Élément de la période 1 - Period 1 element

Un élément de la période 1 est l'un des éléments chimiques de la première ligne (ou période ) du tableau périodique des éléments chimiques . Le tableau périodique est disposé en lignes pour illustrer les tendances périodiques (récurrentes) du comportement chimique des éléments à mesure que leur numéro atomique augmente: une nouvelle ligne est commencée lorsque le comportement chimique commence à se répéter, ce qui signifie que les éléments analogiques tombent dans les mêmes colonnes verticales . La première période contient moins d'éléments que toute autre ligne du tableau, avec seulement deux: l' hydrogène et l' hélium . Cette situation peut être expliquée par les théories modernes de la structure atomique . Dans une description mécanique quantique de la structure atomique, cette période correspond au remplissage de l' orbitale 1s . Les éléments de la période 1 obéissent à la règle du duo en ce sens qu'ils ont besoin de deux électrons pour compléter leur coquille de valence .

L'hydrogène et l'hélium sont les éléments les plus anciens et les plus abondants de l' univers .

Tendances périodiques

Toutes les autres périodes du tableau périodique contiennent au moins huit éléments et il est souvent utile de tenir compte des tendances périodiques au cours de la période. Cependant, la période 1 ne contient que deux éléments, donc ce concept ne s'applique pas ici.

En termes de tendances verticales vers le bas des groupes, l'hélium peut être considéré comme un gaz rare typique à la tête du groupe IUPAC 18 , mais comme discuté ci-dessous, la chimie de l'hydrogène est unique et il n'est facilement attribué à aucun groupe.

Position des éléments de la période 1 dans le tableau périodique

La première couche d'électrons , n = 1 , se compose d'une seule orbitale, et le nombre maximal d' électrons de valence qu'un élément de période 1 peut accueillir est de deux, tous deux dans l'orbitale 1s. La coquille de valence manque de "p" ou de tout autre type d'orbitales en raison de la contrainte générale l < n sur les nombres quantiques . Par conséquent, la période 1 a exactement deux éléments. Bien que l'hydrogène et l'hélium soient tous deux dans le bloc s , aucun d'eux ne se comporte de la même manière que les autres éléments du bloc s. Leur comportement est si différent des autres éléments du bloc s qu'il y a un désaccord considérable sur l'endroit où ces deux éléments devraient être placés dans le tableau périodique.

En suivant simplement les configurations électroniques, l'hydrogène (configuration électronique 1s ¹ ) et l'hélium (1s ² ) doivent être placés dans les groupes 1 et 2, au-dessus du lithium (1s ² 2s ¹ ) et du béryllium (1s ² 2s ² ). Si un tel placement est courant pour l'hydrogène, il est rarement utilisé pour l'hélium en dehors du contexte des configurations électroniques: lorsque les gaz rares (alors appelés «gaz inertes») ont été découverts pour la première fois vers 1900, ils étaient connus sous le nom de «groupe 0», ne reflétant aucune réactivité chimique de ces éléments connue à ce moment-là, et l'hélium a été placé au sommet de ce groupe, car il partageait l'extrême inertie chimique observée dans tout le groupe. Alors que le groupe changeait de numéro officiel, de nombreux auteurs ont continué à attribuer l'hélium directement au-dessus du néon, dans le groupe 18; l'un des exemples d'un tel placement est la table IUPAC actuelle .

La position de l'hydrogène dans le groupe 1 est raisonnablement bien établie. Son état d'oxydation habituel est de +1 comme c'est le cas pour ses congénères de métaux alcalins plus lourds. Comme le lithium, il possède une chimie covalente importante. Il peut remplacer les métaux alcalins dans les structures typiques de métaux alcalins. Il est capable de former des hydrures de type alliage, avec une liaison métallique, avec certains métaux de transition.

Néanmoins, il est parfois placé ailleurs. Une alternative courante est au sommet du groupe 17 étant donné la chimie strictement univalente et largement non métallique de l'hydrogène, et la chimie strictement univalente et non métallique du fluor (l'élément par ailleurs au sommet du groupe 17). Parfois, pour montrer que l'hydrogène a des propriétés correspondant à la fois à celles des métaux alcalins et des halogènes, il est représenté en haut des deux colonnes simultanément. Une autre suggestion est au-dessus du carbone dans le groupe 14: placé de cette façon, il s'intègre bien dans les tendances d'augmentation des valeurs de potentiel d'ionisation et des valeurs d'affinité électronique, et n'est pas trop éloigné de la tendance d'électronégativité, même si l'hydrogène ne peut pas montrer la tétravalence caractéristique du plus lourd. groupe 14 éléments. Enfin, l'hydrogène est parfois placé séparément de tout groupe; ceci est basé sur le fait que ses propriétés générales sont considérées comme suffisamment différentes de celles des éléments de tout autre groupe.

L'autre élément de la période 1, l'hélium, est le plus souvent placé dans le groupe 18 avec les autres gaz rares, car son extraordinaire inertie est extrêmement proche de celle des autres gaz rares légers néon et argon. Néanmoins, il est parfois placé séparément de tout groupe. La propriété qui distingue l'hélium du reste des gaz rares est que, dans sa couche électronique fermée, l'hélium n'a que deux électrons dans l'orbitale électronique la plus externe, tandis que le reste des gaz rares en a huit. Certains auteurs, tels que Henry Bent (l'éponyme de la règle de Bent ), Wojciech Grochala et Felice Grandinetti , ont soutenu que l'hélium serait correctement placé dans le groupe 2, sur le béryllium; La table de gauche de Charles Janet contient également cette affectation. Les potentiels d'ionisation normalisés et les affinités électroniques montrent de meilleures tendances avec l'hélium dans le groupe 2 que dans le groupe 18; l'hélium devrait être légèrement plus réactif que le néon (ce qui rompt la tendance générale de la réactivité dans les gaz rares, où les plus lourds sont plus réactifs); les composés d'hélium prévus manquent souvent d'analogues de néon, même théoriquement, mais ont parfois des analogues de béryllium; et l'hélium sur le béryllium suit mieux la tendance des anomalies de première ligne dans le tableau (s >> p> d> f).

