Elemento del período 1

Un elemento del período 1 es uno de los elementos químicos de la primera fila (o período) de la tabla periódica de los elementos químicos. La tabla periódica se presenta en filas para ilustrar las tendencias periódicas (recurrentes) en el comportamiento químico de los elementos a medida que aumenta su número atómico: se comienza una nueva fila cuando el comportamiento químico comienza a repetirse, lo que significa que los elementos análogos caen en las mismas columnas verticales. El primer período contiene menos elementos que cualquier otra fila de la tabla, con solo dos: hidrógeno y helio. Esta situación puede explicarse por las modernas teorías de la estructura atómica. En una descripción mecánica cuántica de la estructura atómica, este período corresponde al llenado del orbital 1s. Los elementos del período 1 obedecen la regla del dúo en el sentido de que necesitan dos electrones para completar su capa de valencia.

El hidrógeno y el helio son los elementos más antiguos y abundantes del universo.

Tendencias periódicas

Todos los demás períodos de la tabla periódica contienen al menos ocho elementos y, a menudo, es útil considerar las tendencias periódicas a lo largo del período. Sin embargo, el período 1 contiene solo dos elementos, por lo que este concepto no se aplica aquí.

En términos de tendencias verticales hacia abajo de los grupos, el helio puede verse como un gas noble típico a la cabeza del grupo 18 de la IUPAC, pero como se analiza a continuación, la química del hidrógeno es única y no se asigna fácilmente a ningún grupo.

Posición de los elementos del período 1 en la tabla periódica

La primera capa de electrones, n = 1, consta de un solo orbital, y el número máximo de electrones de valencia que puede alojar un elemento del período 1 es dos, ambos en el orbital 1s. La capa de valencia carece de "p" o cualquier otro tipo de orbitales debido al general l < n restricción sobre los números cuánticos. Por lo tanto, el período 1 tiene exactamente dos elementos. Aunque tanto el hidrógeno como el helio están en el bloque s, ninguno de ellos se comporta de manera similar a otros elementos del bloque s. Su comportamiento es tan diferente de los otros elementos del bloque s que existe un desacuerdo considerable sobre dónde deben colocarse estos dos elementos en la tabla periódica.

Simplemente siguiendo las configuraciones electrónicas, el hidrógeno (configuración electrónica 1s¹) y el helio (1s²) deben colocarse en los grupos 1 y 2, por encima del litio (1s²2s¹) y berilio (1s²2s²). Si bien tal ubicación es común para el hidrógeno, rara vez se usa para el helio fuera del contexto de ilustrar las configuraciones electrónicas. Por lo general, el hidrógeno se coloca en el grupo 1 y el helio en el grupo 18: esta es la ubicación que se encuentra en la tabla periódica de la IUPAC. Se pueden encontrar algunas variaciones en estos dos asuntos.

Al igual que los metales del grupo 1, el hidrógeno tiene un electrón en su capa más externa y normalmente pierde su único electrón en las reacciones químicas. Tiene algunas propiedades químicas similares a las de los metales, pudiendo desplazar algunos metales de sus sales. Pero el hidrógeno forma un gas no metálico diatómico en condiciones estándar, a diferencia de los metales alcalinos que son metales sólidos reactivos. Esto y la formación de hidruros del hidrógeno, en los que gana un electrón, lo acercan a las propiedades de los halógenos que hacen lo mismo (aunque es más raro que el hidrógeno forme H⁻ que H⁺). Además, los dos halógenos más ligeros (flúor y cloro) son gaseosos como el hidrógeno en condiciones estándar. Algunas propiedades del hidrógeno no se ajustan bien a ninguno de los dos grupos: el hidrógeno no es ni muy oxidante ni muy reductor y no es reactivo con el agua. Por lo tanto, el hidrógeno tiene propiedades que corresponden tanto a las de los metales alcalinos como a las de los halógenos, pero no coincide perfectamente con ninguno de los dos grupos y, por lo tanto, es difícil ubicarlo por su química. Por lo tanto, aunque predomina la ubicación electrónica del hidrógeno en el grupo 1, algunos arreglos más raros muestran hidrógeno en el grupo 17, hidrógeno duplicado en ambos grupos 1 y 17, o lo hacen flotar por separado de todos los grupos. La posibilidad de "flotar" No obstante, el hidrógeno ha sido criticado por Eric Scerri, quien señala que eliminarlo de todos los grupos sugiere que está siendo excluido de la ley periódica, cuando todos los elementos deberían estar sujetos a esa ley. Algunos autores han defendido ubicaciones más inusuales para el hidrógeno, como el grupo 13 o el grupo 14, sobre la base de las tendencias en la energía de ionización, la afinidad electrónica y la electronegatividad.

El helio es un gas noble no reactivo en condiciones estándar y tiene una capa exterior completa: estas propiedades son como las de los gases nobles del grupo 18, pero no como las de los metales alcalinotérreos reactivos del grupo 2. Por lo tanto, el helio es casi colocado universalmente en el grupo 18, que es el que mejor se adapta a sus propiedades. Sin embargo, el helio solo tiene dos electrones externos en su capa externa, mientras que los otros gases nobles tienen ocho; y es un elemento del bloque s, mientras que todos los demás gases nobles son elementos del bloque p. Además, el helio sólido cristaliza en una estructura compacta hexagonal, que coincide con el berilio y el magnesio en el grupo 2, pero no con los otros gases nobles del grupo 18. De esta manera, el helio se combina mejor con los metales alcalinotérreos. Por lo tanto, rara vez se pueden encontrar tablas con hidrógeno y helio flotando fuera de todos los grupos.

