีอะตอมของธาตุแต่ละตัวมีความแตกต่างในการทำนายและอธิบายในตารางธาตุ ยกตัวอย่างเช่น รัศมีอะตอมทั่วไปลดลงไปตามหมู่ของตารางธาตุจากโลหะแอลคาไลถึงแก๊สมีตระกูล และจะเพิ่มขึ้นรวดเร็วจากแก๊สมีตระกูลมายังโลหะแอลคาไลในจุดเริ่มต้นของคาบถัดไป แนวโน้มเหล่านี้ของรัศมีอะตอม (และสมบัติทางเคมีและทางกายภาพของธาตุอื่น ๆ) สามารถอธิบายได้โดยทฤษฎีวงอิเล็กตรอนของอะตอม พวกมันมีหลักฐานสำคัญสำหรับการพัฒนาทฤษฎีควอนตัม[28]

อิเล็กตรอนในวงย่อย 4f ซึ่งจะถูกเติมเต็มตั้งแต่ซีเรียม (ธาตุที่ 58) ถึงอิตเตอร์เบียม (ธาตุที่ 70) เนื่องด้วยอิเล็กตรอนเพิ่มขึ้นแค่ในวงเดียว จึงทำให้ขนาดอะตอมของธาตุในแลนทาไนด์มีขนาดที่ไม่แตกต่างกัน และอาจจะเหมือนกับธาตุตัวถัด ๆ ไป ด้วยเหตุนี้ทำให้แฮฟเนียมมีรัศมีอะตอม (และสมบัติทางเคมีอื่น ๆ) เหมือนกับเซอร์โคเนียม และแทนทาลัม มีรัศมีอะตอมใกล้เคียงกับไนโอเบียม ลักษณะแบบนี้รู้จักกันในชื่อการหดตัวของแลนทาไนด์ และผลจากการหดตัวของแลนทาไนด์นี้ ยังเห็นได้ชัดไปจนถึงแพลตทินัม (ธาตุที่ 78) และการหดตัวที่คล้าย ๆ กัน คือการหดตัวของบล็อก-d ซึ่งมีผลกับธาตุที่อยู่ระหว่างบล็อก-d และบล็อก-p มันเห็นได้ไม่ชัดเจนเท่าการหดตัวของแลนทาไนด์ แต่เกิดจากสาเหตุเดียวกัน[29]

พลังงานไอออไนเซชันลำดับที่ 1 เป็นพลังงานที่ใช้ดึงอิเล็กตรอนตัวแรกออกจากอะตอม พลังงานไอออไนเซชันลำดับที่สอง เป็นพลังงานที่ใช้ดึงอิเล็กตรอนตัวที่สองออกจากอะตอม ซึ่งจะเป็นแบบนี้ไปเรื่อย ๆ เช่น แมงกานีส มีพลังงานไอออไนเซชันลำดับที่ 1 คือ 738 กิโลจูล/โมล และลำดับที่สอง คือ 1450 กิโลจูล/โมล อิเล็กตรอนที่อยู่ใกล้อะตอมจำเป็นที่จะต้องใช้พลังงานมากในการดึงมันออกจากอะตอม พลังงานไอออไนเซชันจะมีการเพิ่มขึ้นจากซ้ายไปขวาของตารางธาตุ[30]

พลังงานไอออไนเซชันจะมีมากที่สุดเมื่อต้องการดึงอิเล็กตรอนออกจากธาตุในหมู่แก๊สมีตระกูล (ซึ่งมีอิเล็กตรอนครบตามจำนวนที่มีได้สูงสุด) ยกตัวอย่างแมกนีเซียมอีกครั้ง แมกนีเซียมจำเป็นที่จะต้องใช้พลังงานไอออไนเซชันสองลำดับแรก เพื่อดึงอิเล็กตรอนออกให้มันมีโครงสร้างคล้ายแก๊สมีตระกูล และ 2p มันจำเป็นที่จะต้องใช้พลังงานไอออไนเซชันลำดับที่สามสูงกว่า 7730 กิโลจูล/โมล ในการดึงอิเล็กตรอนตัวที่สามออกจากวงย่อย 2p ของการจัดเรียงอิเล็กตรอนที่คล้ายนีออนของ Mg2+ ความแตกต่างนี้ยังมีในอะตอมของแถวที่สามตัวอื่น ๆ อีกด้วย[30]

อิเล็กโทรเนกาติวิตีเป็นแรงดึงดูดของอะตอมที่ใช้ดึงอิเล็กตรอนเข้ามา[31] อิเล็กโทรเนกาติวิตีของอะตอมอะตอมหนึ่ง เป็นผลมาจากเลขอะตอมที่เพิ่มขึ้น และระยะห่างจากนิวเคลียสถึงวาเลนซ์อิเล็กตรอน ยิ่งมีอิเล็กโทรเนกาติวิตีมากเท่าไร ความสามารถที่จะดึงดูดอิเล็กตรอนก็มากขึ้นเท่านั้น แนวคิดถูกเสนอครั้งแรกโดยไลนัส พอลลิง ใน พ.ศ. 2475[32] โดยทั่วไป อิเล็กโทรเนกาติวิตีจะเพิ่มขึ้นจากซ้ายไปขวาตามคาบ และลดลงจากบนลงล่างตามหมู่ เพราะเหตุนี้ ฟลูออรีนจึงเป็นธาตุที่มีอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงที่สุด และซีเซียมมีอิเล็กโทรเนกาติวิตีน้อยที่สุด อย่างน้อยธาตุเหล่านั้นก็ยังมีข้อมูลที่สามารถใช้ยืนยันได้[17]

แต่ถึงกระนั้นธาตุบางตัวยังไม่เป็นไปตามกฎนี้ แกลเลียมและเจอร์เมเนียมมีอิเล็กโทรเนกาติวิตีมากกว่าอะลูมิเนียมและซิลิกอน เนื่องด้วยผลกระทบจากการหดตัวของบล็อก-d ธาตุในคาบที่ 4 ในส่วนของโลหะแทรนซิชัน มีรัศมีอะตอมที่ไม่แตกต่างกันมากนัก เพราะว่าอิเล็กตรอนในวงย่อย 3d ไม่มีผลกระทบต่อการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างนิวเคลียร์ของธาตุ และขนาดอะตอมที่เล็กลงยังทำให้มีอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงขึ้นอีกด้วย[17][33]

สัมพรรคภาพอิเล็กตรอนเป็นพลังงานที่คายออกมาหรือดูดกลืน เมื่อเพิ่มอิเล็กตรอนให้แก่อะตอมไปเป็นไอออนประจุลบ ธาตุส่วนใหญ่คายพลังงานความร้อนเมื่อรับอิเล็กตรอน โดยทั่วไป อโลหะจะมีสัมพรรคภาพอิเล็กตรอนมากกว่าโลหะ คลอรีน มีแนวโน้มในการเกิดไอออนประจุลบสูงที่สุด สัมพรรคภาพอิเล็กตรอนของแก๊สมีตระกูลยังไม่สามารถหาค่าได้ ดังนั้น พวกมันอาจจะไม่มีประจุลบ[36]

สัมพรรคภาพอิเล็กตรอนทั่วไปจะเพิ่มขึ้นตามคาบ ซึ่งเป็นผลมาจากการเติมเต็มวงเวเลนซ์ของอะตอม อะตอมของธาตุหมู่ 17จะคายพลังงานออกมามากกว่าอะตอมของธาตุในหมู่ 1 ในการดึงดูดอิเล็กตรอน เนื่องด้วยความง่ายในการเติมเต็มวงวาเลนซ์และความเสถียร[36]

