Pierwiastki pierwszego okresu
Pierwiastek okresu 1 to pierwiastek znajdujący się w pierwszym okresie (rzędzie) układu okresowego. Układ okresowy jest ułożony w rzędach, aby pokazać powtarzające się właściwości pierwiastków. Gdy liczba atomowa wzrasta, pierwiastek ma inne właściwości. Nowy rząd zaczyna się, gdy powtarzają się właściwości chemiczne. Oznacza to, że pierwiastki w tej samej grupie mają podobne właściwości. Pierwszy okres ma mniej pierwiastków niż wszystkie inne okresy w układzie okresowym. W pierwszym okresie znajdują się tylko dwa pierwiastki: wodór i hel. To, dlaczego w pierwszym rzędzie jest mniej pierwiastków, możemy wyjaśnić we współczesnych teoriach budowy atomu. Dzieje się tak dlatego, że w fizyce kwantowej, okres ten wypełnia orbital 1s. Pierwiastki okresu 1 działają zgodnie z zasadą duetu, potrzebują tylko dwóch elektronów, aby uzupełnić swoją powłokę walencyjną. Pierwiastki te mogą posiadać tylko dwa elektrony, oba na orbitalu 1s. Dlatego w okresie 1 mogą występować tylko dwa pierwiastki.
Tendencje okresowe
Ponieważ w okresie 1 występują tylko dwa pierwiastki, nie ma żadnych znaczących trendów okresowych.
|
|
| |
| Wodór | Hel |
Położenie pierwiastków okresu 1 w układzie okresowym
Chociaż zarówno wodór jak i hel należą do bloku s, nie zachowują się podobnie do innych pierwiastków bloku s. Istnieje spór o to, gdzie te dwa pierwiastki powinny być umieszczone w układzie okresowym.
Wodór
Pozycja wodoru jest czasem nad litem, czasem nad węglem, czasem nad fluorem, czasem nad litem i fluorem (pojawia się dwa razy), lub unosi się nad innymi pierwiastkami i nie należy do żadnej grupy w układzie okresowym.
Hel
Pozycja helu jest prawie zawsze powyżej neonu (który jest w bloku p) w układzie okresowym, ponieważ jest to gaz szlachetny. Jednak czasami jego pozycja jest powyżej berylu, ponieważ mają one podobną konfigurację elektronową.
Pierwiastki w okresie 1
| Seria chemiczna | ||||
| 1 | H | Niemetal | 1s1 | |
| 2 | On | 1s2 | ||
Wodór
Wodór (symbol:H) jest pierwiastkiem chemicznym. Jego liczba atomowa wynosi 1. W standardowej temperaturze i ciśnieniu wodór nie ma koloru, zapachu ani smaku. Należy do niemetali i jest bardzo łatwopalny. Jest to gaz dwuatomowy o wzorze cząsteczkowym H2. Jego masa atomowa wynosi 1,00794 amu, co czyni wodór najlżejszym pierwiastkiem.
Wodór jest najobficiej występującym pierwiastkiem chemicznym. Obfitość wodoru wynosi około 75%. Gwiazdy w ciągu głównym składają się głównie z wodoru w stanie plazmy. Jednak na Ziemi wodoru jest mniej. Dlatego wodór jest produkowany przemysłowo z węglowodorów (np. metanu). Wodór pierwiastkowy zużywamy lokalnie w miejscu produkcji. Największe rynki są prawie równo podzielone pomiędzy uszlachetnianie paliw kopalnych, takie jak hydrokraking, i produkcję amoniaku, głównie na rynek nawozów. Wodór może być produkowany z wody w procesie elektrolizy, ale proces ten jest znacznie droższy komercyjnie niż produkcja wodoru z gazu ziemnego.
Najpowszechniej występujący w przyrodzie izotop wodoru, znany jako prot, ma jeden proton i nie posiada neutronów. W związkach jonowych może on przyjmować ładunek dodatni, stając się kationem złożonym z jednego protonu, lub ładunek ujemny, stając się anionem znanym jako wodorek. Wodór może tworzyć związki z większością pierwiastków, jest obecny w wodzie i większości związków organicznych. Odgrywa on szczególnie ważną rolę w chemii kwasowo-zasadowej, w której wiele reakcji polega na wymianie protonów między rozpuszczalnymi cząsteczkami. Jako jedyny neutralny atom, dla którego równanie Schrödingera może być rozwiązane analitycznie, badanie energii i widma atomu wodoru odegrało kluczową rolę w rozwoju mechaniki kwantowej.
Interakcje wodoru z różnymi metalami są bardzo ważne w metalurgii, ponieważ wiele metali może ulec kruchości wodorowej, a także przy opracowywaniu bezpiecznych sposobów przechowywania wodoru w celu wykorzystania go jako paliwa. Wodór jest bardzo dobrze rozpuszczalny w wielu związkach chemicznych zawierających metale ziem rzadkich i metale przejściowe i może być rozpuszczony zarówno w metalach krystalicznych jak i amorficznych. Na rozpuszczalność wodoru w metalach wpływają lokalne zniekształcenia lub zanieczyszczenia w sieci krystalicznej metalu.
