Кіріспе

1-ші қатар элементі – химиялық элементтердің периодтық кестесінің бірінші қатарындағы (немесе периодындағы) химиялық элементтердің бірі. Периодтық кесте элементтердің атомдық саны арта келе, химиялық қасиеттеріндегі периодтық (қайталамалы) үрдістерді көрсету үшін қатарлармен құрылған: химиялық қасиеттер қайталағанда жаңа қатар басталады, яғни ұқсас элементтер бір тік бағанға түседі. Бірінші қатарда кестедегі басқа қатарларға қарағанда аз элемент бар, тек екеу: сутегі және гелий. Бұл жағдайды атом құрылымының қазіргі заманғы теорияларымен түсіндіруге болады. Атом құрылымын кванттық механикалық тұрғыдан қарағанда, бұл қатар 1s орбиталының толуына сәйкес келеді. 1-қатар элементтері дуэт қағидасын сақтайды, олардың сыртқы электрон қабығын толықтыру үшін екі электрон қажет. Сутегі мен гелий – ғаламдағы ең ерте пайда болған және ең көп таралған элементтер.

Мерзімді даму үрдісі

Периодтық кестедегі қалған барлық қатарларда кем дегенде сегіз элемент болады, және қатар бойынша периодтық заңдылықтарды қарастыру көбінесе пайдалы. Дегенмен, 1-қатарда тек екі элемент бар, сондықтан бұл тұжырым осы жерде қолданылмайды. Топтар бойынша вертикальді заңдылықтар тұрғысынан қарағанда, гелийді IUPAC 18-тобының басындағы әдеттегі инерт газ ретінде қарастыруға болады, бірақ сутегінің химиясы ерекше екені және оны кез келген топқа оңай жіктеуге болмайтыны төменде талқыланады.

1-ші кезең элементтерінің кезеңдік кестедегі орны

Бірінші электрон қабығы, 1=[[негізгі кванттық сан]], тек бір орбитальдан тұрады, ал 1-кезең элементі қабылдай алатын валентті электрондардың максималды саны – екеу, олардың екеуі де 1s орбиталында орналасқан. Кванттық сандарға арналған жалпы l < n шектеуіне байланысты валентті қабықта "p" немесе басқа да орбитальдар жоқ. Сондықтан 1-кезеңде дәл екі элемент бар. Сутегі мен гелийдің екеуі де s-блогында болғанымен, олардың ешқайсысы басқа s-блогы элементтеріне ұқсамайды. Олардың мінез-құлқы басқа s-блогы элементтерінен соншалықты ерекшеленеді, осы екі элементті периодтық кестеде қайда орналастыруға қатысты маңызды пікір келіспеушіліктері бар. Электрондық конфигурацияны қарапайым түрде ескере отырып, сутегі (электрондық конфигурациясы 1s1) және гелий (1s2) литийден (1s22s1) және бериллийден (1s22s2) жоғары, 1- және 2-топтарға орналастырылуы керек. Мұндай орналасу сутегі үшін жиі кездеседі, бірақ гелий үшін электрондық конфигурацияларды көрсету мақсатынан басқа жағдайларда сирек қолданылады. Әдетте сутегі 1-топқа, ал гелий 18-топқа орналасады: осы орналасу IUPAC периодтық кестесінде кездеседі. Бұл екі мәселе бойынша да кейбір вариациялар кездесуі мүмкін. Сутегі химиялық реакциялардағы жалғыз электронын жоғалтады. Бірақ сутегі стандартты жағдайларда екі атомды металл емес газ түзеді, алқали металдары керісінше, реактивті қатты металдар болып табылады. Бұл және сутегінің гидридтер құрауы, онда ол электронды қабылдайды, оны галогендердің қасиеттеріне жақындатады, олар да солай істейді. Сонымен қатар, ең жеңіл екі галоген (фтор және хлор) стандартты жағдайларда сутегі сияқты газ күйінде болады. Кейбір авторлар иондану энергиясының, электрондық туыстығының және электротерістігінің тенденцияларына сүйене отырып, сутегіні 13-топқа немесе 14-топқа жатқызуды ұсынды. Сондықтан сутегі мен гелийдің барлық топтардан тысқары орналасқан кестелері сирек кездеседі. Бұл орналасу Чарльз Джанеттің сол жақ қадамдық кестесінде де кездеседі. Мұндай аргументтер көбінесе бірінші қатардағы аномалия тенденциясына негізделген (s >> p > d > f), онда әр топтың бірінші элементі көбінесе келесілерінен өте әртүрлі болып келеді: бұл айырмашылық s-блогында (H және He) ең үлкен, p-блогында (B-ден Ne-ге дейін) орташа, ал d және f-блогында аз байқалады. Осылайша, гелий сілтілік жер металдарынан бұрынғы бірінші s2 элементі ретінде аномалияны көрсетеді, ал гелий алғашқы инертті газ ретінде мұндай ерекшелікке ие емес.