Algunos químicos, como Henry Bent, han defendido que se adopte la ubicación electrónica en el grupo 2 para el helio. Esta asignación también se encuentra en la tabla del paso izquierdo de Charles Janet. Los argumentos a favor de esto a menudo se basan en la tendencia de la anomalía de la primera fila (s >> p > d > f), que establece que el primer elemento de cada grupo a menudo se comporta de manera bastante diferente a los siguientes: la diferencia es mayor en el bloque s (H y He), es moderado para el bloque p (B a Ne) y es menos pronunciado para los bloques d y f. Así, el helio como primer elemento s² antes que los metales alcalinotérreos se destaca como anómalo de una manera que no lo hace el helio como primer gas noble. Los potenciales de ionización normalizados y las afinidades electrónicas muestran mejores tendencias con helio en el grupo 2 que en el grupo 18; se espera que el helio sea ligeramente más reactivo que el neón (lo que rompe la tendencia general de reactividad en los gases nobles, donde los más pesados son más reactivos); y los compuestos de helio pronosticados a menudo carecen de análogos de neón incluso teóricamente, pero a veces tienen análogos de berilio.

Elementos

Hidrógeno

Tubo de descarga de hidrógeno

Tubo de descarga de de deuterio

El hidrógeno (H) es el elemento químico con número atómico 1. A temperatura y presión estándar, el hidrógeno es un gas diatómico incoloro, inodoro, no metálico, insípido y altamente inflamable con la fórmula molecular H₂. Con una masa atómica de 1,00794 uma, el hidrógeno es el elemento más ligero.

El hidrógeno es el elemento químico más abundante y constituye aproximadamente el 75 % de la masa elemental del universo. Las estrellas de la secuencia principal están compuestas principalmente de hidrógeno en su estado de plasma. El hidrógeno elemental es relativamente raro en la Tierra y se produce industrialmente a partir de hidrocarburos como el metano, después de lo cual la mayor parte del hidrógeno elemental se usa "cautivamente" (es decir, localmente en el sitio de producción), con los mercados más grandes divididos casi por igual entre la mejora de combustibles fósiles, como el hidrocraqueo, y la producción de amoníaco, principalmente para el mercado de fertilizantes. El hidrógeno se puede producir a partir del agua mediante el proceso de electrólisis, pero este proceso es significativamente más costoso comercialmente que la producción de hidrógeno a partir del gas natural.

El isótopo natural más común del hidrógeno, conocido como protio, tiene un solo protón y no tiene neutrones. En los compuestos iónicos, puede adquirir una carga positiva, convirtiéndose en un catión compuesto por un protón desnudo, o una carga negativa, convirtiéndose en un anión conocido como hidruro. El hidrógeno puede formar compuestos con la mayoría de los elementos y está presente en el agua y en la mayoría de los compuestos orgánicos. Desempeña un papel particularmente importante en la química ácido-base, en la que muchas reacciones implican el intercambio de protones entre moléculas solubles. Como el único átomo neutro para el que la ecuación de Schrödinger se puede resolver analíticamente, el estudio de la energía y el espectro del átomo de hidrógeno ha jugado un papel clave en el desarrollo de la mecánica cuántica.

Las interacciones del hidrógeno con varios metales son muy importantes en la metalurgia, ya que muchos metales pueden sufrir fragilización por hidrógeno y en el desarrollo de formas seguras de almacenarlo para usarlo como combustible. El hidrógeno es altamente soluble en muchos compuestos compuestos por metales de tierras raras y metales de transición y puede disolverse tanto en metales cristalinos como amorfos. La solubilidad del hidrógeno en los metales está influenciada por distorsiones locales o impurezas en la red cristalina del metal.

Helio

Tubo de descarga de helio

El helio (He) es un elemento químico monoatómico inerte, incoloro, inodoro, insípido, no tóxico, que encabeza la serie de los gases nobles en la tabla periódica y cuyo número atómico es 2. Sus puntos de ebullición y fusión son los más bajos entre los elementos y existe sólo como un gas excepto en condiciones extremas.

El helio fue descubierto en 1868 por el astrónomo francés Pierre Janssen, quien primero detectó la sustancia como una firma de línea espectral amarilla desconocida en la luz de un eclipse solar. En 1903, se encontraron grandes reservas de helio en los campos de gas natural de los Estados Unidos, que es, con mucho, el mayor proveedor de gas. La sustancia se usa en criogenia, en sistemas de respiración en aguas profundas, para enfriar imanes superconductores, en datación con helio, para inflar globos, para proporcionar sustentación en aeronaves y como gas protector para usos industriales como soldadura por arco y obleas de silicio en crecimiento. Inhalar un pequeño volumen del gas cambia temporalmente el timbre y la calidad de la voz humana. El comportamiento de las dos fases fluidas del helio-4 líquido, el helio I y el helio II, es importante para los investigadores que estudian la mecánica cuántica y el fenómeno de la superfluidez en particular, y para aquellos que estudian los efectos que las temperaturas cercanas al cero absoluto tienen sobre materia, como la superconductividad.

El helio es el segundo elemento más ligero y es el segundo más abundante en el universo observable. La mayor parte del helio se formó durante el Big Bang, pero se está creando helio nuevo como resultado de la fusión nuclear del hidrógeno en las estrellas. En la Tierra, el helio es relativamente raro y se crea por la descomposición natural de algunos elementos radiactivos porque las partículas alfa que se emiten consisten en núcleos de helio. Este helio radiogénico queda atrapado con gas natural en concentraciones de hasta un siete por ciento en volumen, del cual se extrae comercialmente mediante un proceso de separación a baja temperatura llamado destilación fraccionada.