Elementos del Período 1

Un elementos del período 1 es uno de los elementos químicos en 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, consiste en un solo orbital, y el número máximo de electrones de valencia que un elemento del período 1 puede acomodar es dos, ambos en el orbital 1s. La capa de valencia carece de "p" o de cualquier otro tipo de orbitales debido a la restricción general l < n de 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 1s) y el helio (1s) deben colocarse en los grupos 1 y 2, por encima del litio (1s 2s) y el berilio (1s 2s).Si bien tal ubicación es común para el hidrógeno, rara vez se usa para el helio fuera del contexto de ilustrar las configuraciones electrónicas. Cuando los gases nobles (entonces llamados "gases inertes") se descubrieron por primera vez alrededor de 1900, se los conocía como "grupo 0", lo que reflejaba que no se conocía la reactividad química de estos elementos en ese momento, y el helio se colocó en la parte superior de ese grupo. ya que compartió la inercia química extrema vista en todo el grupo. A medida que el grupo cambió su número formal, muchos autores continuaron asignando el helio directamente sobre el neón, en el grupo 18; uno de los ejemplos de tal ubicación es la tabla actual de la IUPAC.

La posición del hidrógeno en el grupo 1 está razonablemente bien establecida. Su estado de oxidación habitual es +1 como es el caso de sus congéneres de metales alcalinos más pesados. Al igual que el litio, tiene una química covalente significativa. Puede sustituir a los metales alcalinos en estructuras típicas de metales alcalinos. Es capaz de formar hidruros similares a aleaciones, con enlaces metálicos, con algunos metales de transición.

Sin embargo, a veces se coloca en otro lugar. Una alternativa común está en la parte superior del grupo 17 dada la química estrictamente univalente y en gran parte no metálica del hidrógeno, y la química estrictamente univalente y no metálica del flúor (el elemento que, por lo demás, se encuentra en la parte superior del grupo 17). A veces, para mostrar que el hidrógeno tiene propiedades que corresponden tanto a las de los metales alcalinos como a las de los halógenos, se muestra en la parte superior de las dos columnas simultáneamente. Otra sugerencia está por encima del carbono en el grupo 14: colocado de esa manera, encaja bien en las tendencias de aumento de los valores de potencial de ionización y valores de afinidad electrónica, y no está demasiado lejos de la tendencia de electronegatividad, aunque el hidrógeno no puede mostrar la característica de tetravalencia de los más pesados. grupo 14 elementos.Finalmente, el hidrógeno a veces se coloca por separado de cualquier grupo; esto se basa en que sus propiedades generales se consideran suficientemente diferentes de las de los elementos de cualquier otro grupo.

El otro elemento del período 1, el helio, se coloca con mayor frecuencia en el grupo 18 con los otros gases nobles, ya que su extraordinaria inercia es extremadamente cercana a la de los otros gases nobles ligeros, el neón y el argón. Sin embargo, ocasionalmente también se coloca por separado de cualquier grupo.La propiedad que distingue al helio del resto de los gases nobles es que en su capa electrónica cerrada, el helio tiene solo dos electrones en el orbital electrónico más externo, mientras que el resto de los gases nobles tienen ocho. Algunos autores, como Henry Bent (el epónimo de la regla de Bent), Wojciech Grochala y Felice Grandinetti, han argumentado que el helio se colocaría correctamente en el grupo 2, sobre el berilio; La tabla del paso izquierdo de Charles Janet también contiene esta tarea. 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); los compuestos de helio predichos a menudo carecen de análogos de neón incluso teóricamente, pero a veces tienen análogos de berilio; y el helio sobre el berilio sigue mejor la tendencia de las anomalías de la primera fila en la tabla (s >> p > d > f).Esta tendencia 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 moderada para el bloque p (B a Ne) y es menor. pronunciado para los bloques d y f.

Elementos

Hidrógeno

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 H ₂. Con una masa atómica de 1,00794 uma, el hidrógeno es el elemento más ligero.

El hidrógeno es el más abundante de los elementos químicos 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 como hidrocraqueo y 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 de hidrógeno natural más común, 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 único átomo neutro para el que se puede resolver analíticamente la ecuación de Schrödinger, 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

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 detectó por primera vez 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, helio I y 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 la materia, como con 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.