ในหมู่ของธาตุ สัมพรรคภาพอิเล็กตรอนคาดว่าจะลดลงจากบนลงล่าง เนื่องด้วยอิเล็กตรอนตัวใหม่จะต้องเข้าไปในออร์บิทัลที่อยู่ห่างจากนิวเคลียสมากขึ้น ด้วยความที่อิเล็กตรอนเชื่อมของนิวเคลียสน้อยอยู่แล้ว จึงทำให้มันปล่อยพลังงานไม่มาก ถึงกระนั้น ในหมู่ของธาตุ ธาตุสามตัวแรกจะผิดปกติ ธาตุที่หนักกว่าจะมีสัมพรรคภาพอิเล็กตรอนมากกว่าธาตุที่เบากว่า และในวงย่อย d และ f สัมพรรคภาพอิเล็กตรอนจะไม่ได้ลดลงตามหมู่ไปเสียทั้งหมด ดังนั้นการที่สัมพรรคภาพลดลงตามหมู่จากบนลงล่างนี้ จะเกิดขึ้นได้ในอะตอมของธาตุหมู่ 1 เท่านั้น[37]

เมื่อค่าพลังงานไอออไนเซชัน อิเล็กโทรเนกาติวิตี และสัมพรรคภาพอิเล็กตรอนต่ำลง ธาตุนั้นจะแสดงคุณสมบัติเชิงโลหะมากขึ้น ในทางตรงกันข้าม คุณสมบัติเชิงอโลหะเพิ่มขึ้นเมื่อค่าเหล่านี้เพิ่มขึ้น[38] สำหรับแนวโน้มพิริออดิกของสมบัติทั้งสามค่า จะลดลงเรื่อย ๆ ตามคาบเมื่อพิจารณาคุณสมบัติเชิงโลหะ มีบางส่วนที่ผิดปกติ เนื่องจากอิเล็กตรอนในบล็อก d และ f และผลกระทบสัมพัทธภาพ[39] และคุณสมบัติเชิงโลหะจะเพิ่มขึ้นเมื่อพิจารณาจากบนลงล่างในหมู่เดียวกัน ดังนั้น ธาตุที่มีคุณสมบัติเชิงโลหะมากที่สุด (เช่น ซีเซียม แฟรนเซียม) พบได้ที่มุมซ้ายล่างสุดของตารางธาตุ และธาตุที่มีคุณสมบัติเชิงอโลหะมากที่สุด (เช่น ออกซิเจน ฟลูออรีน คลอรีน) พบได้ที่มุมขวาบนสุดของตารางธาตุ แนวโน้มของโลหะทั้งในแนวตั้งและแนวนอนช่วยอธิบายถึงเส้นขั้นบันไดที่แบ่งโลหะกับอโลหะ ซึ่งพบในตารางธาตุบางรูปแบบ และการจัดให้ธาตุที่อยู่ชิดเส้นแบ่งนั้นเป็นกึ่งโลหะ[40][41]

จากซ้ายไปขวาผ่านบล็อกทั้งสี่ในตารางธาตุรูปแบบยาว 32 หมู่ เป็นกลุ่มของธาตุที่เชื่อมกัน อยู่ที่ตำแหน่งระหว่างบล็อก[42] ธาตุในกลุ่มเหล่านี้จะแสดงสมบัติเป็นกึ่งหรือผสมกับธาตุกลุ่มข้างเคียง เหมือนกับกึ่งโลหะ ธาตุหมู่ 3 อันได้แก่ สแกนเดียม อิตเทรียม แลนทานัม และแอกทิไนด์ มีพฤติกรรมทางเคมีคล้ายกับโลหะแอลคาไลน์เอิร์ท[43] หรือโลหะบล็อก s[44][45] แต่ก็มีสมบัติทางกายภาพบางประการที่เหมือนกับโลหะแทรนซิชันบล็อก d[46] ลูทีเชียมและลอว์เรนเชียมที่อยู่ปลายสุดของบล็อก f อาจเป็นกลุ่มเชื่อมอีกกลุ่มหนึ่ง ลูทีเชียมมีพฤติกรรมทางเคมีเป็นแลนทาไนด์ แต่มีสมบัติทางกายภาพผสมกันระหว่างแลนทาไนด์และโลหะแทรนซิชัน[47][48] ลอว์เรนเชียมก็มีลักษณะเช่นเดียวกันกับลูทีเชียม[n 5] โลหะผลิตเหรียญในหมู่ 11 (ทองแดง เงิน และทองคำ) ก็มีสมบัติทางเคมีคล้ายโลหะแทรนซิชันและโลหะหมู่หลัก[51] โลหะระเหยง่ายในหมู่ 12 (สังกะสี แคดเมียม และปรอท) บางครั้งก็ถูกพิจารณาให้เป็นกลุ่มเชื่อมระหว่างบล็อก d และบล็อก p หมู่ 13[52][53] แก๊สมีตระกูลในหมู่ 18 เชื่อมระหว่างแฮโลเจนหมู่ 17 และโลหะแอลคาไลหมู่ 1[42]

ใน พ.ศ. 2332 อองตวน ลาวัวซิเอ ตีพิมพ์รายชื่อธาตุเคมี 33 ตัว เขาแบ่งเป็นแก๊ส โลหะ อโลหะ และเอิร์ท[54] นักเคมีใช้เวลาข้ามศตวรรษเพื่อค้นหาวิธีที่จะจัดระบบของธาตุเหล่านี้ ใน พ.ศ. 2372 โยฮันน์ ว็อล์ฟกัง เดอเบอไรเนอร์ สังเกตว่าธาตุจำนวนมากนั้นสามารถจัดลงในไตรแอดส์ โดยอยู่บนพื้นฐานของสมบัติทางเคมีของมันได้ เช่น ลิเทียม โซเดียม และโพแทสเซียม พวกมันถูกจัดให้อยู่ในกลุ่มเดียวกัน เนื่องจากเป็นโลหะที่อ่อน และไวต่อการเกิดปฏิกิริยา เดอเบอไรเนอร์ยังสังเกตอีกว่ามวลอะตอมของธาตุตัวที่สองในไตรแอดส์ของเขานั้น เป็นค่าเฉลี่ยของมวลอะตอมธาตุที่หนึ่งและธาตุที่สาม ซึ่งรู้จักกันในภายหลังว่า กฎไตรแอดส์[55] นักเคมีชาวเยอรมัน เลโอโปลด์ กเมลิน ทำงานด้วยระบบไตรแอดส์นี้ และใน พ.ศ. 2386 เขาก็ค้นพบ ไตรแอดส์สิบตัว โดยมี 3 กลุ่มที่มี 4 ธาตุและอีก 1 กลุ่มที่มี 5 ธาตุ ฌอง-บัฟติส ดูมัส ตีพิมพ์ผลงานเมื่อ พ.ศ. 2400 ซึ่งบรรยายความสัมพันธ์ระหว่างกลุ่มของโลหะบางกลุ่ม ถึงแม้ว่านักเคมีบางคนจะสามารถบรรยายถึงความสัมพันธ์ระหว่างกลุ่มธาตุขนาดเล็กได้แล้ว แต่พวกเขาก็ไม่ได้ทำให้มันครอบคลุมทั้งหมด[56]

ใน พ.ศ. 2401 นักเคมีชาวเยอรมัน ออกุสต์ คีคูเล สังเกตว่าคาร์บอนส่วนใหญ่มักจะอยู่ในรูปของอะตอมสี่ตัวทำพันธะต่อกัน เช่น มีเทน ซึ่งมีอะตอมคาร์บอน 1 ตัวและอะตอมของไฮโดรเจน 4 ตัว แนวคิดในลักษณะนี้ภายหลังรู้จักกันว่าเป็นเวเลนซ์ ซึ่งระบุไว้ว่าพันธะของธาตุต่างชนิดกันก็มีจำนวนอะตอมต่างกันด้วย[57]

