Введение
Элемент первого периода периодической таблицы – один из химических элементов, расположенных в первом ряду (или периоде) периодической таблицы химических элементов. Периодическая таблица организована в ряды для демонстрации периодических (повторяющихся) закономерностей в химическом поведении элементов с увеличением их атомного номера: новый ряд начинается, когда химическое поведение начинает повторяться, что означает, что аналогичные элементы оказываются в одних и тех же вертикальных столбцах. Первый период содержит меньше элементов, чем любой другой ряд таблицы – всего два: водород и гелий. Это объясняется современными теориями атомного строения. В квантовомеханическом описании атомного строения этот период соответствует заполнению 1s-орбитали. Элементы первого периода подчиняются правилу дуэта, поскольку для завершения своей валентной оболочки им необходимо два электрона. Водород и гелий – самые старые и наиболее распространенные элементы во Вселенной.
A period 1 element is one of the chemical elements in the first row (or period) of the periodic table of the chemical elements. The periodic table is laid out in rows to illustrate periodic (recurring) trends in the chemical behaviour of the elements as their atomic number increases: a new row is begun when chemical behaviour begins to repeat, meaning that analog elements fall into the same vertical columns. The first period contains fewer elements than any other row in the table, with only two: hydrogen and helium. This situation can be explained by modern theories of atomic structure. In a quantum mechanical description of atomic structure, this period corresponds to the filling of the 1s orbital. Period 1 elements obey the duet rule in that they need two electrons to complete their valence shell. Hydrogen and helium are the oldest and the most abundant elements in the universe.
Периодические тенденции
Все остальные периоды в периодической таблице содержат не менее восьми элементов, и часто бывает полезно рассматривать периодические закономерности внутри периода. Однако первый период содержит только два элемента, поэтому эта концепция здесь неприменима. Что касается вертикальных закономерностей по группам, гелий можно рассматривать как типичный благородный газ в начале группы 18 IUPAC, но, как обсуждается ниже, химия водорода уникальна, и его сложно однозначно отнести к какой-либо группе.
Положение элементов периода 1 в периодической таблице
Первая электронная оболочка, 1=[[основное квантовое число], состоит только из одной орбитали, а максимальное количество валентных электронов, которое может вместить элемент первого периода, равно двум, оба – в орбитали 1s. Валентная оболочка лишена орбиталей "p" или любого другого типа из-за общего ограничения l < n для квантовых чисел. Следовательно, первый период содержит ровно два элемента. Хотя и водород, и гелий находятся в s-блоке, ни один из них не проявляет свойств, аналогичных другим элементам s-блока. Их поведение настолько отличается от других элементов s-блока, что существует значительное разногласие относительно их положения в периодической таблице. Если руководствоваться только электронными конфигурациями, водород (электронная конфигурация 1s1) и гелий (1s2) должны быть помещены в группы 1 и 2, над литием (1s22s1) и бериллием (1s22s2). Такое размещение часто используется для водорода, но редко применяется к гелию вне контекста иллюстрации электронных конфигураций. Обычно водород помещают в группу 1, а гелий – в группу 18: такое расположение представлено в периодической таблице IUPAC. В этом вопросе возможны некоторые вариации. Водород обычно отдает свой единственный электрон в химических реакциях. Однако водород образует двухатомный неметаллический газ при стандартных условиях, в отличие от щелочных металлов, которые являются реакционноспособными твердыми металлами. Кроме того, образование водородом гидридов, в которых он приобретает электрон, сближает его со свойствами галогенов, которые ведут себя аналогичным образом. Более того, два самых легких галогена (фтор и хлор) при стандартных условиях находятся в газообразном состоянии, как и водород. Некоторые авторы предлагают более необычные места для водорода, например, группы 13 или 14, основываясь на тенденциях в энергии ионизации, сродстве к электрону и электроотрицательности. Поэтому таблицы, в которых водород и гелий расположены вне всех групп, встречаются редко. Такое расположение также можно найти в таблице Чарльза Джанетта с левосторонним заполнением. Аргументы в пользу этого часто основываются на аномалии первого ряда (s >> p > d > f), которая утверждает, что первый элемент каждой группы часто ведет себя совершенно иначе, чем последующие: эта разница наиболее заметна в s-блоке (H и He), умеренна в p-блоке (от B до Ne) и менее выражена в d- и f-блоках. Таким образом, гелий как первый элемент с конфигурацией s2 перед щелочноземельными металлами выделяется как аномальный, в отличие от гелия как первого благородного газа.
