Období 1 prvek - Period 1 element

A období 1 prvek jeden z chemické prvky v první řadě (nebo doba ) z periodická tabulka chemických prvků. Periodická tabulka je rozložena do řádků, aby ilustrovala periodické (opakující se) trendy v chemickém chování prvků, jak se zvyšuje jejich atomové číslo: nový řádek je zahájen, když se chemické chování začne opakovat, což znamená, že analogové prvky spadají do stejných vertikálních sloupců . První období obsahuje méně prvků než kterýkoli jiný řádek v tabulce, pouze dva: vodík a hélium. Tuto situaci lze vysvětlit moderními teoriemi atomová struktura. V kvantově mechanické popis atomové struktury, toto období odpovídá naplnění 1 s na oběžné dráze. Prvky období 1 se řídí duetové pravidlo v tom, že potřebují dva elektrony k dokončení jejich valenční skořápka.

Vodík a hélium jsou Nejstarší a nejhojnější prvky v vesmír.

Periodické trendy

Všechna ostatní období v periodické tabulce obsahují alespoň osm prvků a je často užitečné je zvážit periodické trendy za celé období. Období 1 však obsahuje pouze dva prvky, takže zde tento koncept neplatí.^{[Citace je zapotřebí ]}

Pokud jde o vertikální trendy směrem dolů, lze helium považovat za typické ušlechtilý plyn v čele IUPAC skupina 18, ale jak je uvedeno níže, chemie vodíku je jedinečná a nelze ji snadno přiřadit žádné skupině.^[1]

Pozice prvků období 1 v periodické tabulce

První elektronový obal, n = 1, se skládá pouze z jedné oběžné dráhy a maximálního počtu valenční elektrony že prvek 1 období může pojmout, jsou dva, oba na orbitálu 1 s. Valenční schránce chybí „p“ nebo jakýkoli jiný druh orbitalů kvůli Všeobecné l < n omezení na kvantová čísla. Období 1 má tedy přesně dva prvky. Ačkoli vodík i hélium jsou v s-blok, ani jeden z nich se nechová podobně jako ostatní prvky s-bloku. Jejich chování je tak odlišné od ostatních prvků s-bloku, že existuje značná neshoda ohledně místa, kde by tyto dva prvky měly být umístěny v periodické tabulce.

Jednoduše sledujte elektronové konfigurace, vodík (elektronická konfigurace 1 s¹) a hélium (1 s.)²) by měly být umístěny do skupin 1 a 2 nad lithium (1 s.)²2 s¹) a berylium (1 s.)²2 s²).^[2] I když je takové umístění u vodíku běžné, zřídka se pro helium používá mimo kontext elektronových konfigurací: Když vzácné plyny (tehdy nazývané „inertní plyny“) byly poprvé objeveny kolem roku 1900, byly známy jako „skupina 0“, což neodráželo žádnou chemickou reaktivitu těchto prvků známých v tomto bodě, a na tuto skupinu bylo umístěno helium, protože extrémní chemická inertnost pozorovaná v celé skupině. Jak skupina změnila své formální číslo, mnoho autorů pokračovalo v přidělování helia přímo nad neon, ve skupině 18; jedním z příkladů takového umístění je proud IUPAC stůl.^[3]

Pozice vodíku ve skupině 1 je přiměřeně dobře ustálená. Jeho obvyklý oxidační stav je +1, jako je tomu u jeho těžších kongenerů alkalických kovů. Stejně jako lithium má významnou kovalentní chemii.^[4][5]Může zastupovat alkalické kovy v typických strukturách alkalických kovů.^[6] Je schopen tvořit hydridy podobné slitinám s kovovými vazbami s některými přechodnými kovy.^[7]

Někdy je však umístěn jinde. Běžná alternativa je na vrcholu skupiny 17^[8] vzhledem k přísně univalentní a převážně nekovové chemii vodíku a přísně univalentní a nekovové chemii fluoru (prvek jinak v horní části skupiny 17). Někdy, aby se prokázalo, že vodík má vlastnosti odpovídající jak vlastnostem alkalických kovů, tak halogenů, je uveden v horní části obou sloupců současně.^[9] Další návrh je nad uhlík ve skupině 14: takto umístěný dobře zapadá do trendů zvyšování hodnot ionizačního potenciálu a hodnot elektronové afinity a není příliš daleko od trendu elektronegativity, i když vodík nemůže ukázat tetravalence charakteristika těžší skupiny 14 prvků.^[10] Nakonec je vodík někdy umístěn odděleně od jakékoli skupiny; toto je založeno na tom, že jeho obecné vlastnosti jsou považovány za dostatečně odlišné od vlastností prvků v jakékoli jiné skupině.