ใน พ.ศ. 2405 นักธรณีวิทยาชาวฝรั่งเศส อเล็กซานเดอร์-เอมิล เบอกูเยร์ เดอ ชานกูร์ตัว ตีพิมพ์ตารางธาตุฉบับแรก ซึ่งเขาเรียกมันว่าเทลลูริก เฮลิกซ์ หรือสครู เขาเป็นคนแรกที่ทราบถึงความเป็นลำดับคาบของธาตุเคมี โดยการนำธาตุมาจัดเรียงเป็นวงก้นหอย หรือเป็นทรงกระบอกโดยเรียงตามมวลอะตอมที่เพิ่มขึ้น เดอ ชานกูร์ตัว แสดงให้เห็นว่าธาตุที่สมบัติทางเคมีเหมือนกันจะอยู่ใกล้กัน ตารางของเขายังมีไอออนและสารประกอบบางชนิดรวมอยู่ด้วย แผ่นกระดาษของเขามักจะถูกใช้ในทางธรณีวิทยามากกว่าทางเคมี และไม่รวมแผนภาพ และเป็นผลทำให้ได้รับความสนใจน้อยจนถึงผลงานของดมีตรี เมนเดเลเยฟ[58]

ใน พ.ศ. 2407 นักเคมีชาวเยอรมัน ยูลิอุส โลทาร์ ไมเออร์ ได้ตีพิมพ์ตารางธาตุซึ่งประกอบไปด้วยธาตุ 44 ตัวโดยเรียงตามความเป็นวาเลนซ์ ตารางของเขาแสดงให้เห็นว่าธาตุที่มีสมบัติทางเคมีเหมือนกันนั้น บ่อครั้งที่จะมีความเป็นวาเลนซ์ที่เหมือนกันด้วย ในเวลาที่ไล่เลี่ยกัน นักเคมีชาวอังกฤษ วิลเลียม โอดลิง ตีพิมพ์การจัดเรียงธาตุ 57 ตัว โดยเรียงบนพื้นฐานของมวลอะตอม ด้วยความที่ไม่ปกติและยังมีช่องว่าง เขาทราบว่าสิ่งที่เกิดขึ้นกับธาตุเป็นลำดับการเกิดคาบของมวลอะตอม และเขายังบันทึกไว้ว่า "มันมักจะได้รับการจัดกลุ่ม" [59] โอดลิงได้พูดถึงเกี่ยวกับความคิดในเรื่องของกฎพิริออดิก แต่เขาก็ไม่ได้สนใจมัน[60] ต่อมาเขาก็ได้นำเสนอ (ใน พ.ศ. 2413) การจัดหมวดหมู่บนพื้นฐานของความเป็นวาเลนซ์[61]

นักเคมีชาวอังกฤษ จอห์น นิวแลนส์ ได้ตีพิมพ์ผลงานของเขาในช่วง พ.ศ. 2406 – พ.ศ. 2409 ซึ่งมีหมายเหตุไว้ว่าเขาจัดธาตุตามมวลอะตอมที่เพิ่มขึ้น แล้วเขาก็พบว่าธาตุทุก ๆ 8 ตัวจะมีสมบัติทางกายภาพและสมบัติทางเคมีเหมือนกัน เขาคิดว่ามันเหมือนกับอ็อกเทฟในดนตรี[62][63] เขาจึงตั้งกฎขึ้นมา ซึ่งเรียกกันว่า กฎออกเทฟส์ ถึงอย่างนั้นสมาคมเคมีก็ปฏิเสธที่จะยอมรับงานของนิวแลนส์ เนื่องจากนิวแลนส์ได้ผลักดันธาตุให้เข้ากับกฎออกเทฟส์และไม่เว้นช่องว่างไว้ให้ธาตุที่ยังไม่ค้นพบ เช่น เจอร์เมเนียม[64] สมาคมเคมีรับทราบเพียงแค่การค้นพบของเขา จนกระทั่ง เมนเดเลเยฟตีพิมพ์ตารางธาตุของเขาออกมา[65]

ใน พ.ศ. 2410 นักเคมีชาวเดนมาร์ก กุสตาวุส ฮินริชส์ ได้ตีพิมพ์ตารางธาตุในลักษณะก้นหอยออกมาโดยจัดตามสเปกตรัมและมวลของอะตอม ผลงานของเขาได้รับยกย่องว่าเป็นผลงานที่พิสดาร โอ้อวด และซับซ้อน นี่เองที่อาจทำให้ไม่เป็นที่จดจำและเป็นที่ยอมรับ[66][67]

นักเคมีชาวรัสเซีย ดมีตรี เมนเดเลเยฟ และนักเคมีชาวเยอรมัน ยูลิอุส โลทาร์ ไมเออร์ ได้ตีพิมพ์ตารางธาตุใน พ.ศ. 2412 และ พ.ศ. 2413 ตามลำดับ[68] ตารางธาตุของเมนเดเลเยฟเป็นการตีพิมพ์ครั้งแรกของเขา ส่วนของไมเออร์เป็นการเพิ่มเติมจากตารางธาตุเก่าของเขา ที่เคยตีพิมพ์เมื่อ พ.ศ. 2407[69] ตารางธาตุของทั้งสองสร้างขึ้นโดยจัดธาตุไว้เป็นคาบและหมู่โดยเรียงตามมวลอะตอม และจะเริ่มแถวใหม่เมื่อธาตุมีสมบัติทางเคมีที่เหมือนกัน[70]

สาเหตุที่ตารางธาตุของเมนเดเลเยฟได้รับการยอมรับมีอยู่สองประการ คือ หนึ่ง ตารางธาตุของเขามีช่องว่างไว้เพื่อให้ธาตุที่ยังไม่ได้รับการค้นพบ[71] เมนเดเลเยฟไม่ได้เป็นนักเคมีคนแรกที่ทำแบบนี้ แต่เขาเป็นคนแรกที่ได้รับการยอมรับในการใช้แนวโน้มในตารางธาตุ เพื่อทำนายสมบัติทางเคมีของธาตุที่ยังไม่ได้ค้นพบเหล่านั้น เช่น แกลเลียม และเจอร์เมเนียม[72] และเหตุผลที่สองคือบางครั้งเขาไม่ได้เรียงตามมวลอะตอมโดยทั้งหมด เขาสลับตำแหน่งธาตุบางตัว เช่น เทลลูเรียมและไอโอดีน โดยเขาให้เหตุผลว่าเพื่อให้ง่ายต่อการจัดธาตุลงไปในหมู่ของธาตุ กับการพัฒนาทฤษฎีโครงสร้างอะตอม ทำให้เป็นที่แน่ชัดแล้วว่า เมนเดเลเยฟ ไม่ได้ตั้งใจที่จะระบุไปว่า เขาจัดเรียงธาตุตามมวลอะตอมที่เพิ่มขึ้น หรือโครงสร้างนิวเคลียร์[73]

ความสำคัญของเลขอะตอมในการเป็นองค์ประกอบของตารางธาตุยังคงไม่ได้รับการยอมรับจนกระทั่งสมบัติของโปรตอนและนิวตรอนกลายเป็นที่รู้จักมากขึ้น ตารางธาตุของเมนเดเลเยฟก็ยังคงใช้มวลอะตอมแทนที่จะเป็นเลขอะตอม ซึ่งในเวลานั้นข้อมูลเกี่ยวกับมวลอะตอมมีความแม่นยำสูงสุด มวลอะตอมสามารถอธิบายถึงสมบัติทางเคมีของธาตุที่ยังไม่ค้นพบได้อย่างแม่นยำกว่าวิธีอื่น ๆ ที่รู้จักกันในเวลานั้น และวิธีนี้ก็ยังคงใช้ในการทำนายสมบัติของธาตุเคมีที่สังเคราะห์ขึ้นใหม่จนกระทั่งปัจจุบัน[74]

