Period 1 element

Ett element för period 1 är ett av de kemiska beståndsdelarna i den första raden (eller perioden ) i det periodiska systemet för de kemiska beståndsdelarna . Det periodiska systemet är upplagt i rader för att illustrera periodiska (återkommande) trender i grundämnenas kemiska beteende när deras atomnummer ökar: en ny rad påbörjas när det kemiska beteendet börjar upprepas, vilket betyder att analoga element hamnar i samma vertikala kolumner . Den första perioden innehåller färre grundämnen än någon annan rad i tabellen, med bara två: väte och helium . Denna situation kan förklaras av moderna teorier om atomstruktur . I en kvantmekanisk beskrivning av atomstrukturen motsvarar denna period fyllningen av 1s orbital . Element i period 1 lyder duettregeln genom att de behöver två elektroner för att fullborda sitt valensskal .

Väte och helium är de äldsta och vanligaste grundämnena i universum .

Periodiska trender

Alla andra perioder i det periodiska systemet innehåller minst åtta element, och det är ofta bra att överväga periodiska trender över perioden. Period 1 innehåller dock bara två element, så detta begrepp gäller inte här. ^{[ citat behövs ]}

När det gäller vertikala trender nedåt i grupper kan helium ses som en typisk ädelgas i spetsen för IUPAC- gruppen 18 , men som diskuteras nedan är vätets kemi unik och det är inte lätt att tilldela någon grupp.

Position för period 1-element i det periodiska systemet

Det första elektronskalet , $n = 1$ , består av endast en orbital, och det maximala antalet valenselektroner som ett period 1-element kan ta emot är två, båda i 1s orbitalen. Valensskalet saknar "p" eller någon annan sorts orbitaler på grund av den allmänna $l < n -$ begränsningen på kvanttalen . Därför har period 1 exakt två element. Även om både väte och helium finns i s-blocket , beter sig inget av dem på samma sätt som andra s-blockelement. Deras beteende skiljer sig så mycket från de andra s-blockelementen att det råder stor oenighet om var dessa två element ska placeras i det periodiska systemet.

Helt enkelt efter elektronkonfigurationer bör väte (elektronisk konfiguration 1s ¹ ) och helium (1s ² ) placeras i grupperna 1 och 2, ovanför litium (1s ² 2s ¹ ) och beryllium (1s ² 2s ² ). Även om en sådan placering är vanlig för väte, används den sällan för helium utanför sammanhanget för att illustrera elektronkonfigurationerna. Vanligtvis placeras väte i grupp 1 och helium i grupp 18: detta är placeringen som finns på IUPAC:s periodiska system. Vissa variationer kan hittas i båda dessa frågor.

Liksom grupp 1-metallerna har väte en elektron i sitt yttersta skal och förlorar vanligtvis sin enda elektron i kemiska reaktioner. Det har vissa metallliknande kemiska egenskaper, och kan tränga undan vissa metaller från deras salter . Men väte bildar en diatomisk icke-metallisk gas vid standardförhållanden, till skillnad från alkalimetallerna som är reaktiva fasta metaller. Detta och vätes bildning av hydrider , där det får en elektron, för det nära egenskaperna hos halogenerna som gör detsamma (även om det är sällsyntare att väte bildar H ⁻ än H ⁺ ). Dessutom är de två lättaste halogenerna ( fluor och klor ) gasformiga som väte vid standardförhållanden. Vissa egenskaper hos väte passar inte bra för någon av grupperna: väte är varken starkt oxiderande eller starkt reducerande och är inte reaktivt med vatten. Väte har alltså egenskaper som motsvarar både alkalimetallernas och halogenernas egenskaper, men matchar ingendera gruppen perfekt och är därför svår att placera med sin kemi. Därför, medan den elektroniska placeringen av väte i grupp 1 dominerar, visar vissa mer sällsynta arrangemang antingen väte i grupp 17, duplicera väte i både grupp 1 och 17, eller flyter det separat från alla grupper. Möjligheten att "flyta" väte har ändå kritiserats av Eric Scerri , som påpekar att att ta bort det från alla grupper tyder på att det utesluts från den periodiska lagen, då alla grundämnen borde vara föremål för den lagen. Ett fåtal författare har förespråkat mer ovanliga placeringar för väte, såsom grupp 13 eller grupp 14, på grund av trender i joniseringsenergi, elektronaffinitet och elektronegativitet.

Helium är en oreaktiv ädelgas vid standardförhållanden och har ett helt yttre skal: dessa egenskaper liknar ädelgaserna i grupp 18, men inte alls som de reaktiva alkaliska jordartsmetallerna i grupp 2. Därför är helium nästan universellt placerat i grupp 18 som dess egenskaper bäst matchar. Helium har dock bara två yttre elektroner i sitt yttre skal, medan de andra ädelgaserna har åtta; och det är ett s-blockelement, medan alla andra ädelgaser är p-blockelement. Fast helium kristalliserar också i en hexagonal tätpackad struktur, som matchar beryllium och magnesium i grupp 2, men inte de andra ädelgaserna i grupp 18. På dessa sätt matchar helium bättre alkaliska jordartsmetaller. Därför kan tabeller med både väte och helium flytande utanför alla grupper sällan påträffas.

