Первый период периодической системы

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

К пе́рвому пери́оду периоди́ческой систе́мы относятся элементы первой строки (или первого периода) периодической системы химических элементов. Строение периодической таблицы основано на строках для иллюстрации повторяющихся (периодических) трендов в химических свойствах элементов при увеличении атомного числа: новая строка начинается тогда, когда химические свойства повторяются, что означает попадание элементов с аналогичными свойствами в тот же вертикальный столбец. Первый период содержит меньше всего элементов (их всего два: водород и гелий) по сравнению с другими строками таблицы. Данное положение объясняется современной теорией строения атома.

Периодические особенности[править | править вики-текст]

К каждому периоду в периодической таблице химических элементов относятся как минимум 8 элементов, и это позволяет найти определённый периодический закон периода. Однако 1-й период содержит только 2 элемента, so this concept does not apply here.

Гелий является благородным газом и относится к 18-й группе, принадлежащей благородным газам. А водород, как сказано ниже, имеет уникальные свойства и поэтому его трудно распределить в какую-либо группу. Именно поэтому его часто изображают на разных позициях.[⇨]

Позиции элементов первого периода в таблице[править | править вики-текст]

Хотя и водород, и гелий, относятся к s-блоку, ни к одному из них невозможно найти элемент из этого же блока с похожими свойствами.

Водород иногда ставят над литием,[1] углеродом,[2] фтором,[2][3]. В некоторых вариантах таблицы водород вообще появлялся дважды - над литием и фтором[4] или же этот элемент вообще ставят над всеми элементами и не распределяется ни в одну из групп.[4] периодической таблицы.

Гелий же почти всегда стоит над неоном (принадлежащему p-блоку) в столбец, принадлежащему группе благородных газов[1]. Однако время от времени гелий ставили над бериллием ввиду одинаковых конфигураций расположения электронов.[5]


Элементы[править | править вики-текст]

Химический элемент Группа Электронная конфигурация
1 H Водород Неметалл 1s1
2 He Гелий Благородный газ 1s2

Водород[править | править вики-текст]

Водородная спектральная разрядная трубка
Дейтериевая спектральная разрядная трубка

Водород (Н) является химическим элементом с атомным номером 1. При нормальной температуре и давлении водород представляет собой легковоспламеняющийся двухатомный газ без цвета, запаха и вкуса, неметалл, с молекулярной формулой H2. Водород является самым лёгким элементом с атомной массой 1,00794 а.е.м.[6]

Водород является самым распространённым химическим элементом, составляя примерно 75 % от массы всех элементов во Вселенной.[7] Звёзды в главной последовательности в основном состоят из водорода в состояние плазмы. В элементарном состоянии водород является относительно редким элементом на Земле, поэтому в промышленных масштабах он производится из таких углеводородов, как метан. Большинство элементарного водорода используется «немедленно» (имеется в виду локально на производственной площадке), крупнейшими почти равными рынками являются переработка ископаемого топлива, например, гидрокрекинг, и производство аммиака, в основном для рынка удобрений. Водород можно получить также из воды с помощью процесса электролиза, но при этом производство водорода получается коммерчески значительно дороже, чем из природного газа.[8]

Наиболее распространенный изотоп водорода природного происхождения, известный как протий, имеет один протон и не имеет ни одного нейтрона.[9] В ионных соединениях он может либо получить положительный заряд, став катионом, состоящим из одного протона, либо приобрести отрицательный заряд, став анионом, известным как гидрид. Водород может вступать в соединения с большинством элементов, он присутствует в воде и в большинстве органических веществ.[10] Он играет особенно важную роль в химии кислот и оснований, в которой многие реакции представляют собой обмен протонами между молекулами раствора.[11] Поскольку только для нейтрального атома уравнение Шрёдингера может быть решено аналитически, изучение энергетики и спектра атома водорода играет ключевую роль в развитии квантовой механики.[12]

Взаимодействие водорода с различными металлами являются очень важным в металлургии, так как многие металлы испытывают водородное растрескивание,[13] а на повестке дня стоит развивитие безопасных способов хранения водорода и его использование в качестве топлива.[14] Водород обладает высокой растворимостью во многих соединениях редкоземельных и переходных металлов,[15] при этом он может растворяться как в кристаллических, так и в аморфных металлах. Растворимость водорода меняется при наличии локальных повреждений кристаллической решетки металла или при наличии примесей.[16]

Гелий[править | править вики-текст]

Гелиевая спектральная разрядная трубка


Гелий (He) является одноатомным инертным химическим элементом с атомным номером 2, без цвета, вкуса и запаха, нетоксичным, стоящим в начале группы благородных газов в периодической таблице.[17] Его температура кипения и плавления являются самыми низкими среди всех элементов, он существует только в виде газа, за исключением экстремальных условий.[18]

Гелий был открыт в 1868 году французский астроном Пьером Жансеном, который первым обнаружил этот элемент по наличию неизвестной ранее жёлтой спектральной линии солнечного света во время солнечного затмения.[19] В 1903 году большие запасы гелия были найдены на месторождении природного газа в США, на сегодняшний день эта страна является крупнейшим поставщиком этого газа.[20] Гелий используется в криогенной технике,[21] в системах глубоководного дыхания,[22] для охлаждения сверхпроводящих магнитов, в гелиевом датировании,[23] для надувания воздушных шариков,[24] для подъёма дирижаблей,[25] и в качестве защитного газа для промышленных целей, таких как электросварка и выращивание кремниевых пластин.[26] Вдыхая небольшой объём газа, можно на время изменить тембр и качество человеческого голоса.[27] Поведение жидкого гелия-4 в двух жидких фазах гелий I и гелий II имеет важное значение для исследователей, изучающих квантовую механику и явления сверхтекучести в частности,[28] а также для тех, кто исследует эффекты при температурах, близких к абсолютному нулю, например, сверхпроводимость.[29]

