Первый период периодической системы

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.

Содержание

Элементы

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. [1]

Водород является самым распространённым химическим элементом, составляя примерно 75% от массы всех элементов во Вселенной. [2] 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. [3]

Наиболее распространенный изотоп водорода природного происхождения, известный как протий, имеет один протон и не имеет ни одного нейтрона. [4] 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. [5] Он играет особенно важную роль в химии кислот и оснований, в которой многие реакции представляют собой обмен протонами между молекулами раствора. [6] Поскольку только для нейтрального атома уравнение Шрёдингера может быть решено аналитически, изучение энергетики и спектра атома водорода играет ключевую роль в развитии квантовой механики. [7]

Взаимодействие водорода с различными металлами являются очень важным в металлургии, так как многие металлы испытывают водородное растрескивание, [8] а на повестке дня стоит развивитие безопасных способов хранения водорода и его использование в качестве топлива. [9] Водород обладает высокой растворимостью во многих соединениях редкоземельных и переходных металлов, [10] 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. [11]

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. [12] Его температура кипения и плавления являются самыми низкими среди всех элементов, он существует только в виде газа, за исключением экстремальных условий. [13]

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. [14] В 1903 году большие запасы гелия были найдены на месторождении природного газа в США, на сегодняшний день эта страна является крупнейшим поставщиком этого газа. [15] Гелий используется в криогенной технике, [16] в системах глубоководного дыхания, [17] для охлаждения сверхпроводящих магнитов, в гелиевом датировании, [18] для надувания воздушных шариков, [19] для подъёма дирижаблей, [20] и в качестве защитного газа для промышленных целей, таких как электросварка и выращивание кремниевых пластин. [21] Вдыхая небольшой объём газа, можно на время изменить тембр и качество человеческого голоса. [22] 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, [23] а также для тех, кто исследует эффекты при температурах, близких к абсолютному нулю, например, сверхпроводимость. [24]

Гелий является вторым по лёгкости элементом и вторым по распространённости в наблюдаемой Вселенной. [25] Большинство гелия образовалось во время Большого взрыва, но и новый гелий постоянно создаётся в результате слияния ядер водорода в звездах. [26] На Земле гелий относительно редок, он образуется в результате естественного распада некоторых радиоактивных элементов, [27] 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, [28] из которого он добывается в коммерческих масштабах в процессе низкотемпературной сепарации, называемой фракционной перегонкой. [29]

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.