Элемент периода 1

Период 1 элемент является одним из химических элементов в первом ряду (или период ) в периодической таблице химических элементов . Таблица Менделеева размещена в строках, чтобы проиллюстрировать периодические (повторяющиеся) тенденции в химическом поведении элементов по мере увеличения их атомного номера: новая строка начинается, когда химическое поведение начинает повторяться, что означает, что аналоговые элементы попадают в те же вертикальные столбцы . Первый период содержит меньше элементов, чем любая другая строка в таблице, только два: водород и гелий . Эту ситуацию можно объяснить современными теориями строения атома . В квантовой механикеДля описания атомной структуры этот период соответствует заполнению орбитали 1s . Элементы периода 1 подчиняются правилу дуэта в том смысле, что им нужны два электрона для завершения своей валентной оболочки .

Водород и гелий - самые старые и самые распространенные элементы во Вселенной .

Периодические тенденции [ править ]

Все другие периоды в периодической таблице содержат не менее восьми элементов, и часто бывает полезно учитывать периодические тенденции в течение периода. Однако период 1 содержит только два элемента, поэтому здесь это понятие не применяется. ^{[ необходима цитата ]}

С точки зрения вертикальной тенденции вниз по группам, гелий можно рассматривать как типичный благородный газ во главе группы 18 ИЮПАК , но, как обсуждается ниже, химический состав водорода уникален, и его нелегко отнести к какой-либо группе. ^[1]

Положение элементов периода 1 в периодической таблице [ править ]

Первая электронная оболочка , n = 1 , состоит только из одной орбитали, а максимальное количество валентных электронов, которое может вместить элемент с периодом 1, равно двум, оба на орбитали 1s. В валентной оболочке отсутствует «p» или любой другой вид орбиталей из-за общего ограничения l < n на квантовые числа . Следовательно, в периоде 1 ровно два элемента. Хотя и водород, и гелий находятся в s-блоке, ни один из них не ведет себя аналогично другим элементам s-блока. Их поведение настолько отличается от других элементов s-блока, что существуют значительные разногласия по поводу того, где эти два элемента должны быть помещены в периодической таблице.

Просто следуя электронным конфигурациям, водород (электронная конфигурация 1s ¹ ) и гелий (1s ² ) должны быть помещены в группы 1 и 2, над литием (1s ² 2s ¹ ) и бериллием (1s ² 2s ² ). ^[2] Хотя такое размещение является обычным для водорода, оно редко используется для гелия вне контекста электронных конфигураций: когда благородные газы(тогда называемые «инертными газами») были впервые обнаружены около 1900 года, они были известны как «группа 0», что не отражало никакой химической реакционной способности этих элементов, известной на тот момент, и гелий был помещен в верхнюю часть этой группы, поскольку он разделял крайняя химическая инертность, наблюдаемая во всей группе. Поскольку группа изменила свой формальный номер, многие авторы продолжали относить гелий непосредственно к неону в группе 18; один из примеров такого размещения - действующая таблица IUPAC . ^[3]

Положение водорода в группе 1 достаточно хорошо установлено. Его обычная степень окисления +1, как и для более тяжелых соединений щелочных металлов. Как и литий, он обладает значительной ковалентной химией. ^{[4] [5]} Он может заменять щелочные металлы в типичных структурах щелочных металлов. ^[6] Он способен образовывать сплавообразные гидриды с металлическими связями с некоторыми переходными металлами. ^[7]

Тем не менее, иногда его помещают в другое место. Распространенная альтернатива находится на вершине группы 17 ^[8], учитывая строго одновалентный и в значительной степени неметаллический химический состав водорода, а также строго одновалентный и неметаллический химический состав фтора (в противном случае элемент находится на вершине группы 17). Иногда, чтобы показать, что водород имеет свойства, соответствующие свойствам щелочных металлов и галогенов, его показывают одновременно в верхней части двух столбцов. ^[9] Другое предположение - выше углерода в группе 14: размещенное таким образом, оно хорошо вписывается в тенденции увеличения значений потенциала ионизации и значений сродства к электрону и не слишком далеко от тенденции электроотрицательности, даже если водород не может показать тетравалентность.характерна для более тяжелой группы 14 элементов. ^[10] Наконец, водород иногда помещают отдельно от какой-либо группы; это основано на том, что его общие свойства рассматриваются как достаточно отличающиеся от свойств элементов любой другой группы.

