第1周期元素

第1周期元素元素周期表中第一行(即元素周期)的元素。周期表按原子序数排列,以说明元素的化学行为随原子序数增加的周期性(重复)趋势:当它们的化学行为开始重复时,新的周期开始,这意味着类似元素会排到相同的族。第一周期包括的元素数量比任何周期少,只有两个,也就是。这种情况可以用原子结构的现代理论来解释。在量子力学原子结构的描述中,该周期对应1s轨道的填充。第一周期元素遵守二隅体规则,它们需要两个电子来填满价电子层。

氢和氦是最古老,也是宇宙中最多的元素。

周期性编辑

其它的周期都有至少八个元素,对研究周期内的周期性有时会有用。不过,第1周期元素只有两个元素,因此这个周期性研究不适用于此。

在普通的元素周期表中,氦一般都归类于惰性气体中,也就是 IUPAC 的18族元素。不过氢的化学性质很特殊,不能轻易地被归类为任何一族。[1]

第1周期元素在元素周期表里的位置编辑

第一个电子层n = 1,只有一个电子轨道。因此,第1周期元素的价电子最多只有两个电子,都在1s轨道上。第一个电子层缺少1p或任何其他类型(如:1d)的轨道。这是由于量子数上的一般的l < n约束所导致的。因此,第1周期元素只有两个。尽管氢和氦都是s区元素,它们的性质和其它s区元素很不同。它们的行为与其他s区元素非常不同,以至于在周期表中应将这两个元素放在何处存在很大的分歧。

属于碱金属,被放置在之上。[2]它有时被放在之上[3]之上[3][4],同时放在锂和氟上方(出现两次),[5]或浮在元素周期表上而不归类于任何一族[5]

有着完整的价电子层,所以几乎都放在(是p区元素)之上,属于惰性气体一族。[2]不过,由于外层都有两个电子,氦有时会放在之上。[6]

元素编辑

S區塊
原子序 元素符號 中文名稱 元素分區 電子排布 電子層 備註
1 H 1族、s1 s區 1s1 1 第一個s區元素,也是週期表中第一個元素。
2 He 8族、s2 s區 1s2 1

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氢放电管
 
氘放电管

氢 (H) 是一种化学元素原子序数为 1。在标准情况下,氢是一种无色、无臭、非金属性、无味且极度易燃双原子气体分子式 H2。氢是最轻的元素,原子量 1.00794 amu。[7]

氢是丰度最高的化学元素,占了75%的宇宙原子质量。[8]恒星主序星阶段时的主要成分就是等离子态的氢。自由氢气在地球较稀有,工业制氢气技术方法就是以碳氢化合物如:甲烷为原料制成的。之后,大部分氢气在生产现场直接使用,在化石燃料升级(例如加氢裂化)和的生产(主要用于化肥市场)之间平均分配。氢气也可以由电解水产生,不过成本要比用碳氢化合物为原料的制法高。[9]

天然氢中含量最高的同位素有一个质子且没有中子[10]离子化合物里,它可以被电离成氢正离子,也就是质子或氢负离子,是氢化物中的阴离子。氢可以形成很多化合物,例如和几乎所有的有机化合物[11]酸碱质子理论中,许多反应涉及可溶分子之间的质子交换。这时,氢阳离子起到了特别重要的作用。[12]作为唯一薛定谔方程解析解的中性原子,氢原子的能级和原子光谱的研究在量子力学的发展中起着关键作用。[13]

氢与各种金属的相互作用在冶金中非常重要,因为许多金属会遭受氢脆[14]并需开发安全的方式来储存它作为燃料。[15]氢在许多由稀土金属过渡金属组成的化合物中可溶,[16]也可以溶于晶体无定形体金属中。[17]氢在金属中的溶解度会受到金属晶格中局部变形或杂质的影响。[18]

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氦放电管

氦 (He) 是一种无色、无臭、无味、无毒的惰性单原子元素,是第一个惰性气体原子序数为 2。[19]它的沸点熔点是所有元素中最低的。除了在某些极端条件下,氦都是气体[20]

氦气是由法国天文学家皮埃尔·让森在1868年发现的,他首先发现氦是从日蚀中发现的。[21]在1903年,美国天然气田发现了大量的氦气,这是迄今为止最大的氦气供应源。[22]氦气可用于低温物理学[23]在深海呼吸系统中、[24]冷却超导磁铁、用于氦测年法英语helium dating[25]用于充气气球[26]用于在飞艇中提供升力、[27]以及作为工业用保护气体,例如电弧焊和制作晶片。[28]吸入少量氦气会暂时改变人类声音的音色。[29]液态氦-4的两个流体相(氦I和氦II)的行为对于研究量子力学,特别是超流体的现象的研究人员来说非常重要,[30]以及研究物质的温度接近绝对零度会产生什么影响,例如超导性[31]

氦是第二轻的元素,也是可观测宇宙中第二丰富的元素。[32]大部分氦是从大爆炸产生的,不过氢在恒星核聚变也会产生新的氦。[33]地球,氦是稀有的物质,由放射性元素的阿尔法衰变而成,[34]因为阿尔法粒子就是氦-4的原子核。这些氦被困在天然气里,其中天然气的氦比例可达7%。[35]人们从中可以通过称为分馏的低温分离工艺从中进行萃取。[36]

参考资料编辑

  1. ^ Michael Laing. Where to Put Hydrogen in a Periodic Table?. Foundations of Chemistry. 2006, 9 (2): 127–137. doi:10.1007/s10698-006-9027-5. 
  2. ^ 2.0 2.1 International Union of Pure and Applied Chemistry > Periodic Table of the Elements. IUPAC. [2011-05-01]. 
  3. ^ 3.0 3.1 Cronyn, Marshall W. The Proper Place for Hydrogen in the Periodic Table. Journal of Chemical Education. August 2003, 80 (8): 947–951. Bibcode:2003JChEd..80..947C. doi:10.1021/ed080p947. 
  4. ^ Vinson, Greg. Hydrogen is a Halogen. HydrogenTwo.com. 2008 [January 14, 2012]. (原始内容存档于January 10, 2012). 
  5. ^ 5.0 5.1 Kaesz, Herb; Atkins, Peter. A Central Position for Hydrogen in the Periodic Table. Chemistry International (International Union of Pure and Applied Chemistry). November–December 2003, 25 (6): 14 [January 19, 2012]. 
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外部链接编辑