ใน พ.ศ. 2414 เมนเดเลเยฟตีพิมพ์ตารางธาตุในรูปแบบใหม่ซึ่งประกอบไปด้วยหมู่ที่มีธาตุที่คล้ายกันซึ่งจะถูกจัดในคอลัมน์มากกว่าที่จะถูกจัดในแถว และคอลัมน์เหล่านี้ก็เรียงลำดับไว้ว่า I ถึง VIII ซึ่งตรงกันกับสถานะออกซิเดชันของธาตุ เขายังลงรายละเอียดเกี่ยวกับการทำนายสมบัติของธาตุที่ยังไม่ค้นพบด้วย และเขายังระบุไว้ว่าพวกมันไม่มีในตารางธาตุ แต่ควรจะมีอยู่จริง[75] ช่องว่างเหล่านี้ส่วนใหญ่แล้วจะเติมเต็มโดยนักเคมีที่ค้นพบธาตุในธรรมชาติเพิ่มเติม[76] บ่อยครั้งที่มีการยืนยันว่าธาตุสุดท้ายที่จะถูกค้นพบในธรรมชาติคือ แฟรนเซียม (เอคา-ซีเซียมที่เมนเดเลเยฟทำนายไว้) ที่ถูกค้นพบใน พ.ศ. 2482[77] แต่พลูโทเนียมที่สังเคราะห์ขึ้นใน พ.ศ. 2485 ได้รับการยืนยันว่าพบในธรรมชาติอยู่ปริมาณเล็กน้อยใน ปี พ.ศ. 2514[78]

ตารางธาตุที่ได้รับความนิยมที่สุด[79] หรือรู้จักกันว่าเป็นตารางธาตุมาตรฐาน สร้างขึ้นโดยฮอเรซ กรอฟส์ เดมิง ใน พ.ศ. 2466 เดมิงได้ตีพิมพ์ตารางธาตุในรูปแบบสั้น (รูปแบบเมนเดเลเยฟ) และรูปแบบปานกลาง (18 คอลัมน์)[80] ในปี พ.ศ. 2467 เมิร์คและคอมปานีได้จัดเตรียมเอกสารของตารางธาตุ 18 แถวของเดมิงไว้ใช้สำหรับการเรียนการสอนในโรงเรียนของประเทศสหรัฐอเมริกา ในช่วงทศวรรษ 1930 ตารางธาตุของเดมิงได้ปรากฏบนหนังสือคู่มือและสารานุกรมเคมี และมันก็ยังถูกแจกจ่ายเป็นเวลาหลายปีโดยบริษัทวิทยาศาสตร์ซาร์เจนท์-เวลช์[81][82][83]

ด้วยการพัฒนากลศาสตร์ควอนตัม และทฤษฎีของการจัดเรียงอิเล็กตรอนภายในอะตอม พบว่าอิเล็กตรอนจะเพิ่มขึ้นตามคาบ (แถวแนวนอน) ในตารางธาตุเพื่อเติมเต็มวงอิเล็กตรอน อะตอมที่มีขนาดใหญ่ขึ้นจะมีวงย่อยมากขึ้น และทำให้ตารางธาตุจะมีคาบที่ยาวขึ้นไปด้วย[84]

ใน พ.ศ. 2488 นักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกัน เกลนน์ ซีบอร์ก ได้ให้ข้อคิดเห็นไว้ว่าธาตุแอกทิไนด์จะเหมือนกับแลนทาไนด์ซึ่งอิเล็กตรอนจะเข้าไปอยู่ในวงย่อย f ก่อนหน้านั้นแอกทิไนด์เชื่อกันว่าเป็นบล็อก-d แถวที่ 4 เพื่อนร่วมงานของซีบอร์กได้แนะนำให้เขาปิดบังข้อเสนอแนะดังกล่าวนี้ซึ่งจะมีผลกระทบต่ออาชีพของเขา ซีบอร์กไม่สนใจคำแนะนำของเพื่อนร่วมงาน และตีพิมพ์ข้อเสนอแนะของเขาลงไป ในภายหลังนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆได้ตรวจสอบข้อเสนอแนะนี้ และพบว่ามีความถูกต้อง และทำให้เขาได้รับรางวัลโนเบลสาขาเคมีในปี พ.ศ. 2494 สำหรับการทำงานของเขาที่เกี่ยวกับการสังเคราะห์ธาตุแอกทิไนด์[85][86]

ถึงแม้ว่าธาตุหลังยูเรเนียมบางตัวจะปรากฏในธรรมชาติ[3] แต่พวกมันทั้งหมดก็ถูกค้นพบในห้องปฏิบัติการทางวิทยาศาสตร์มาก่อน ซึ่งการผลิตพวกมันทำให้ตารางธาตุขยายขึ้นอย่างรวดเร็ว โดยมีการสังเคราะห์เนปทูเนียมขึ้นมาเป็นธาตุแรก ซึ่งสังเคราะห์ในปี พ.ศ. 2482[87] เนื่องด้วยธาตุส่วนใหญ่หลังยูเรเนียมไปแล้วนั้น มีความไม่เสถียรสูงมาก และสลายตัวอย่างรวดเร็ว พวกมันจึงกลายเป็นความท้าทายของนักวิทยาศาสตร์ที่จะตรวจจับและระบุลักษณะขณะที่มันถูกผลิตขึ้นแล้ว พวกมันยังมีการถกเถียงในเรื่องของความถูกต้องของการค้นพบธาตุ ซึ่งบางครั้งก็ยังขาดการตรวจสอบความสำคัญและการตั้งชื่อที่ถูกต้อง ซึ่งธาตุที่ได้รับการยืนยันและได้รับการตั้งชื่อล่าสุดคือ ฟลีโรเวียม (ธาตุที่ 114) และลิเวอร์มอเรียม (ธาตุที่ 116) ทั้งคู่ถูกตั้งชื่อในวันที่ 16 พฤษภาคม พ.ศ. 2555[88] ก่อนหน้านั้นในปี พ.ศ. 2553 ศูนย์วิจัยวิทยาศาสตร์ในดุบนา ประเทศรัสเซีย ได้สังเคราะห์อะตอมของเทนเนสซีน (ธาตุที่ 117) 6 อะตอม ซึ่งทำให้มันกลายเป็นธาตุล่าสุดที่คาดว่าจะถูกค้นพบ[89] ปัจจุบัน ธาตุที่มีเลขอะตอมเท่ากับ 118 คือ Og ออกาเนสซอนยังรู้จักกันในชื่อว่า เอคา-เรดอน หรือ ธาตุ 118 และบนตารางธาตุ มันถูกจัดให้อยู่ในบล็อก-p และเป็นธาตุตัวสุดท้ายบนคาบที่ 7 ปัจจุบัน ออกาเนสซอนเป็นธาตุสังเคราะห์เพียงตัวเดียวของธาตุหมู่ 18 มันยังเป็นธาตุที่มีเลขอะตอมและมวลอะตอมมากที่สุดเท่าที่ค้นพบในปัจจุบัน

