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 está dispuesta 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 mediante las teorías modernas de la estructura atómica . En una descripción de la 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 .
Todos los demás períodos de la tabla periódica contienen al menos ocho elementos y, a menudo, resulta útil considerar las tendencias periódicas a lo largo del período. Sin embargo, el período 1 contiene sólo dos elementos, por lo que este concepto no se aplica aquí. [ cita necesaria ]
En términos de tendencias verticales hacia abajo en los grupos, el helio puede verse como un gas noble típico a la cabeza del grupo IUPAC 18 , pero como se analiza más adelante, la química del hidrógeno es única y no se asigna fácilmente a ningún grupo. [1]
La primera capa de electrones , n = 1 , consta de 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 tanto, el periodo 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 del de otros elementos del bloque S que existe un desacuerdo considerable sobre dónde deberían ubicarse estos dos elementos en la tabla periódica.
Siguiendo simplemente las configuraciones electrónicas, el hidrógeno (configuración electrónica 1s 1 ) y el helio (1s 2 ) deben ubicarse en los grupos 1 y 2, por encima del litio (1s 2 2s 1 ) y el berilio (1s 2 2s 2 ). [2] Si bien esta 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. [3] Se pueden encontrar algunas variaciones en ambos asuntos. [4]
Al igual que los metales del grupo 1, el hidrógeno tiene un electrón en su capa más externa [2] y normalmente pierde su único electrón en reacciones químicas. [5] Tiene algunas propiedades químicas similares a las de los metales, pudiendo desplazar algunos metales de sus sales . [5] Pero el hidrógeno forma un gas diatómico no metálico en condiciones estándar, a diferencia de los metales alcalinos que son metales sólidos reactivos. Esto y la formación de hidruros por parte del hidrógeno , en los que gana un electrón, lo acerca a las propiedades de los halógenos que hacen lo mismo [5] (aunque es más raro que el hidrógeno forme H − que H + ). [6] Además, los dos halógenos más ligeros ( flúor y cloro ) son gaseosos como el hidrógeno en condiciones estándar. [5] Algunas propiedades del hidrógeno no encajan bien en ninguno de los grupos: el hidrógeno no es ni altamente oxidante ni altamente reductor y no reacciona con el agua. [6] 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 grupos y, por lo tanto, es difícil de ubicar por su química. [5] Por lo tanto, si bien predomina la ubicación electrónica del hidrógeno en el grupo 1, algunas disposiciones más raras muestran hidrógeno en el grupo 17, [7] hidrógeno duplicado en ambos grupos 1 y 17, [8] [9] o lo hacen flotar por separado de todos grupos. [9] [10] [4] La posibilidad del hidrógeno "flotante" ha sido criticada sin embargo por Eric Scerri , quien señala que eliminarlo de todos los grupos sugiere que se lo excluye de la ley periódica, cuando todos los elementos deberían estar sujetos. a esa ley. [11] Algunos autores han abogado por ubicaciones más inusuales para el hidrógeno, como el grupo 13 o el grupo 14, basándose en las tendencias en la energía de ionización, la afinidad electrónica y la electronegatividad. [6]
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 se parecen en nada a los metales alcalinotérreos reactivos del grupo 2. Por lo tanto, el helio se coloca casi universalmente en grupo 18 [3] cuyas propiedades coinciden mejor. [4] Sin embargo, el helio sólo tiene dos electrones externos en su capa exterior, 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 hexagonal compacta , que coincide con el berilio y el magnesio del grupo 2, pero no con los otros gases nobles del grupo 18. [12] De esta manera, el helio coincide mejor con los metales alcalinotérreos. [2] [4] Por lo tanto, rara vez se pueden encontrar tablas con hidrógeno y helio flotando fuera de todos los grupos. [10] [4]
Algunos químicos, como Henry Bent , han abogado por que se adopte para el helio la ubicación electrónica en el grupo 2. [13] [12] [14] [15] [16] 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 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. [13] Así, el helio como primer elemento s 2 antes de los metales alcalinotérreos se destaca como anómalo de una manera que el helio como primer gas noble no lo hace. [13] 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 predichos a menudo carecen de análogos de neón, incluso en teoría, pero a veces tienen análogos de berilio. [17] [18] [19]
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. [20]
El hidrógeno es el más abundante de los elementos químicos y constituye aproximadamente el 75% de la masa elemental del universo. [21] Las estrellas de la secuencia principal están compuestas principalmente de hidrógeno en su estado plasmático . 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 utiliza "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 de agua mediante el proceso de electrólisis , pero este proceso es significativamente más caro comercialmente que la producción de hidrógeno a partir de gas natural. [22]
El isótopo natural más común del hidrógeno, conocido como protio , tiene un solo protón y no tiene neutrones . [23] 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 . [24] Desempeña un papel particularmente importante en la química ácido-base , en la que muchas reacciones implican el intercambio de protones entre moléculas solubles. [25] Al ser el 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 desempeñado un papel clave en el desarrollo de la mecánica cuántica . [26]
Las interacciones del hidrógeno con varios metales son muy importantes en la metalurgia , ya que muchos metales pueden sufrir fragilización por hidrógeno , [27] y en el desarrollo de formas seguras de almacenarlo para usarlo como combustible. [28] El hidrógeno es altamente soluble en muchos compuestos compuestos de metales de tierras raras y metales de transición [29] y puede disolverse tanto en metales cristalinos como amorfos . [30] La solubilidad del hidrógeno en los metales está influenciada por distorsiones locales o impurezas en la red cristalina del metal . [31]
El helio (He) es un elemento químico monoatómico incoloro, inodoro, insípido, no tóxico e inerte que encabeza la serie de los gases nobles en la tabla periódica y cuyo número atómico es 2. [32] Sus puntos de ebullición y fusión son los más bajos entre los elementos y existe sólo como gas excepto en condiciones extremas. [33]
El helio fue descubierto en 1868 por el astrónomo francés Pierre Janssen , quien detectó por primera vez la sustancia como una desconocida línea espectral amarilla en la luz de un eclipse solar . [34] En 1903 se encontraron grandes reservas de helio en los yacimientos de gas natural de Estados Unidos, que es, con diferencia, el mayor proveedor de este gas. [35] La sustancia se utiliza en criogenia , [36] en sistemas de respiración de aguas profundas, [37] para enfriar imanes superconductores , en datación con helio , [38] para inflar globos , [39] para proporcionar sustentación en dirigibles , [40 ] y como gas protector para usos industriales como soldadura por arco y cultivo de obleas de silicio . [41] La inhalación de un pequeño volumen de gas cambia temporalmente el timbre y la calidad de la voz humana. [42] 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, [43] y para aquellos que analizan los efectos que tienen las temperaturas cercanas al cero absoluto. tienen en la materia , como con la superconductividad . [44]
El helio es el segundo elemento más ligero y el segundo más abundante en el universo observable. [45] La mayor parte del helio se formó durante el Big Bang , pero se está creando nuevo helio como resultado de la fusión nuclear del hidrógeno en las estrellas . [46] En la Tierra , el helio es relativamente raro y se crea por la desintegración natural de algunos elementos radiactivos [47] porque las partículas alfa que se emiten consisten en núcleos de helio . Este helio radiogénico queda atrapado con el gas natural en concentraciones de hasta el siete por ciento en volumen, [48] del cual se extrae comercialmente mediante un proceso de separación a baja temperatura llamado destilación fraccionada . [49]