Водород
Водород (H) — химический элемент с атомным номером 1. При стандартной температуре и давлении водород представляет собой бесцветный, без запаха, неметаллический, безвкусный, легковоспламеняющийся двухатомный газ с молекулярной формулой H2. Имея атомную массу 1,00794 а.е.м., водород является самым лёгким элементом. Водород — наиболее распространённый химический элемент, составляющий примерно 75% элементарной массы Вселенной. Звёзды главной последовательности в основном состоят из водорода в плазменном состоянии. Элементарный водород относительно редко встречается на Земле и производится промышленным способом из углеводородов, таких как метан, после чего большая часть элементарного водорода используется "на месте" (то есть локально на производственной площадке), при этом крупнейшие рынки почти поровну разделены между процессами повышения качества ископаемого топлива, такими как гидрокрекинг, и производством аммиака, главным образом для рынка удобрений. Водород может быть получен из воды с использованием процесса электролиза, но этот процесс значительно дороже в коммерческом плане, чем производство водорода из природного газа. Наиболее распространённый природный изотоп водорода, известный как протий, содержит один протон и не содержит нейтронов. В ионных соединениях он может приобретать как положительный заряд, становясь катионом, состоящим из свободного протона, так и отрицательный заряд, превращаясь в анион, известный как гидрид. Водород способен образовывать соединения с большинством элементов и присутствует в воде и большинстве органических соединений. Он играет особенно важную роль в кислотно-основной химии, где многие реакции включают обмен протонами между растворимыми молекулами. Как единственный нейтральный атом, для которого уравнение Шрёдингера может быть решено аналитически, изучение энергетики и спектра атома водорода сыграло ключевую роль в развитии квантовой механики. Взаимодействие водорода с различными металлами имеет большое значение в металлургии, поскольку многие металлы подвержены водородному охрупчиванию, а также при разработке безопасных способов его хранения для использования в качестве топлива. Водород обладает высокой растворимостью во многих соединениях, состоящих из редкоземельных и переходных металлов, и может растворяться как в кристаллических, так и в аморфных металлах. Растворимость водорода в металлах зависит от локальных искажений или примесей в кристаллической решётке металла.
Гелий
Гелий (He) — бесцветный, без запаха, безвкусный, нетоксичный, инертный моноатомный химический элемент, возглавляющий ряд благородных газов в периодической таблице и имеющий атомный номер 2. Его температуры кипения и плавления являются самыми низкими среди всех элементов, и он существует только в газообразном состоянии, за исключением экстремальных условий. Гелий был открыт в 1868 году французским астрономом Пьером Жансеном, который впервые обнаружил это вещество в виде неизвестной жёлтой спектральной линии в свете солнечного затмения. В 1903 году крупные запасы гелия были обнаружены в месторождениях природного газа в Соединённых Штатах, которые и по сей день являются крупнейшим поставщиком этого газа. Гелий используется в криогенике, в системах дыхания для глубоководных погружений, для охлаждения сверхпроводящих магнитов, в гелиевом датировании, для надувания воздушных шаров, для обеспечения подъёмной силы дирижаблей, а также в качестве защитного газа в промышленных процессах, таких как дуговая сварка и выращивание кремниевых пластин. Вдыхание небольшого объёма газа временно изменяет тембр и качество человеческого голоса. Поведение двух жидких фаз гелия-4, гелия I и гелия II, имеет важное значение для исследователей, изучающих квантовую механику и, в частности, феномен сверхтекучести, а также для тех, кто исследует влияние температур, близких к абсолютному нулю, на материю, например, сверхпроводимость. Гелий — второй по лёгкости элемент и второй по распространённости во наблюдаемой Вселенной. Большая часть гелия образовалась во время Большого взрыва, но новый гелий образуется в результате ядерного синтеза водорода в звёздах. На Земле гелий относительно редок и образуется в результате естественного распада некоторых радиоактивных элементов, поскольку испускаемые альфа-частицы состоят из ядер гелия. Этот радиогенный гелий захватывается вместе с природным газом в концентрациях до семи процентов по объёму, откуда он извлекается в промышленных масштабах с помощью процесса низкотемпературного разделения, называемого фракционной перегонкой.