ตารางธาตุสมัยใหม่ในบางครั้งอาจจะมีการนำแลนทาไนด์และแอกทิไนด์มาต่อกันเป็นตารางเดียว แทรกระหว่างบล็อก s และบล็อก d ซึ่งเรียกกันว่าเป็นตารางธาตุแบบยาว 32 หมู่ เพื่อให้เห็นความต่อเนื่องของเลขอะตอมที่เพิ่มขึ้น[90] ความสัมพันธ์ระหว่างบล็อก f กับบล็อกอื่นของตารางก็ยังให้เห็นชัดเจนมากขึ้นอีกด้วย[91] เจนเซนสนับสนุนให้ใช้ตารางธาตุแบบยาวนี้ บนพื้นฐานของความคิดนักเรียนที่อาจคิดว่าแลนทาไนด์และแอกทิไนด์เป็นธาตุที่ไม่สำคัญและไม่น่าสนใจ[92] แม้ว่าตารางธาตุแบบยาวจะมีประโยชน์หลายประการ บรรณาธิการหลายคนก็หลีกเลี่ยงที่จะใช้ตารางธาตุแบบยาว เพราะมันจะกินเนื้อที่บนหน้าหนังสือมากเกินไป[93] และยังมีความคุ้นชินกับตารางธาตุที่แนะนำโดยนักเคมี (เช่นที่แนะนำโดยซีบอร์ก)[94]

ภายในระยะเวลา 100 ปีหลังจากที่ตารางธาตุของเมนเดเลเยฟถูกตีพิมพ์ในปี พ.ศ. 2412 เอ็ดเวิร์ด จี. มาซูร์ ได้รวบรวมตารางธาตุที่มีโครงสร้างแตกต่างไปจากเดิมประมาณ 700 กว่าชนิด และได้รับการตีพิมพ์แล้ว[95][96][97] เช่นเดียวกับตารางธาตุในรูปแบบช่องสี่เหลี่ยมก็มีการดัดแปลงโครงสร้างเหมือนกัน ตัวอย่างเช่น[n 6] โครงสร้างวงกลม, ลูกบาศก์ ทรงกระบอก โครงสร้างคล้ายอาคาร ทรงเกลียว เลมนีสเกต[98] ปริซึมทรงแปดเหลี่ยม พีระมิด แบบแยกออกจากกัน ทรงกลม เกลียว และรูปสามเหลี่ยม ส่วนใหญ่แล้วตารางธาตุในโครงสร้างแบบอื่น ๆ นั้น สร้างขึ้นเพื่อเน้นหรือให้ความสำคัญกับสมบัติทางเคมีหรือกายภาพของธาตุ ซึ่งไม่มีในตารางธาตุปกติ[97]

ตารางธาตุโครงสร้างอื่นที่ได้รับความนิยม[99]คือ ตารางธาตุของทืโอดอร์ เบนฟีย์ เขาสร้างขึ้นเมื่อปี พ.ศ. 2503 ธาตุถูกจัดเรียงในเกลียวที่ต่อเนื่องกัน โดยมีไฮโดรเจนอยู่ตรงกลางและมีโลหะแทรนซิชัน แลนทาไนด์ และแอกทิไนด์ ยื่นออกมาคล้ายกับคาบสมุทร[100]

ตารางธาตุส่วนใหญ่จะมีลักษณะเป็น 2 มิติ[3] ถึงอย่างนั้นมันก็ยังมีตารางธาตุที่เป็น 3 มิติ และเป็นที่รู้จักครั้งแรกในปี พ.ศ. 2405 (ก่อนที่เมนเดเลเยฟจะตีพิมพ์ตารางธาตุของเขาในปี พ.ศ. 2412) ตัวอย่างตารางธาตุ 3 มิติที่พบเห็นได้เป็นส่วนใหญ่ เช่น การจำแนกธาตุของคูร์ทีนส์ (พ.ศ. 2468)[101] ระบบลามีนาของวริงลีย์ (พ.ศ. 2492)[102] ตารางธาตุทรงเกลียวของกีเกอเร (พ.ศ. 2508)[103] และต้นไม้พีรีออดิกของดูโฟร์ (พ.ศ. 2539)[104] ได้รับการบรรยายว่าเป็นตารางธาตุ 4 มิติ (มิติเชิงพื้นที่ 3 มิติและมิติเชิงสีอีก 1 มิติ)[105]

ถึงแม้ว่าธาตุทุกตัวจนถึงออกาเนสซอนจะถูกค้นพบแล้ว แต่ธาตุที่มีเลขอะตอมมากกว่าฮัสเซียม (ธาตุที่ 108) มีเพียงแค่โคเปอร์นิเซียม (ธาตุที่ 112) และฟลีโรเวียม (ธาตุที่ 114) เท่านั้นที่ทราบสมบัติทางเคมีแล้ว ส่วนธาตุอื่น ๆ ที่มีเลขอะตอมมากกว่าฮัสเซียมนั้น สมบัติทางเคมีของมันเป็นเพียงแค่การทำนายโดยการประมาณค่าหรือพิจารณาความสัมพันธ์ทางเคมี เช่น ทำนายว่าฟลีโรเวียมจะมีสมบัติที่คล้ายคลึงกับธาตุในหมู่แก๊สมีตระกูล แม้ว่าปัจจุบันมันจะจัดให้อยู่ในหมู่คาร์บอนก็ตาม[106] การทดลองส่วนใหญ่ได้บ่งชี้เช่นนั้น ถึงอย่างนั้น ฟลีโรเวียมแสดงความประพฤติทางเคมีเหมือนกับตะกั่ว ตามตำแหน่งของธาตุที่คาดไว้[107]

ไม่มีความแน่ชัดว่าธาตุใหม่ที่จะถูกค้นพบต่อไปนี้จะต้องไปอยู่ในคาบที่ 8 หรือต้องการการปรับเปลี่ยนรูปแบบตารางธาตุ ซีบอร์กคาดว่าคาบที่ 8 นี้จะเป็นไปตามหลักการที่กำหนดไว้ มันจะประกอบไปด้วยธาตุในบล็อก-s 2 ตัว คือธาตุที่ 119 และ 120 หลังจากนั้นจะเป็นบล็อก-g สำหรับธาตุตัวถัดไปอีก 18 ตัว และที่เหลืออีก 30 ตัวจะถูกจัดให้อยู่ในบล็อก-f -d และ -p ตามลำดับ[108] ล่าสุด นักฟิสิกส์หลายคนเช่น เป็กกา ปืกเกอ เชื่อว่าธาตุใหม่ที่จะถูกค้นพบนั้นจะไม่เป็นไปตามกฎของแมนเดลัง ซึ่งเป็นการทำนายว่าจะมีวงอิเล็กตรอนเท่าใด และจะทำให้ตารางธาตุปัจจุบันมีหน้าตาเปลี่ยนไปด้วย ปัจจุบันมีแบบจำลองสมมติฐานหลายแบบออกมาสำหรับตำแหน่งธาตุที่มีเลขอะตอมน้อยกว่าหรือเท่ากับ 172 โดยธาตุที่ 172 นี้ เชื่อกันว่าจะเป็นธาตุอโลหะมีตระกูลตัวต่อไปจากออกาเนสซอน ซึ่งแบบจำลองเหล่านี้จะต้องพิจารณาว่าเป็นเพียงทฤษฎี เนื่องจากยังไม่มีการคำนวณใด ๆ สำหรับธาตุที่พ้นจากธาตุ 122[109]