Éléments

Hydrogène

Tube à décharge d'hydrogène

Tube à décharge au deutérium

Un atome d' hydrogène (H) est l' élément chimique avec le numéro atomique 1. A température et pression normales , l' hydrogène est un liquide incolore, inodore, non métallique , insipide, hautement inflammable diatomique gaz avec la formule moléculaire H ₂ . Avec une masse atomique de 1,00794 amu, l'hydrogène est l'élément le plus léger.

L'hydrogène est le plus abondant des éléments chimiques, constituant environ 75% de la masse élémentaire de l'univers. Les étoiles de la séquence principale sont principalement composées d'hydrogène dans son état plasmatique . L'hydrogène élémentaire est relativement rare sur Terre et est produit industriellement à partir d' hydrocarbures tels que le méthane, après quoi la plupart de l'hydrogène élémentaire est utilisé de manière "captive" (c'est-à-dire localement sur le site de production), les plus grands marchés étant presque également répartis entre la valorisation des combustibles fossiles , tels que comme l' hydrocraquage et la production d' ammoniac , principalement pour le marché des engrais. L'hydrogène peut être produit à partir d'eau en utilisant le processus d' électrolyse , mais ce processus est beaucoup plus coûteux commercialement que la production d'hydrogène à partir de gaz naturel.

L' isotope naturel le plus courant de l'hydrogène, connu sous le nom de protium , a un seul proton et pas de neutrons . Dans les composés ioniques , il peut prendre soit une charge positive, devenant un cation composé d'un proton nu, soit une charge négative, devenant un anion appelé hydrure . L'hydrogène peut former des composés avec la plupart des éléments et est présent dans l' eau et la plupart des composés organiques . Il joue un rôle particulièrement important dans la chimie acido-basique , dans laquelle de nombreuses réactions impliquent l'échange de protons entre molécules solubles. En tant que seul atome neutre pour lequel l' équation de Schrödinger peut être résolue analytiquement, l'étude de l'énergétique et du spectre de l'atome d'hydrogène a joué un rôle clé dans le développement de la mécanique quantique .

Les interactions de l'hydrogène avec divers métaux sont très importantes en métallurgie , car de nombreux métaux peuvent subir une fragilisation par l'hydrogène , et dans le développement de moyens sûrs de le stocker pour l'utiliser comme carburant. L'hydrogène est hautement soluble dans de nombreux composés composés de terres rares et de métaux de transition et peut être dissous dans les métaux cristallins et amorphes . La solubilité de l'hydrogène dans les métaux est influencée par des distorsions locales ou des impuretés dans le réseau cristallin métallique .

Hélium

Tube à décharge d'hélium

L'hélium (He) est un élément chimique monatomique inerte , incolore, inodore, insipide, non toxique, qui dirige la série des gaz rares dans le tableau périodique et dont le numéro atomique est 2. Ses points d' ébullition et de fusion sont les plus bas parmi les éléments et il n'existe que sous forme de gaz sauf dans des conditions extrêmes.

L'hélium a été découvert en 1868 par l'astronome français Pierre Janssen , qui a d' abord détecté la substance comme une signature de ligne spectrale jaune inconnue dans la lumière d'une éclipse solaire . En 1903, de grandes réserves d'hélium ont été découvertes dans les champs de gaz naturel des États-Unis, qui est de loin le plus grand fournisseur de gaz. La substance est utilisée en cryogénie , dans les systèmes de respiration en haute mer, pour refroidir des aimants supraconducteurs , pour la datation à l' hélium , pour gonfler des ballons , pour fournir une portance dans des dirigeables et comme gaz protecteur pour des utilisations industrielles telles que le soudage à l'arc et la croissance de tranches de silicium . L'inhalation d'un petit volume de gaz modifie temporairement le timbre et la qualité de la voix humaine. Le comportement des deux phases fluides de l'hélium 4 liquide, l'hélium I et l'hélium II, est important pour les chercheurs qui étudient la mécanique quantique et le phénomène de superfluidité en particulier, et pour ceux qui étudient les effets des températures proches du zéro absolu sur la matière , tels que avec supraconductivité .

L'hélium est le deuxième élément le plus léger et le deuxième plus abondant dans l'univers observable. La majeure partie de l'hélium s'est formée pendant le Big Bang , mais de l'hélium nouveau est créé à la suite de la fusion nucléaire de l'hydrogène dans les étoiles . Sur Terre , l'hélium est relativement rare et est créé par la désintégration naturelle de certains éléments radioactifs car les particules alpha émises sont constituées de noyaux d' hélium . Cet hélium radiogène est piégé avec du gaz naturel à des concentrations allant jusqu'à sept pour cent en volume, dont il est extrait commercialement par un processus de séparation à basse température appelé distillation fractionnée .

Les références

Lectures complémentaires

• Bloch, DR (2006). La chimie organique démystifiée . McGraw-Hill Professionnel. ISBN   0-07-145920-0 .