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Teoria dei quanti

In seguito allo sviluppo della teoria dei quanti, introdotta da Max Planck e applicata alla struttura atomica dal fisico danese Niels Bohr, è stato possibile trovare una precisa giustificazione per molti dei dettagli strutturali che emergono dalla tavola periodica degli elementi. Secondo la teoria quantistica, ogni elettrone è caratterizzato da quattro numeri quantici, relativi alle grandezze fisiche che descrivono il suo moto orbitale intorno al nucleo. In base alle leggi di selezione che definiscono i numeri quantici e al principio di esclusione di Wolfgang Pauli (secondo il quale due elettroni non possono condividere il medesimo insieme di numeri quantici) si può determinare teoricamente il numero massimo di particelle che possono occupare un livello elettronico. Questi calcoli hanno confermato le conclusioni già dedotte dalla semplice osservazione della disposizione degli elementi nella tavola periodica.

Ulteriori sviluppi della teoria quantistica hanno giustificato anche il fatto che alcuni elementi siano incompleti solo nel loro livello più esterno (quello di valenza), mentre altri posseggono anche alcuni gusci più interni incompleti. In quest'ultima categoria si ritrova il gruppo degli elementi appartenenti alla serie dei lantanidi, caratterizzati da proprietà chimiche molto simili: sono comunemente noti con il nome di terre rare, a causa della scarsa presenza dei loro minerali in natura.