ตัวเลขของจำนวนธาตุที่เป็นไปได้ยังไม่มีใครทราบ มีข้อคิดเห็นที่เก่าที่สุดสำหรับเรื่องนี้ ซึ่งเสนอโดย เอเลียต อดัมส์ ในปี พ.ศ. 2454 และอยู่บนพื้นฐานของการจัดเรียงธาตุในแถวแนวนอนของตารางธาตุ เขาเชื่อว่าธาตุที่มีมวลอะตอมมากกว่า 256± (ซึ่งเทียบเท่ากับมวลอะตอมระหว่างธาตุที่ 99 และ 100 ในปัจจุบัน) จะไม่ปรากฏขึ้น[110] ธาตุที่มีมวลอะตอมสูงกว่านี้ คาดว่าจะไปสิ้นสุดไม่ไกลหลังจากหมู่เกาะแห่งความเสถียรภาพ[111] ซึ่งทำนายกันว่าจะมีศูนย์กลางประมาณธาตุที่ 126 และเป็นส่วนขยายของตารางธาตุและตารางนิวไคลด์จะถูกจำกัดโดยดริปไลน์ (Drip line) ของโปรตอนและนิวตรอน[112] มีการทำนายอื่น ๆ อีกมากมายที่นำเสนอเกี่ยวกับจุดสิ้นสุดของตารางธาตุ รวมทั้งตารางธาตุจะสิ้นสุดที่ธาตุ 128 ซึ่งเสนอโดยจอห์น เอมสลีย์[3] สิ้นสุดที่ธาตุ 137 โดยริชาร์ด ไฟน์แมน[113] และสิ้นสุดที่ธาตุ 155 โดยอัลเบิร์ต คาซาน[3][n 7]

แบบจำลองของบอร์จะมีความยากลำบากในการอธิบายถึงอะตอมของธาตุที่มีเลขอะตอมเท่ากับ 137 ขึ้นไป ธาตุใด ๆ ก็ตามที่มีเลขอะตอมมากกว่า 137 มันจะต้องการอิเล็กตรอนในวงย่อย 1s เพื่อที่จะให้เดินทางได้เร็วกว่าแสง[114] ดังนั้นแบบจำลองของบอร์จึงไม่ได้ถูกใช้เพื่ออธิบายความสัมพันธ์ที่ถูกต้องของธาตุเหล่านั้น

สมการแสดงความสัมพันธ์ของดิแรกจะมีปัญหาเมื่อธาตุนั้นมีโปรตอนมากกว่า 137 ตัว สำหรับธาตุเหล่านั้น ฟังก์ชันคลื่นของสถานะพื้นของดิแรกจะเกิดการแกว่งมากกว่าที่จะยึดกันไว้ และจะไม่มีช่องว่างระหว่างพลังงานบวกและลบของสเปกตรัม ซึ่งมีในปฏิทรรศน์ของไคลน์[115] การคำนวณที่แม่นยำขึ้นโดยคำนึงถึงผลกระทบของการจำกัดขนาดของนิวเคลียส แสดงให้เห็นว่าพลังงานที่ทำให้นิวเคลียสอยู่รวมกัน จะมีค่าเกินขีดจำกัดสำหรับธาตุที่มีโปรตอนมากกว่า 137 ตัว สำหรับธาตุที่หนักกว่านั้น ถ้าวงอิเล็กตรอนชั้นในสุด (1s) ไม่ถูกเติมเต็ม จะทำให้สนามไฟฟ้าของนิวเคลียสจะดึงอิเล็กตรอนออกจากสุญญากาศ ส่งผลให้อะตอมนั้นเกิดการปล่อยโพซิตรอนออกมาโดยธรรมชาติ[116] ถึงอย่างนั้น ผลกระทบนี้จะไม่เกิดขึ้นถ้าวงอิเล็กตรอนชั้นในสุดได้รับการเติมเต็มแล้ว ดังนั้นธาตุที่ 137 จึงไม่จำเป็นว่าจะเป็นที่สิ้นสุดของตารางธาตุ[117]

บ่อยครั้งที่ไฮโดรเจนและฮีเลียมถูกวางในตำแหน่งที่แตกต่างกัน แทนที่จะวางใกล้กัน เนื่องด้วยการจัดเรียงอิเล็กตรอน ไฮโดรเจนส่วนใหญ่จะถูกจัดให้อยู่บนลิเทียม โดยพิจารณาจากการจัดเรียงอิเล็กตรอน แต่บางครั้งมันก็จะถูกจัดให้อยู่เหนือฟลูออรีน[118]หรือคาร์บอน[118] เนื่องจากไฮโดรเจนแสดงพฤติกรรมที่มีความคล้ายคลึงกับธาตุเหล่านั้น บางครั้งไฮโดรเจนอาจจะถูกจัดให้อยู่เดี่ยว ๆ ซึ่งหมายความว่าไฮโดรเจนไม่มีสมบัติเหมือนกับธาตุในหมู่ใด ๆ เลย[119] ฮีเลียม ส่วนใหญ่แล้วจะถูกจัดให้อยู่เหนือนีออน เพราะมีสมบัติทางเคมีคล้ายคลึงกันมาก ถึงแม้ว่าบางครั้งมันจะถูกจัดให้อยู่เหนือเบริลเลียมเนื่องด้วยการจัดเรียงอิเล็กตรอน (ฮีเลียม: 1s2 เบริลเลียม: [He] 2s2)[21]

นิยามของโลหะแทรนซิชันโดยไอยูแพกนั้น คือธาตุที่อิเล็กตรอนนั้นจะเข้าไปอยู่ในวงย่อย d หรือจะเป็นประจุบวกเพื่อเติมเต็มวงย่อย d[120] จากคำนิยามนี้ ทำให้ธาตุในหมู่ 3–11 เป็นโลหะแทรนซิชัน คำนิยามของไอยูแพกทำให้ธาตุในหมู่ 12 ซึ่งประกอบด้วยสังกะสี แคดเมียม และปรอท ออกจากการเป็นโลหะแทรนซิชันไป

นักเคมีบางคนอธิบายว่า "ธาตุบล็อก-d" และ "โลหะแทรนซิชัน" สามารถสลับกันได้ ซึ่งทำให้หมู่ที่ 3–12 กลายเป็นโลหะแทรนซิชัน ในกรณีนี้ธาตุหมู่ 12 จะถือว่าเป็นกรณีพิเศษของโลหะแทรนซิชัน เพราะธาตุหมู่ 12 ไม่ได้ใช้อิเล็กตรอนในวงย่อย d ในการทำพันธะกับธาตุอื่น แต่การค้นพบล่าสุด พบว่าปรอทสามารถใช้อิเล็กรอนในวงย่อย d ในการสร้างพันธะกับฟลูออรีน เป็นเมอร์คิวรี(IV) ฟลูออไรด์ (HgF4) ทำให้มีนักเคมีบางคนเสนอว่าปรอทควรจะถูกจัดให้เป็นโลหะแทรนซิชัน[121] ส่วนนักเคมีคนอื่น ๆ เช่น เจนเซน[95] แย้งว่าการเกิดของ HgF4 สามารถเกิดได้ในภาวะที่ผิดปกติอย่างมากเท่านั้น ดังนั้นปรอทจึงไม่ถูกจัดให้เป็นโลหะแทรนซิชัน โดยการพิจารณาความหมายโดยสามัญ[95]

แต่ก็ยังมีนักเคมีบางคนที่ไม่รวมธาตุหมู่ 3 ในกลุ่มโลหะแทรนซิชัน โดยคำนิยามของโลหะแทรนซิชัน พวกเขาทำบนพื้นฐานที่ว่าธาตุในหมู่ 3 ไม่มีไอออนใด ๆ ที่สามารถไปเติมเต็มวงย่อย d ได้ และไม่แสดงสมบัติทางเคมีที่คล้ายคลึงกับโลหะแทรนซิชันเลย[122] ในกรณีนี้ธาตุหมู่ 4–11 จะถูกจัดให้เป็นโลหะแทรนซิชัน[123] แม้ว่าธาตุหมู่ 3 มีสมบัติทางเคมีเหมือนโลหะแทรนซิชันบางประการ แต่ก็ยังมีสมบัติทางกายภาพที่เหมือนกันด้วย (การมีอยู่ของ d อิเล็กตรอน)[46]

