Un elemento del periodo 1 es uno de los elementos químicos en la primera fila (o periodo ) de la tabla periódica de los elementos químicos . La tabla periódica está dispuesta en filas para ilustrar tendencias periódicas (recurrentes) en el comportamiento químico de los elementos a medida que aumenta su número atómico: se inicia 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 periodo contiene menos elementos que cualquier otra fila de la tabla, con solo dos: hidrógeno y helio . Esta situación se puede explicar mediante las teorías modernas de la estructura atómica . En una descripción mecánico cuántica de la estructura atómica, este periodo corresponde al llenado del orbital 1s . Los elementos del periodo 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 suele ser 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. [ cita requerida ]
En términos de tendencias verticales hacia abajo en los grupos, el helio puede considerarse un gas noble típico a la cabeza del grupo IUPAC 18 , pero como se analiza a continuación, 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 periodo 1 puede acomodar es dos, ambos en el orbital 1s. La capa de valencia carece de orbitales "p" o de cualquier otro tipo debido a la restricción general l < n en los números cuánticos . Por lo 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 al de los otros elementos del bloque s que existe un considerable desacuerdo 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 ) deberían 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 utiliza para el helio fuera del contexto de ilustrar las configuraciones electrónicas. Por lo general, el hidrógeno se ubica 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 las reacciones químicas. [5] Tiene algunas propiedades químicas similares a las de los metales, siendo capaz de 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 se ajustan bien a ninguno de los grupos: el hidrógeno no es ni muy oxidante ni muy reductor y no es reactivo con el agua. [6] 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 de ubicar por su química. [5] Por lo tanto, mientras que la colocación electrónica del hidrógeno en el grupo 1 predomina, algunas disposiciones más raras muestran hidrógeno en el grupo 17, [7] duplican el hidrógeno en los grupos 1 y 17, [8] [9] o lo hacen flotar por separado de todos los grupos. [9] [10] [4] No obstante, la posibilidad de que el hidrógeno "flote" ha sido criticada por Eric Scerri , quien señala que eliminarlo de todos los grupos sugiere que se lo está excluyendo de la ley periódica, cuando todos los elementos deberían estar sujetos a esa ley. [11] Algunos autores han defendido 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 externa completa: estas propiedades son similares a las de los gases nobles del grupo 18, pero no a las de los metales alcalinotérreos reactivos del grupo 2. Por lo tanto, el helio se ubica casi universalmente en el grupo 18 [3] , con el que sus propiedades coinciden mejor. [4] 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 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 encuentran tablas con hidrógeno y helio flotando fuera de todos los grupos. [10] [4]
Algunos químicos, como Henry Bent , han defendido que se adopte la colocación electrónica en el grupo 2 para el helio. [13] [ 12] [14] [15] [16] Esta asignación también se encuentra en la tabla de pasos a la izquierda de Charles Janet . Los argumentos para 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 de los siguientes: la diferencia es mayor en el bloque s (H y He), es moderada para el bloque p (B a Ne) y es menos pronunciada para los bloques d y f. [13] Por lo tanto, el helio como el primer elemento s 2 antes de los metales alcalinotérreos se destaca como anómalo de una manera que el helio como el 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 previstos a menudo carecen de análogos de neón incluso teóricamente, 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 H 2 . 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 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 utiliza "cautivamente" (es decir, localmente en el sitio de producción), y los mercados más grandes se dividen 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 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 ningún neutrón . [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 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] Como el único átomo neutro para el que la ecuación de Schrödinger se puede resolver analíticamente, el estudio de la energética 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 metalurgia , ya que muchos metales pueden sufrir fragilización por hidrógeno , [27] y en el desarrollo de formas seguras de almacenarlo para su uso como combustible. [28] El hidrógeno es altamente soluble en muchos compuestos formados por metales de tierras raras y metales de transición [29] y se puede disolver 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, 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 solo 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 firma espectral amarilla desconocida en la luz de un eclipse solar . [34] En 1903, se encontraron grandes reservas de helio en los campos de gas natural de los Estados Unidos, que es por lejos el mayor proveedor del gas. [35] La sustancia se utiliza en criogenia , [36] en sistemas de respiración en aguas profundas, [37] para enfriar imanes superconductores , en la datación por helio , [38] para inflar globos , [39] para proporcionar sustentación en dirigibles , [40] y como gas protector para usos industriales como la soldadura por arco y el crecimiento de obleas de silicio . [41] La inhalación de un pequeño volumen del 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 observan los efectos que las temperaturas cercanas al cero absoluto tienen sobre la materia , como en el caso de la superconductividad . [44]
El helio es el segundo elemento más ligero y es el segundo más abundante en el universo observable. [45] 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 . [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 está atrapado con gas natural en concentraciones de hasta siete por ciento en volumen, [48] del cual se extrae comercialmente mediante un proceso de separación a baja temperatura llamado destilación fraccionada . [49]