Druhý prvek období 1, helium, je nejčastěji zařazen do skupiny 18 s ostatními vzácnými plyny, protože jeho mimořádná inertnost je extrémně blízká ostatním lehkým vzácným plynům neon a argon.^[11] Nicméně je také občas umístěno odděleně od jakékoli skupiny.^[12] Vlastností, která odlišuje helium od zbytku vzácných plynů, je to, že ve svém uzavřeném elektronovém obalu má helium pouze dva elektrony v nejvzdálenější elektronové oběžné dráze, zatímco zbytek vzácných plynů má osm. Někteří autoři, jako např Henry Bent (eponym Bentovo pravidlo ), Wojciech Grochala, a Felice Grandinetti, argumentovali, že helium by bylo správně umístěno do skupiny 2, nad berylium; Toto přiřazení obsahuje také tabulka levého kroku Charlese Janet. Normalizované ionizační potenciály a elektronové afinity vykazují lepší trendy s heliem ve skupině 2 než ve skupině 18; Očekává se, že hélium bude o něco reaktivnější než neon (což narušuje obecný trend reaktivity v drahých plynech, kde jsou těžší reaktivnější); předpokládané sloučeniny hélia často postrádají analoga neonů i teoreticky, ale někdy mají analogy berylia; a helium nad beryliem lépe sleduje trend anomálií v první řadě v tabulce (s >> p> d> f).^[13][14][15]

Elementy

Vodík

Vodíková výbojka

Výbojka deuteria

Vodík (H) je chemický prvek s protonové číslo 1. v standardní teplota a tlak, vodík je bezbarvý, bez zápachu, nekovový, bez chuti, velmi hořlavý křemelina plyn s molekulární vzorec H₂. S atomová hmotnost z 1,00794 amu je vodík nejlehčím prvkem.^[16]

Vodíku je nejvíce hojný chemických prvků, které tvoří zhruba 75% elementární hmotnosti vesmíru.^[17] Hvězdy v hlavní sekvence jsou převážně složeny z vodíku v jeho plazma Stát. Elementární vodík je relativně vzácný Země, a je průmyslově vyráběn z uhlovodíky jako je metan, po kterém se většina elementárního vodíku používá „v zajetí“ (tj. lokálně v místě výroby), přičemž největší trhy jsou téměř rovnoměrně rozděleny mezi fosilní palivo upgrade, jako např hydrokrakování, a amoniak produkce, zejména pro trh s hnojivy. Vodík lze vyrábět z vody postupem elektrolýza, ale tento proces je komerčně podstatně dražší než výroba vodíku ze zemního plynu.^[18]

Nejběžnější přirozeně se vyskytující izotop vodíku, známého jako protium, má singl proton a žádná neutrony.^[19] v iontové sloučeniny, může mít kladný náboj a stát se kation složený z holého protonu nebo záporného náboje, který se stává an anion známý jako hydrid. Vodík může tvořit sloučeniny s většinou prvků a je přítomen v voda a většina organické sloučeniny.^[20] Hraje obzvláště důležitou roli v acidobazická chemie, ve kterém mnoho reakcí zahrnuje výměnu protonů mezi rozpustnými molekulami.^[21] Jako jediný neutrální atom, pro který Schrödingerova rovnice lze řešit analyticky, studium energetiky a spektrum atomu vodíku hraje klíčovou roli ve vývoji kvantová mechanika.^[22]

Interakce vodíku s různými kovy jsou velmi důležité hutnictví, protože mnoho kovů může trpět vodíková křehkost,^[23] a při vývoji bezpečných způsobů jeho skladování pro použití jako palivo.^[24] Vodík je vysoce rozpustný v mnoha sloučeninách složených z kovy vzácných zemin a přechodné kovy^[25] a lze je rozpustit v obou krystalický a amorfní kovy.^[26] Rozpustnost vodíku v kovech je ovlivněna místními deformacemi nebo nečistotami v kovu krystalová mříž.^[27]

Hélium

Heliová výbojka

Helium (He) je bezbarvý, bez zápachu, bez chuti, netoxický, inertní monatomický chemický prvek, který stojí v čele ušlechtilý plyn série v periodická tabulka a jehož protonové číslo je 2.^[28] Své vařící a tání body jsou nejnižší mezi prvky a existuje pouze jako a plyn s výjimkou extrémních podmínek.^[29]

Helium bylo objeveno v roce 1868 francouzským astronomem Pierre Janssen, SZO poprvé zjištěno látku jako neznámou žlutou spektrální čára podpis ve světle z zatmění Slunce.^[30] V roce 1903 byly na ostrově nalezeny velké zásoby helia pole zemního plynu Spojených států, které jsou zdaleka největším dodavatelem plynu.^[31] Látka se používá v kryogenika,^[32] v hlubinných dýchacích systémech,^[33] zchladit supravodivé magnety, v helium chodit s někým,^[34] na nafukování balónky,^[35] za poskytnutí výtahu vzducholodi,^[36] a jako ochranný plyn pro průmyslová použití, jako je obloukové svařování a roste křemík oplatky.^[37] Vdechování malého objem plynu dočasně mění zabarvení a kvalitu lidského hlasu.^[38] Chování dvou tekutých fází kapalného helia-4, helia I a helia II, je důležité pro výzkumné pracovníky kvantová mechanika a fenomén nadbytečnost zejména,^[39] a těm, kteří se dívají na účinky, které se teploty blíží absolutní nula mít na hmota, například s supravodivost.^[40]

Hélium je druhým nejlehčím prvkem a je druhým nejvíce hojný v pozorovatelném vesmíru.^[41] Většina hélia byla vytvořena během Velký třesk, ale nové helium se vytváří v důsledku jaderná fůze vodíku v hvězdy.^[42] Na Země, helium je relativně vzácné a je vytvářeno přírodou rozklad některých radioaktivních prvků^[43] protože částice alfa emitované se skládají z helia jádra. Toto radiogenní helium je zachyceno zemní plyn v koncentracích až sedm objemových procent,^[44] ze kterého se komerčně extrahuje nízkoteplotním separačním procesem zvaným frakční destilace.^[45]

Reference

Další čtení

• Bloch, D. R. (2006). Demystifikovaná organická chemie. McGraw-Hill Professional. ISBN  0-07-145920-0.