ถึงแม้ว่าสแกนเดียมและอิตเทรียมจะเป็นธาตุหมู่ 3 สองตัวแรกตลอด ตัวตนของธาตุอีกสองตัวยังไม่ได้ถูกยืนยัน พวกมันอาจจะเป็นแลนทานัมกับแอกทิเนียมหรือลูทีเชียมกับลอว์เรนเชียม ถึงแม้มันยังมีข้อโต้แย้งทางเคมีและกายภาพที่สนับสนุนการจัดโดยนำลูทีเชียมและลอว์เรนเชียมเป็นธาตุหมู่ 3 แต่ก็ไม่ควรที่จะเชื่อถือนัก[124] คำนิยามปัจจุบันของคำว่า "แลนทาไนด์" ของไอยูแพก รวมธาตุ 15 ตัว ซึ่งมีทั้งแลนทานัมและลูทีเชียม และ "โลหะแทรนซิชัน"[120] อาจจะเป็นแลนทานัมหรือแอกทิเนียมก็ได้ หรือแม้กระทั่งลูทีเชียม แต่ไม่ใช่ลอว์เรนเชียม เนื่องจากหลักการออฟบาวไม่มีความถูกต้องแล้ว โดยทั่วไป อิเล็กตรอนของลอว์เรนเชียมตัวที่ 103 จะต้องเข้าไปอยู่ในวงย่อย d แต่การวิจัยทางกลศาสตร์ควอนตัมชี้ให้เห็นว่าลอว์เรนเชียมมีการจัดเรียงอิเล็กตรอนเป็น [Rn] 5f14 7s2 7p1[n 8] เนื่องด้วยผลกระทบจากความสัมพันธ์ระหว่างธาตุเคมี[125][126] ไอยูแพกจึงยังไม่ได้แนะนำรูปแบบที่เจาะจง สำหรับธาตุในบล็อก-f และยังคงเป็นข้อโต้แย้งต่อไป

แลนทานัมและแอกทิเนียมมักจะถูกจัดให้เป็นธาตุหมู่ 3[127][n 9] โดยมีการเสนอตำแหน่งของธาตุทั้งสองนี้ครั้งแรกในช่วงคริสต์ทศวรรษ 1940 ด้วยการปรากฏตัวของตารางธาตุที่จัดเรียงตามการจัดเรียงอิเล็กตรอนของธาตุเคมีและความคิดในการแยกแยะอิเล็กตรอน การจัดเรียงอิเล็กตรอนของซีเซียม แบเรียม และแลนทานัม คือ [Xe]6s1 [Xe]6s2 และ [Xe]5d16s2 ดังนั้นแลนทานัมจึงมีอิเล็กตรอนในชั้น 5d แยกออกมาและทำให้แลนทานัมกลายเป็น "ธาตุหมู่ 3 และธาตุตัวแรกในบล็อก d ของคาบ 6"[128] กลุ่มของธาตุที่จัดเรียงอิเล็กตรอนคล้าย ๆ กันพบได้ในหมู่ 3: สแกนเดียม [Ar]3d14s2 อิตเทรียม [Kr]4d15s2 และแลนทานัม [Xe]5d16s2 อิตเทอร์เบียมและลูทีเชียม ซึ่งอยู่ในคาบ 6 เหมือนกัน มีการจัดเรียงอิเล็กตรอนเป็น [Xe]4f135d16s2 และ [Xe]4f145d16s2 ตามลำดับ "ส่งผลให้เกิดอิเล็กตรอนชั้น 4f แยกออกมาในลูทีเชียม และทำให้มันเป็นธาตุสุดท้ายของบล็อก f ของคาบ 6"[128] ภายหลัง มีงานวิจัยจากการวิเคราะห์สเปกตรัม พบว่าการจัดเรียงอิเล็กตรอนที่แท้จริงของอิตเทอร์เบียมเป็น [Xe]4f146s2 หมายความว่าทั้งอิตเทอร์เบียมและลูทีเชียม ต่างมี 14 อิเล็กตรอนในบล็อก f "ส่งผลให้เกิดอิเล็กตรอน d แยกออกมาแทนที่จะเป็น f สำหรับลูทีเชียม" และทำให้ลูทีเชียมกลายเป็นตัวเลือกที่เหมาะสมสำหรับตำแหน่งใต้อิตเทรียมเช่นเดียวกันกับ [Xe]5d16s2 แลนทานัม แต่แลนทานัมได้เปรียบจากตำแหน่ง เนื่องจากอิเล็กตรอน 5d1 ปรากฏตัวครั้งแรกในการจัดเรียงนี้ ขณะที่มันปรากฏเป็นครั้งที่สามสำหรับลูทีเชียม นอกจากนี้อิเล็กตรอน 5d1 ยังปรากฏบ้างเป็นครั้งที่สองในธาตุแกโดลิเนียมด้วยเช่นกัน[129]

ในทางพฤติกรรมเคมี[130] ธาตุหมู่สามจะมีแนวโน้มคุณสมบัติต่าง ๆ ลดลงไปในแต่ละคาบ ไม่ว่าจะเป็นจุดหลอมเหลว อิเล็กโทรเนกาติวิตี หรือรัศมีไอออน[131][132] สแกนเดียม อิตเทรียม แลนทานัม และแอกทิเนียมคล้ายคลึงกันกับธาตุหมู่ 1-2 ที่อยู่ข้างเคียง ในรูปแบบนี้ จำนวน f อิเล็กตรอนของไอออนที่พบได้บ่อยสุดของธาตุบล็อก f จะสอดคล้องกับตำแหน่งในบล็อก f[133] ตัวอย่างเช่น จำนวน f อิเล็กตรอนของธาตุบล็อก f สามตัวแรก คือ Ce 1 Pr 2 Nd 3[134]

ในรูปแบบนี้ ลูทีเชียมและลอว์เรนเชียมเป็นธาตุหมู่ 3[n 10] วิธีการแรก ๆ ที่แยกสแกนเดียม อิตเทรียม และลูทีเชียม คือ การพิจารณาว่าธาตุเหล่านี้ปรากฏตัวอยู่ด้วยกัน เรียกว่า "หมู่อิตเทรียม" ขณะที่แลนทานัมและแอกทิไนด์ ปรากฏตัวอยู่ด้วยกันใน "หมู่ซีเรียม"[128] ดังนั้น ลูทีเชียมจึงถูกจัดให้อยู่ในหมู่ 3 แทนที่แลนทานัมโดยนักเคมีบางคนในช่วงคริสต์ทศวรรษ 1920 และ 1930[n 11] นักฟิสิกส์หลายคนในช่วงคริสต์ทศวรรษ 1950 และ 1960 นิยมนำลูทีเชียมจัดเป็นธาตุหมู่ 3 เมื่อมีการเปรียบเทียบสมบัติทางกายภาพกับแลนทานัมแล้ว การจัดเรียงเช่นนี้ โดยนำแลนทานัมไปไว้เป็นธาตุตัวแรกของบล็อก f กลายเป็นข้อถกเถียงในหมู่นักเขียนบางส่วน เพราะแลนทานัมขาด f อิเล็กตรอน แต่ก็มีข้อโต้แย้งว่า เป็น "ข้อกังวลที่ไม่ถูกต้อง" ตัวอย่างเช่น ทอเรียม เป็นธาตุในบล็อก f แต่ไม่มี f อิเล็กตรอน[135] สำหรับลอว์เรนเชียม การจัดเรียงอิเล็กตรอนในอะตอมสถานะแก๊สถูกยืนยันในปี พ.ศ. 2558 เป็น [Rn]5f147s27p1 การจัดเรียงอิเล็กตรอนนี้แสดงให้เห็นถึงความผิดปกติอีกประการ คือ ไม่ว่าลอว์เรนเชียมจะอยู่ตำแหน่งไหนในบล็อก f หรือ บล็อก d แต่ตัวธาตุมี p อิเล็กตรอนตัวแรก ซึ่งตำแหน่งธาตุที่จะมี p อิเล็กตรอนตัวแรกได้ถูกจัดไว้ให้กับนิโฮเนียม ซึ่งคาดว่าจะมีการจัดเรียงอิเล็กตรอนเป็น [Rn]5f146d107s27p1[136][n 12]