Hel
Hel (He) to bezbarwny, bezwonny, bez smaku, nietoksyczny, obojętny, monatomowy pierwiastek chemiczny, który stoi na czele szeregu gazów szlachetnych w układzie okresowym, a jego liczba atomowa wynosi 2. Jego temperatury wrzenia i topnienia są najniższe wśród pierwiastków, a on sam istnieje tylko jako gaz, z wyjątkiem ekstremalnych warunków.
Hel został odkryty w 1868 roku przez francuskiego astronoma Pierre'a Janssena, który po raz pierwszy wykrył tę substancję jako nieznaną sygnaturę żółtej linii widmowej w świetle pochodzącym z zaćmienia Słońca. W 1903 r. odkryto duże zasoby helu w złożach gazu ziemnego w Stanach Zjednoczonych, które są zdecydowanie największym dostawcą tego gazu. Substancja ta jest wykorzystywana w kriogenice, w głębinowych systemach oddechowych, do chłodzenia magnesów nadprzewodzących, w datowaniu helowym, do nadmuchiwania balonów, do zapewniania wysokości sterowcom, a także jako gaz ochronny w zastosowaniach przemysłowych, takich jak spawanie łukowe czy obróbka płytek krzemowych. Wdychanie niewielkiej ilości tego gazu tymczasowo zmienia barwę i jakość ludzkiego głosu. Zachowanie dwóch faz ciekłego helu-4, helu I i helu II, jest ważne dla naukowców badających mechanikę kwantową, a w szczególności zjawisko nadciekłości, a także dla tych, którzy badają wpływ temperatury bliskiej zera bezwzględnego na materię, np. w przypadku nadprzewodnictwa.
Hel jest drugim najlżejszym pierwiastkiem i drugim pod względem liczebności w obserwowalnym wszechświecie. Większość helu powstała podczas Wielkiego Wybuchu, ale nowy hel jest tworzony w wyniku fuzji jądrowej wodoru w gwiazdach. Na Ziemi hel jest stosunkowo rzadki i powstaje w wyniku naturalnego rozpadu niektórych pierwiastków promieniotwórczych, ponieważ emitowane cząstki alfa składają się z jąder helu. Ten promieniotwórczy hel jest uwięziony w gazieziemnym w stężeniu do siedmiu procent objętości, z którego jest pozyskiwany w celach komercyjnych w procesie niskotemperaturowej separacji zwanym destylacją frakcyjną.
Rura odprowadzająca wodór
Rura wyładowcza deuteru
Rura wyładowcza helu
Pytania i odpowiedzi
P: Co to jest element okresu 1?
O: Pierwiastek okresu 1 to pierwiastek znajdujący się w pierwszym rzędzie układu okresowego.
P: Jak ułożone są pierwiastki w układzie okresowym?
O: Pierwiastki w układzie okresowym są ułożone w rzędach, aby pokazać powtarzające się właściwości pierwiastków. Wraz ze wzrostem liczby atomowej pojawiają się inne właściwości. Nowy rząd zaczyna się, gdy właściwości chemiczne powtarzają się, a pierwiastki w obrębie grupy mają podobne właściwości.
P: Ile pierwiastków znajduje się w okresie 1?
O: W okresie 1 są tylko dwa pierwiastki - wodór i hel.
P: Dlaczego w okresie 1 jest mniej pierwiastków niż w innych okresach?
O: Można to wytłumaczyć nowoczesnymi teoriami budowy atomu, które mówią, że okres ten wypełnia orbital 1s i przestrzega zasady duetu, co oznacza, że potrzebuje tylko dwóch elektronów, aby uzupełnić swoją powłokę walencyjną, więc może posiadać tylko dwa elektrony na orbitalu 1s. Dlatego może mieć tylko dwa pierwiastki.
P: Co fizyka kwantowa wyjaśnia na temat okresu 1?
O: Fizyka kwantowa wyjaśnia, dlaczego w okresie 1 jest mniej pierwiastków niż w innych okresach - jest tak dlatego, że wypełnia on orbital 1s i działa zgodnie z zasadą duetu, co oznacza, że potrzebuje tylko dwóch elektronów do uzupełnienia swojej powłoki walencyjnej, więc może posiadać tylko dwa elektrony na orbitalu 1s.
P: Co oznacza "reguła duetu"?
O: Zasada duetu oznacza, że pierwiastek okresu pierwszego potrzebuje tylko dwóch elektronów, aby skompletować swoją powłokę walencyjną, więc może posiadać tylko dwa elektrony w orbitalu 1s.
P: Co się dzieje, gdy właściwości chemiczne powtarzają się? O: Gdy właściwości chemiczne powtarzają się, w układzie okresowym zaczyna się nowy rząd, ponieważ wraz ze wzrostem liczby atomowej pojawiają się inne właściwości.