Сутек

Сутек (H) – атомдық нөмірі 1-ге ие химиялық элемент. Стандартты температура және қысымда сутек – түссіз, иіссіз, металл емес, дәмсіз, өте жанғыш, екі атомнан тұратын газ, молекулалық формуласы H2. Атомдық массасы 1.00794 аму болатын сутек – ең жеңіл элемент. Сутек – химиялық элементтердің арасында ең көп таралғаны, ол ғаламның элементтік массасының шамамен 75% құрайды. Негізгі тізбектегі жұлдыздар негізінен плазма күйіндегі сутектен тұрады. Табиғатта элементарлық сутек сирек кездеседі және өнеркәсіптік жолмен метан сияқты көмірсутектерден өндіріледі. Өндірілген сутектің көп бөлігі өндіріс орнында-ақ қолданылады ("қамауда"), ал ең ірі нарықтар шамамен тең бөлінген: қазба отынды жақсарту (мысалы, гидрокрекинг) және аммиак өндірісі, көбінесе тыңайтқыштар үшін. Сутекті электролиз процесі арқылы судан алуға болады, бірақ бұл процесс табиғи газдан сутек өндіруге қарағанда коммерциялық тұрғыдан әлдеқайда қымбат. Сутектің ең көп таралған табиғи изотопы – протий, оның құрамында бір протон және нейтрон жоқ. Иондық қосылыстарда сутек оң заряд алып, жалаңаш протоннан тұратын катионға айналуы немесе теріс заряд алып, гидрид анионына айналуы мүмкін. Сутек көптеген элементтермен қосылыстар құрастырады және су мен көптеген органикалық қосылыстардың құрамына кіреді. Ол қышқыл-негіздік химияда маңызды рөл атқарады, көптеген реакциялар ерітіндідегі молекулалар арасында протон алмасуға байланысты. Шредингер теңдеуін аналитикалық түрде шеше алатын жалғыз бейтарап атом болғандықтан, сутек атомының энергетикасы мен спектрін зерттеу кванттық механиканың дамуына үлкен үлес қосты. Сутектің әртүрлі металдармен өзара әрекеттесуі металлургияда маңызды, өйткені көптеген металдар сутектің әсерінен сынып қалуы мүмкін, сондай-ақ оны отын ретінде пайдалану үшін қауіпсіз сақтау тәсілдерін әзірлеуде маңызды. Сутек сирек кездесетін жер металдары мен өтпелі металдардан тұратын қосылыстарда жақсы ериді және кристаллдық және аморфтық металдарда да еріте алады. Металдардағы сутектің ерігіштігіне металл кристалл торындағы жергілікті бұрмалаулар немесе қоспалар әсер етеді.

Гелий

Гелий (He) – периодтық жүйедегі асыл газдар тобының басында орналасқан, түссіз, иіссіз, дәмсіз, уытты емес, инертті моноатомдық химиялық элемент. Оның атомдық нөмірі 2-ге тең. Гелийдің қайнау және балқу температуралары барлық элементтердің арасында ең төменгі көрсеткіштерді құрайды және ол қалыпты жағдайда тек газ күйінде кездеседі, тек ерекше жағдайларда ғана басқа күйге өтеді. Гелийді 1868 жылы француз астрономы Пьер Жансен ашқан. Ол алғаш рет осы затты күн тұтылуы кезіндегі жарықтағы белгісіз сары спектрлік сызық ретінде байқаған. 1903 жылы АҚШ-тың табиғи газ кендерінде гелийдің ірі қоры табылды, және қазіргі таңда осы ел газды ең көп мөлшерде жеткізіп тұр. Гелий криогеникада, теңіздің түбінде тыныс алу жүйелерінде, жоғары өткізгіштік қабілеті бар магниттерді салқындатуда, гелийлік талдауда, ауа шарларын толтыруда, дирижабльдерге көтергіштік беруде, сондай-ақ доғамен дәнекерлеу және кремний пластиналарын өсіру сияқты өнеркәсіптік мақсаттарда қорғаушы газ ретінде қолданылады. Газдың шағын мөлшерін жұтқанда адам дауысының тембрі мен сапасы уақытша өзгеріп, жоғарырақ дыбысқа ие болады. Сұйық гелий-4-тің екі фазасы – гелий I және гелий II – кванттық механиканы, әсіресе суперфлюидтік құбылысын зерттеуші ғалымдар үшін, сондай-ақ абсолюттік нөлге жақын температураның материяға тигізетін әсерін зерттеушілер үшін маңызды, мысалы, жоғары өткізгіштік сияқты. Гелий – ең жеңіл элементтердің екіншісі және байқалатын ғаламда ең көп таралған элементтердің бірі. Гелийдің көп бөлігі Ұлы жарылыс кезінде пайда болған, бірақ жұлдыздардағы сутегінің ядролық синтезі нәтижесінде де жаңа гелий пайда болады. Жерде гелий салыстырмалы түрде сирек кездеседі және кейбір радиоактивті элементтердің табиғи ыдырауынан пайда болады, себебі шығарылатын альфа бөлшектері гелий ядроларынан тұрады. Бұл радиогенді гелий табиғи газбен бірге көлемнің жеті пайызына дейін шоғырланады, және одан фракциялық дистилляция деп аталатын төмен температурадағы бөліну процесі арқылы коммерциялық жолмен алынады.