Елемент от период 1 е елемент от първия период (ред) на периодичната таблица. Периодичната таблица е подредена в редове, за да покаже повтарящите се свойства на елементите. Когато атомният номер се увеличава, елементът има различни свойства. Нов ред започва, когато химичните свойства се повтарят. Това означава, че елементите в една и съща група имат сходни свойства.
Колко елемента има в първия период и защо?
Първият период има по-малко елементи, отколкото всички останали периоди в периодичната таблица. В първия период има само два елемента: водород и хелий. Причината се обяснява чрез съвременните квантово-механични представи за строежа на атома.
Квантово-механично обяснение
- Атомните електрони заемат енергетични нива (обвивки), които се означават с главно квантово число n. За n = 1 съществува само една орбитала — 1s.
- Всяка орбитала може да съдържа максимум два електрона, според принципа на Паули, защото електроните трябва да имат различни спинови квантови числа (един "въртен нагоре", друг "въртен надолу").
- Обобщено правило за максимален брой електрони в обвивка дава формулата 2n^2. За n = 1 това дава 2·1^2 = 2 електрона. Следователно първата обвивка може да приеме най-много два електрона и първият период не може да включва повече от два различни елемента.
- В енергийна последователност орбиталата 1s е най-ниска по енергия и се запълва първа (правило на Aufbau). Елементите от първи период следват и т.нар. правило на дуета: достатъчно им е да достигнат конфигурация 1s2, за да имат запълнена валентна обвивка.
Защо следващите периоди са по-дълги?
За n ≥ 2 вече има повече видове орбитали (s и p при n = 2, а при n = 3 и d орбитали и т.н.), което позволява повече електрони в същата обвивка и съответно повече елементи в периода. Например за n = 2 формулата 2n^2 дава 8 електрона (2s + 2p орбитали), затова вторият период съдържа 8 елемента.
Особености на водорода и хелия
- Водород (Z=1) има само един електрон (1s1). Поради това той е необичаен: химически може да наподобява както алкалните метали (поради един валентен електрон), така и халогените (потребността да достигне електронна конфигурация на благороден газ). Поради тази двойнственост понякога водородът се изобразява отделно или се поставя на различни места в таблицата.
- Хелий (Z=2) има конфигурация 1s2 — напълно запълнена първа обвивка, което го прави химически инертен и го поставя сред благородните газове. Въпреки че има само s-електрони, хелият се групира с благородните газове поради стабилната си конфигурация.
Допълнителни бележки
- Понятието "периодичност" в таблицата произтича от повторението на валентната електронна структура, а при n = 1 тази структура е изключително проста — една 1s орбитала.
- Макар да има възможност за възбудени състояния (например временно добавяне на енергия и преместване на електрон в по-висока орбитала), това не създава нови химични елементи; елементите се дефинират по броя на протоните в ядрото.
- Исторически Мeндeлeев и други учени подреждали елементите според химични свойства и атомни маси, но квантовата механика дава съвременното обяснение защо първият ред съдържа само два елемента.
Кратко заключение: Първият период има само водород и хелий, защото при n = 1 има само една орбитала (1s), а тази орбитала може да побере най-много два електрона. Поради това физичните закони на квантовата механика и принципът на Паули ограничават броя на възможните елементи в първия ред до два.