สแกนเดียม อิตเทรียม และ ลูทีเชียม (และลอว์เรนเชียมที่เป็นไปได้) มีพฤติกรรมคล้ายไตรวาเลนต์ของโลหะหมู่ 1 และ 2[138] ในทางตรงกันข้าม ธาตุจะมีแนวโน้มคุณสมบัติต่าง ๆ ลดลงไปในแต่ละคาบ ไม่ว่าจะเป็นจุดหลอมเหลว อิเล็กโทรเนกาติวิตี หรือรัศมีไอออน คล้ายคลึงกับธาตุในหมู่ 4–8[128] ในรูปแบบนี้ จำนวน f อิเล็กตรอนของอะตอมธาตุบล็อก f ในสถานะแก๊ส โดยปกติจะสอดคล้องกับตำแหน่งในบล็อก f ตัวอย่างเช่น จำนวน f อิเล็กตรอนของธาตุบล็อก f ห้าตัวแรก คือ La 0 Ce 1 Pr 3 Nd 4 และ Pm 5[128]

นักเขียนจำนวนหนึ่งวางตำแหน่งธาตุแลนทาไนด์และแอกทิไนด์ทั้ง 30 ธาตุไว้ในตำแหน่งทั้งสองใต้อิตเทรียม ในรูปแบบนี้ ซึ่งได้ถูกกล่าวถึงใน Red Book ปี พ.ศ. 2549 ว่าเป็นรูปแบบที่ยอมรับจากไอยูแพกในปี พ.ศ. 2549 (ในภายหลังก็ปรากฏรูปแบบอื่นอีกมากมาย และมีอัปเดตล่าสุดในวันที่ 1 ธ.ค. 2561)[139][n 13] โดยให้ความสำคัญถึงความเหมือนของธาตุทั้ง 15 ตัวในแลนทาไนด์ (La ถึง Lu) อาจจะเพื่อหลีกเลี่ยงความกำกวมว่าธาตุใดควรจะเป็นธาตุหมู่ 3 ใต้อิตเทรียม กับบล็อก f ที่กว้าง 15 ช่อง (ขณะที่ธาตุบล็อก f สามารถมีได้แค่ 14 ตัวไม่ว่าจะอยู่ในแถวใด)[n 14]

มีตารางธาตุหลายรูปแบบที่ถูกเสนอว่าควรจะเป็นตารางธาตุที่มีรูปแบบเหมาะสม คำตอบของคำถามนี้ขึ้นอยู่กับว่าตารางธาตุนั้นบอกรายละเอียดเกี่ยวกับธาตุได้พอดีและอยู่บนพื้นฐานของความจริงหรือไม่ แต่ทั้งหมดก็ขึ้นอยู่กับการสังเกตการณ์ของมนุษย์ ตารางธาตุที่เหมาะสมนั้นจะต้องอธิบายได้ว่าไฮโดรเจนและฮีเลียมควรจะอยู่ที่ไหน และธาตุหมู่ 3 จะมีอะไรบ้าง คำตอบดังกล่าวจะต้องอยู่บนพื้นฐานของความจริงด้วยเช่นกัน ถ้ามีความจริงนั้นอยู่แล้ว มันอาจจะยังไม่ถูกค้นพบ ในกรณีที่ไม่มีคำตอบ การนำตารางธาตุหลายรูปแบบมารวมกัน ก็สามารถทำให้ตารางธาตุสมบูรณ์แบบขึ้นได้ และมีการเน้นแง่มุมที่แตกต่างกันของสมบัติทางเคมีและความสัมพันธ์ระหว่างธาตุ ความแพร่หลายของตารางธาตุในรูปแบบมาตรฐาน หรือรูปแบบยาว อาจจะเป็นตารางธาตุที่ดีแล้ว มีความสมดุลของเอกลักษณ์ในแง่ของโครงสร้างและขนาด การเรียงธาตุตามสมบัติของอะตอมและแนวโน้มพีรีออดิก[60][141]

จากซ้ายไปขวา: บล็อก-s บล็อก-f บล็อก-d และบล็อก-p ในตารางธาตุ
  โลหะ   กึ่งโลหะ   อโลหะ และ   ธาตุที่ไม่มีกลุ่มตามสมบัติทางเคมี ในตารางธาตุ
การจัดเรียงอิเล็กตรอนตามกฎของแมนเดลัง
กราฟแสดงรัศมีอะตอมของแต่ละธาตุเรียงตามเลขอะตอม[n 4]
พลังงานไอออไนเซชัน: แต่ละคาบ โลหะแอลคาไลจะมีพลังงานน้อยที่สุด และแก๊สมีตระกูลจะมีพลังงานมากที่สุด
กราฟที่แสดงถึงการเพิ่มขึ้นของอิเล็กโทรเนกาติวิตีโดยเรียงตามคาบและหมู่
การจัดเรียงสัมพรรคภาพอิเล็กตรอนตามเลขอะตอม[34] โดยทั่วไปค่าจะเพิ่มขึ้นไปตามคาบ จนกระทั่งค่าจะมีมากที่สุดเมื่อเป็นแฮโลเจน ก่อนที่จะลดลงอย่างรวดเร็วเมื่อเป็นแก๊สมีตระกูล ตัวอย่างเช่น ไฮโดรเจน ซึ่งเป็นโลหะแอลคาไลและธาตุหมู่ 11 ซึ่งต้องการอิเล็กตรอนตัวเดียวเพื่อเติมเต็มวงย่อย s[35]
ตารางธาตุนี้แสดงการค้นพบธาตุเคมีโดยเรียงตามวันที่ค้นพบ
ตารางธาตุของนิวแลนส์ ที่เขาเสนอให้สมาคมเคมีพิจารณา ซึ่งตารางธาตุนี้อยู่บนพื้นฐานของกฎออกเทฟส์
ดมีตรี เมนเดเลเยฟ
ตารางธาตุของเมนเดเลเยฟ
ตารางธาตุของเมนเดเลเยฟในปี พ.ศ. 2414 ซึ่งประกอบไปด้วยหมู่ของธาตุ 8 หมู่ ขีดหมายถึงธาตุที่ยังไม่ถูกค้นพบในเวลานั้น
ตารางธาตุในรูปแบบ 8 คอลัมน์ ซึ่งอัปเดตโดยมีธาตุที่ถูกค้นพบทั้งหมดจนกระทั่ง พ.ศ. 2557
เกลนน์ ที. ซีบอร์ก ผู้ที่เสนอแนะให้ตารางธาตุมีบล็อก-f แถวใหม่ ซึ่งจะเป็นธาตุแอกทิไนด์
ตารางธาตุฉบับ 32 หมู่
ตารางธาตุรูปแบบเกลียวของทีโอดอร์ เบนฟีย์