Ett fåtal kemister, som Henry Bent , har förespråkat att den elektroniska placeringen i grupp 2 antas för helium. Denna uppgift finns också i Charles Janets vänsterstegstabell. Argument för detta vilar ofta på den första radens anomaltrenden (s >> p > d > f), som säger att det första elementet i varje grupp ofta beter sig helt annorlunda än de efterföljande: skillnaden är störst i s-blocket (H och He), är måttlig för p-blocket (B till Ne), och är mindre uttalad för d- och f-blocken. Således framstår helium som det första s ² -elementet före jordalkalimetallerna som anomalt på ett sätt som helium som den första ädelgasen inte gör. De normaliserade joniseringspotentialerna och elektronaffiniteterna visar bättre trender med helium i grupp 2 än i grupp 18; helium förväntas vara något mer reaktivt än neon (vilket bryter den allmänna trenden av reaktivitet i ädelgaserna, där de tyngre är mer reaktiva); och förutspådda heliumföreningar saknar ofta neonanaloger även teoretiskt, men har ibland berylliumanaloger.

Element

Kemiskt element			Blockera	Elektronkonfiguration
1	H	Väte	s-block	1s ¹
2	han	Helium	s-block	1s ²

Väte

Väteurladdningsrör

Deuteriumurladdningsrör

Väte (H) är det kemiska elementet med atomnummer 1. Vid standardtemperatur och tryck är väte en färglös, luktlös, icke-metallisk , smaklös, mycket brandfarlig diatomisk gas med molekylformeln H ₂ . Med en atommassa på 1,00794 amu är väte det lättaste grundämnet.

Väte är det vanligaste av de kemiska grundämnena och utgör ungefär 75 % av universums grundämnesmassa. Stjärnor i huvudsekvensen består huvudsakligen av väte i dess plasmatillstånd . Elementärt väte är relativt sällsynt på jorden och tillverkas industriellt av kolväten som metan, varefter det mesta elementärt väte används "fången" (det vill säga lokalt på produktionsplatsen), med de största marknaderna nästan lika fördelade mellan uppgradering av fossila bränslen , t.ex. som hydrokrackning och ammoniakproduktion , mestadels för gödselmarknaden. Väte kan framställas från vatten med hjälp av elektrolysprocessen , men denna process är betydligt dyrare kommersiellt än väteproduktion från naturgas.

Den vanligaste naturligt förekommande isotopen av väte, känd som protium , har en enda proton och inga neutroner . I joniska föreningar kan den anta antingen en positiv laddning, bli en katjon som består av en bar proton, eller en negativ laddning, och bli en anjon som kallas en hydrid . Väte kan bilda föreningar med de flesta grundämnen och finns i vatten och de flesta organiska föreningar . Det spelar en särskilt viktig roll i syra-baskemi , där många reaktioner involverar utbyte av protoner mellan lösliga molekyler. Som den enda neutrala atom för vilken Schrödinger-ekvationen kan lösas analytiskt, har studier av väteatomens energi och spektrum spelat en nyckelroll i utvecklingen av kvantmekaniken .

Vätgasens växelverkan med olika metaller är mycket viktiga inom metallurgi , eftersom många metaller kan utsättas för väteförsprödning , och för att utveckla säkra sätt att lagra det för användning som bränsle. Väte är mycket lösligt i många föreningar som består av sällsynta jordartsmetaller och övergångsmetaller och kan lösas i både kristallina och amorfa metaller. Vätelösligheten i metaller påverkas av lokala förvrängningar eller föroreningar i metallkristallgittret .

Helium

Heliumurladdningsrör

Helium (He) är ett färglöst, luktlöst, smaklöst, ogiftigt, inert monoatomiskt kemiskt grundämne som leder ädelgasserien i det periodiska systemet och vars atomnummer är 2. Dess kok- och smältpunkter är de lägsta bland grundämnena och det existerar bara som en gas förutom under extrema förhållanden.

Helium upptäcktes 1868 av den franske astronomen Pierre Janssen , som först upptäckte ämnet som en okänd gul spektrallinjesignatur i ljus från en solförmörkelse . År 1903 hittades stora reserver av helium i naturgasfälten i USA, som är den i särklass största leverantören av gasen. Ämnet används i kryogenik , i djuphavsandningssystem, för att kyla supraledande magneter , vid heliumdatering , för att blåsa upp ballonger , för att ge lyft i luftskepp och som en skyddsgas för industriella användningar som bågsvetsning och växande kiselskivor . Att andas in en liten volym av gasen ändrar temporärt klangfärgen och kvaliteten på den mänskliga rösten. Beteendet hos flytande helium-4:s två vätskefaser, helium I och helium II, är viktigt för forskare som studerar kvantmekanik och fenomenet superfluiditet i synnerhet, och för dem som tittar på effekterna som temperaturer nära den absoluta nollpunkten har på materia , som t.ex. med supraledning .

Helium är det näst lättaste grundämnet och är det näst vanligaste i det observerbara universum. Mest helium bildades under Big Bang , men nytt helium skapas som ett resultat av kärnfusionen av väte i stjärnor . På jorden är helium relativt sällsynt och skapas av det naturliga sönderfallet av vissa radioaktiva grundämnen eftersom alfapartiklarna som släpps ut består av heliumkärnor . Detta radiogena helium fångas med naturgas i koncentrationer på upp till sju volymprocent, från vilket det extraheras kommersiellt genom en lågtemperaturseparationsprocess som kallas fraktionerad destillation .

Vidare läsning

Bloch, DR (2006). Organisk kemi avmystifierad . McGraw-Hill Professional. ISBN 0-07-145920-0 .