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第1周期元素

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第1周期元素是元素周期表中第一行（即元素周期）的元素。周期表按原子序數排列，以說明元素的化學行為隨原子序數增加的周期性（重複）趨勢：當它們的化學行為開始重複時，新的周期開始，這意味着類似元素會排到相同的族。第一周期包括的元素數量比任何周期少，只有兩個，也就是氫和氦。這種情況可以用原子結構的現代理論來解釋。在量子力學原子結構的描述中，該周期對應1s軌道的填充。第一周期元素遵守二隅體規則，它們需要兩個電子來填滿價電子層。

氫和氦是最古老，也是宇宙中最多的元素。

周期性

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其它的周期都有至少八個元素，對研究周期內的周期性有時會有用。不過，第1周期元素只有兩個元素，因此這個周期性研究不適用於此。

在普通的元素周期表中，氦一般都歸類於惰性氣體中，也就是 IUPAC 的18族元素。不過氫的化學性質很特殊，不能輕易地被歸類為任何一族。[1]

第1周期元素在元素周期表里的位置

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第一個電子層，n = 1，只有一個電子軌道。因此，第1周期元素的價電子最多只有兩個電子，都在1s軌道上。第一個電子層缺少1p或任何其他類型（如：1d）的軌道。這是由於量子數上的一般的l < n約束所導致的。因此，第1周期元素只有兩個。儘管氫和氦都是s區元素，它們的性質和其它s區元素很不同。它們的行為與其他s區元素非常不同，以至於在周期表中應將這兩個元素放在何處存在很大的分歧。

氫屬於鹼金屬，被放置在鋰之上。[2]它有時被放在碳之上[3]，氟之上[3][4]，同時放在鋰和氟上方（出現兩次），[5]或浮在元素周期表上而不歸類於任何一族[5]。

氦有着完整的價電子層，所以幾乎都放在氖（是p區元素）之上，屬於惰性氣體一族。[2]不過，由於外層都有兩個電子，氦有時會放在鈹之上。[6]

元素

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S區塊
原子序 元素符號 中文名稱 族 元素分區 電子排布 電子層 備註
1 H 氫 1族、s1 s區 1s1 1 第一個s區元素，也是週期表中第一個元素。
2 He 氦 8族、s2 s區 1s2 1

氫

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主條目：氫
氫放電管
氘放電管

氫 (H) 是一種化學元素，原子序數為 1。在標準情況下，氫是一種無色、無臭、非金屬性、無味且極度易燃的雙原子氣體，分子式 H2。氫是最輕的元素，原子量 1.00794 amu。[7]

氫是豐度最高的化學元素，占了75%的宇宙原子質量。[8]恆星在主序星階段時的主要成分就是等離子態的氫。自由氫氣在地球較稀有，工業制氫氣技術方法就是以碳氫化合物如：甲烷為原料製成的。之後，大部分氫氣在生產現場直接使用，在化石燃料升級（例如加氫裂化）和氨的生產（主要用於化肥市場）之間平均分配。氫氣也可以由電解水產生，不過成本要比用碳氫化合物為原料的製法高。[9]

天然氫中含量最高的同位素是氕有一個質子且沒有中子。[10]在離子化合物里，它可以被電離成氫正離子，也就是質子或氫負離子，是氫化物中的陰離子。氫可以形成很多化合物，例如水和幾乎所有的有機化合物。[11]在酸鹼質子理論中，許多反應涉及可溶分子之間的質子交換。這時，氫陽離子起到了特別重要的作用。[12]作為唯一薛定諤方程有解析解的中性原子，氫原子的能級和原子光譜的研究在量子力學的發展中起着關鍵作用。[13]

氫與各種金屬的相互作用在冶金中非常重要，因為許多金屬會遭受氫脆，[14]並需開發安全的方式來儲存它作為燃料。[15]氫在許多由稀土金屬和過渡金屬組成的化合物中可溶，[16]也可以溶於晶體和無定形體金屬中。[17]氫在金屬中的溶解度會受到金屬晶格中局部變形或雜質的影響。[18]

氦

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主條目：氦
氦放電管

氦 (He) 是一種無色、無臭、無味、無毒的惰性單原子元素，是第一個惰性氣體，原子序數為 2。[19]它的沸點和熔點是所有元素中最低的。除了在某些極端條件下，氦都是氣體。[20]

氦氣是由法國天文學家皮埃爾·讓森在1868年發現的，他首先發現氦是從日蝕中發現的。[21]在1903年，美國天然氣田發現了大量的氦氣，這是迄今為止最大的氦氣供應源。[22]氦氣可用於低溫物理學、[23]在深海呼吸系統中、[24]冷卻超導磁鐵、用於氦測年法（英語：helium dating）、[25]用於充氣氣球、[26]用於在飛艇中提供升力、[27]以及作為工業用保護氣體，例如電弧焊和製作硅晶片。[28]吸入少量氦氣會暫時改變人類聲音的音色。[29]液態氦-4的兩個流體相（氦I和氦II）的行為對於研究量子力學，特別是超流體的現象的研究人員來說非常重要，[30]以及研究物質的溫度接近絕對零度會產生什麼影響，例如超導性。[31]

氦是第二輕的元素，也是可觀測宇宙中第二豐富的元素。[32]大部分氦是從大爆炸產生的，不過氫在恆星中核聚變也會產生新的氦。[33]在地球，氦是稀有的物質，由放射性元素的阿爾法衰變而成，[34]因為阿爾法粒子就是氦-4的原子核。這些氦被困在天然氣里，其中天然氣的氦比例可達7%。[35]人們從中可以通過稱為分餾的低溫分離工藝從中進行萃取。[36]

參考資料

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  1. ^ Michael Laing. Where to Put Hydrogen in a Periodic Table?. Foundations of Chemistry. 2006, 9 (2): 127–137. doi:10.1007/s10698-006-9027-5. 
  2. ^ 2.0 2.1 International Union of Pure and Applied Chemistry > Periodic Table of the Elements. IUPAC. [2011-05-01]. （原始內容存檔於2018-09-27）. 
  3. ^ 3.0 3.1 Cronyn, Marshall W. The Proper Place for Hydrogen in the Periodic Table. Journal of Chemical Education. August 2003, 80 (8): 947–951. Bibcode:2003JChEd..80..947C. doi:10.1021/ed080p947. 
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外部連結

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