Другой элемент периода 1, гелий, чаще всего помещается в группу 18 с другими благородными газами, поскольку его необычайная инертность чрезвычайно близка к инертности других легких благородных газов - неона и аргона. ^[11] Тем не менее, иногда он также помещается отдельно от какой-либо группы. ^[12] Свойство, которое отличает гелий от остальных благородных газов, состоит в том, что в своей закрытой электронной оболочке гелий имеет только два электрона на внешней электронной орбитали, в то время как остальные благородные газы имеют восемь. Некоторые авторы, такие как Генри Бент (эпоним правления Бента ), Войцех Грохала и Феличе Грандинетти, утверждали, что гелий был бы правильно помещен в группу 2, над бериллием; Таблица с левым шагом Чарльза Джанет также содержит это задание. Нормированные потенциалы ионизации и сродство к электрону показывают лучшие тенденции с гелием в группе 2, чем в группе 18; Ожидается, что гелий будет немного более активным, чем неон (что нарушает общую тенденцию реакционной способности благородных газов, где более тяжелые из них обладают большей реакционной способностью); предсказанные соединения гелия часто не имеют аналогов неона даже теоретически, но иногда имеют аналоги бериллия; а гелий над бериллием лучше соответствует тенденции аномалий первого ряда в таблице (s >> p> d> f). ^{[13] [14] [15]}

Элементы [ править ]

Водород [ править ]

Водород (H) - это 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 H ₂ . С атомной массой 1,00794 а.е.м. водород является самым легким элементом. ^[16]

Водород - самый распространенный из химических элементов, составляющий примерно 75% элементарной массы Вселенной. ^[17] звезды в основной последовательности , в основном состоит из водорода в плазме состоянии. Элементарный водород относительно редко встречается на Земле и промышленно производится из углеводородов, таких как метан, после чего большая часть элементарного водорода используется «в неволе» (то есть локально на производственной площадке), при этом крупнейшие рынки почти поровну разделены между модернизацией ископаемого топлива , например как гидрокрекинг , так и аммиакпроизводство, в основном для рынка удобрений. Водород можно получить из воды с помощью процесса электролиза , но этот процесс значительно дороже с коммерческой точки зрения , чем производство водорода из природного газа. ^[18]

Самый распространенный изотоп водорода природного происхождения , известный как протий , имеет единственный протон и не имеет нейтронов . ^[19] В ионных соединениях он может принимать либо положительный заряд, становясь катионом, состоящим из чистого протона, либо отрицательный заряд, становясь анионом, известным как гидрид . Водород может образовывать соединения с большинством элементов и присутствует в воде и большинстве органических соединений . ^[20] Он играет особенно важную роль в кислотно-щелочной химии., в которых многие реакции включают обмен протонами между растворимыми молекулами. ^[21] Как единственный нейтральный атом, для которого уравнение Шредингера может быть решено аналитически, изучение энергетики и спектра атома водорода сыграло ключевую роль в развитии квантовой механики . ^[22]

Взаимодействие водорода с различными металлами являются очень важным в металлургии , так как многие металлы могут страдать водородное охрупчивание , ^[23] и в разработке безопасных способов ее хранения для использования в качестве топлива. ^[24] Водород хорошо растворим во многих соединениях, состоящих из редкоземельных и переходных металлов ^[25], и может растворяться как в кристаллических, так и в аморфных металлах. ^{[26] На} растворимость водорода в металлах влияют локальные искажения или примеси в кристаллической решетке металла . ^[27]

Гелий [ править ]

Гелий (He) - это бесцветный, без запаха, вкуса, нетоксичный, инертный одноатомный химический элемент, который возглавляет ряд благородных газов в периодической таблице и имеет атомный номер 2. ^[28] Его точки кипения и плавления являются самыми низкими среди всех остальных. элементы, и он существует только в виде газа, за исключением экстремальных условий. ^[29]

Гелий был открыт в 1868 году французским астрономом Пьером Янссеном , который первым обнаружил это вещество как неизвестную сигнатуру желтой спектральной линии в свете солнечного затмения . ^[30] В 1903 году большие запасы гелия были обнаружены на месторождениях природного газа в Соединенных Штатах, которые на сегодняшний день являются крупнейшим поставщиком газа. ^[31] Вещество используется в криогенике , ^[32] в глубоководных дыхательных системах, ^[33] для охлаждения сверхпроводящих магнитов , при датировании гелием , ^[34] для надувания воздушных шаров ,^[35] для обеспечения подъемной силы в дирижаблях , ^[36] и в качестве защитного газа для промышленных целей, таких как дуговая сварка и выращивание кремниевых пластин. ^[37] Вдыхание небольшого объема газа временно изменяет тембр и качество человеческого голоса. ^[38] Поведение двух жидких фаз жидкого гелия-4, гелия I и гелия II, важно для исследователей, изучающих квантовую механику и явление сверхтекучести в частности, ^[39] и для тех, кто изучает эффекты, при которых температуры близки к абсолютному нулю. иметь по делу, например, со сверхпроводимостью . ^[40]

Гелий - второй по легкости элемент и второй по распространенности в наблюдаемой Вселенной. ^[41] Большая часть гелия образовалась во время Большого взрыва , но новый гелий создается в результате ядерного синтеза водорода в звездах . ^[42] На Земле гелий относительно редок и создается в результате естественного распада некоторых радиоактивных элементов ^[43], потому что испускаемые альфа-частицы состоят из ядер гелия . Этот радиогенный гелий улавливается природным газом в концентрациях до семи процентов по объему ^[44].из которого он извлекается в промышленных масштабах с помощью процесса низкотемпературного разделения, называемого фракционной перегонкой . ^[45]

Ссылки [ править ]

Дальнейшее чтение [ править ]

• Блох, Д.Р. (2006). Демистификация органической химии . McGraw-Hill Professional. ISBN 0-07-145920-0.