Гелий является вторым по лёгкости элементом и вторым по распространённости в наблюдаемой Вселенной.[30] Большинство гелия образовалось во время Большого взрыва, но и новый гелий постоянно создаётся в результате слияния ядер водорода в звездах.[31] На Земле гелий относительно редок, он образуется в результате естественного распада некоторых радиоактивных элементов,[32] потому что альфа-частицы, которые при этом испускаются, состоят из ядер гелия. Этот радиогенный гелий улавливается в составе природного газа в концентрациях до семи процентов от объема,[33] из которого он добывается в коммерческих масштабах в процессе низкотемпературной сепарации, называемой фракционной перегонкой.[34]

В традиционном изображении периодической таблицы гелий находится над неоном, что отражает его статус благородного газа, однако иногда, как, например, в таблице Менделеева Джанета, он находится над бериллием, что отражает строение его электронной конфигурации.

Примечания[править | править вики-текст]

  1. 1 2 International Union of Pure and Applied Chemistry > Periodic Table of the Elements. IUPAC. Проверено 1 мая 2011.
  2. 1 2 Cronyn, Marshall W. (August 2003). «The Proper Place for Hydrogen in the Periodic Table». Journal of Chemical Education 80 (8): 947–951. DOI:10.1021/ed080p947. Bibcode2003JChEd..80..947C.
  3. Vinson, Greg. Hydrogen is a Halogen. HydrogenTwo.com (2008). Проверено 14 января 2012.
  4. 1 2 (November–December 2003) «A Central Position for Hydrogen in the Periodic Table». Chemistry International (International Union of Pure and Applied Chemistry) 25 (6): 14. Проверено January 19, 2012.
  5. Winter, Mark. Janet periodic table. WebElements (1993–2011). Проверено 19 января 2012.
  6. Hydrogen – Energy. Energy Information Administration.
  7. Palmer, David Hydrogen in the Universe. NASA (November 13, 1997).
  8. Staff. Hydrogen Basics — Production. Florida Solar Energy Center (2007).
  9. Sullivan, Walter. Fusion Power Is Still Facing Formidable Difficulties, The New York Times (11 марта 1971).
  10. "hydrogen", Encyclopædia Britannica, 2008 
  11. Eustis, S. N. (2008-02-15). «Electron-Driven Acid-Base Chemistry: Proton Transfer from Hydrogen Chloride to Ammonia». Science 319 (5865): 936–939. DOI:10.1126/science.1151614. PMID 18276886.
  12. "Time-dependent Schrödinger equation", Encyclopædia Britannica, 2008 
  13. Rogers, H. C. (1999). «Hydrogen Embrittlement of Metals». Science 159 (3819): 1057–1064. DOI:10.1126/science.159.3819.1057. PMID 17775040.
  14. Christensen, C. H., Nørskov, J. K.; Johannessen, T.. Making society independent of fossil fuels — Danish researchers reveal new technology, Technical University of Denmark (July 9, 2005).
  15. Takeshita, T.; Wallace, W.E.; Craig, R.S. (1974). «Hydrogen solubility in 1:5 compounds between yttrium or thorium and nickel or cobalt». Inorganic Chemistry 13 (9): 2282–2283. DOI:10.1021/ic50139a050.
  16. Kirchheim, R. (1988). «Hydrogen solubility and diffusivity in defective and amorphous metals». Progress in Materials Science 32 (4): 262–325. DOI:10.1016/0079-6425(88)90010-2.
  17. Helium: the essentials. WebElements.
  18. Helium: physical properties. WebElements.
  19. Pierre Janssen. MSN Encarta.
  20. Theiss, Leslie. Where Has All the Helium Gone?. Bureau of Land Management (18 января 2007).
  21. Timmerhaus, Klaus D. Cryogenic Engineering: Fifty Years of Progress. — Springer. — ISBN 0-387-33324-X.
  22. Copel, M. (September 1966). «Helium voice unscrambling». Audio and Electroacoustics 14 (3): 122–126. DOI:10.1109/TAU.1966.1161862.
  23. "helium dating", Encyclopædia Britannica, 2008 
  24. Brain, Marshall. How Helium Balloons Work. How Stuff Works.
  25. Jiwatram, Jaya. The Return of the Blimp. Popular Science (10 июля 2008).
  26. (2005-02-01) «When good GTAW arcs drift; drafty conditions are bad for welders and their GTAW arcs.». Welding Design & Fabrication.
  27. Montgomery, Craig. Why does inhaling helium make one's voice sound strange?. Scientific American (4 сентября 2006).
  28. Probable Discovery Of A New, Supersolid, Phase Of Matter. Science Daily (3 сентября 2004).
  29. Browne, Malcolm W.. Scientists See Peril In Wasting Helium; Scientists See Peril in Waste of Helium, The New York Times (21 августа 1979).
  30. Helium: geological information. WebElements.
  31. Cox, Tony. Origin of the chemical elements. New Scientist (3 февраля 1990).
  32. Helium supply deflated: production shortages mean some industries and partygoers must squeak by., Houston Chronicle (5 ноября 2006).
  33. Brown, David. Helium a New Target in New Mexico. American Association of Petroleum Geologists (2 февраля 2008).
  34. Voth, Greg. Where Do We Get the Helium We Use?, The Science Teacher (1 декабря 2006).

Ссылки[править | править вики-текст]