В периодической системе элементов, разработанной Дмитрием Ивановичем Менделеевым, гелий занимает две особые позиции. С одной стороны, его атом имеет два электрона, что позволяет отнести его к 1 группе или алкалиям. С другой стороны, его позиция в расположении элементов диктует принадлежность его к 8 группе или газам инертности.
Причина такого противоречивого статуса гелия заключается в его химических свойствах. Во-первых, гелий обладает структурной стабильностью атома, т.е. заполненной внешней электронной оболочкой. Такое состояние делает его аналогичным газообразным элементам, образующим 0 группу периодической системы.
Во-вторых, электронная конфигурация гелия и его химические свойства более похожи на алкалийные металлы, что объясняется его близостью к водороду. Однако, при контакте с другими элементами, гелий не проявляет свойств алкалий, таких как окисление или реакция с водой.
Гелий в 8 группе
Группа элементов в таблице Менделеева, которые находятся в 8 столбце, называется группой благородных газов или группой инертных газов. Эта группа включает элементы, такие как гелий (He), неон (Ne), аргон (Ar), криптон (Kr), ксенон (Xe) и радон (Rn).
Гелий является вторым элементом в группе и представляет собой самый легкий из всех газов. Он характеризуется низкой плотностью, низкой температурой кипения и не имеет окрашенного отражения. Гелий также обладает высокой атомной стабильностью и не образует химические соединения с другими элементами.
Причина того, что гелий находится в группе благородных газов, заключается в его электронной конфигурации. Гелий имеет два электрона в своей внешней оболочке, что делает его стабильным и малоактивным химическим элементом. Отсутствие свободных электронов на внешней оболочке гелия делает его нерастворимым в воде и не реактивным с большинством других веществ.
Малая активность гелия обусловливает его широкое использование в различных областях, таких как научные исследования, промышленность и медицина. Гелий является одним из основных элементов, используемых для заполнения воздушных шаров и плавучести подводных аппаратов. Он также используется в ядерной энергетике и в качестве хладагента в некоторых системах.
Гелий также известен своей низкой плотностью, что делает его идеальным для использования в аэростатах и детских шариках. Это позволяет им легко подниматься в воздух и обладать длительным временем полета.
Структура периодической системы
Периодическая система химических элементов представляет собой упорядоченную таблицу, в которой элементы расположены в порядке возрастания их атомных номеров. Эта система была создана Димитрием Менделеевым в 1869 году и с тех пор была неоднократно изменена и дополнена.
В периодической системе элементы разделены на периоды и группы. Периоды представляют собой горизонтальные строки, причем количество периодов равно количеству электронных оболочек атомов элементов, расположенных в данной системе. Группы, или вертикальные столбцы, определяются числом электронов на внешней электронной оболочке. Группы имеют общее название, обычно связанное с химическим свойством элементов в данной группе.
Каждый элемент периодической системы представлен в таблице символом, а также его атомным номером и атомной массой. Внутри каждой группы элементы расположены по возрастанию их атомных номеров. Так, элементы, входящие в одну группу, имеют одинаковое количество валентных электронов и, следовательно, обладают схожими химическими свойствами.
Почему гелий расположен в 8 группе? Объяснение этому факту связано с его расположением в периодической системе. Гелий является вторым элементом периода, что означает наличие у него двух электронов на внешней электронной оболочке. Это позволяет ему быть включенным в группу элементов, обладающих аналогичными химическими свойствами. В данном случае, группа, в которой находится гелий, называется группой инертных газов, так как элементы, входящие в данную группу, обладают низкой реактивностью и малой склонностью к образованию химических соединений.
Типичные свойства элементов в группе
- Гелий (He): это элемент, который является самым легким газом и является инертным, то есть не реагирует с другими элементами. Гелий также обладает низкой плотностью и высокой термической и электрической проводимостью.
- Неон (Ne): он также является инертным газом и обладает высокой стабильностью. Неон широко используется в световых вывесках и лазерных приборах.
- Аргон (Ar): аргон является инертным газом и считается одним из самых распространенных элементов в Земной атмосфере. Он широко используется в технологиях сварки и в заполнении ламп.
- Криптон (Kr): это инертный газ, который непрозрачен для видимого света. Криптон используется в световых приборах и для заполнения некоторых типов ламп.
- Ксенон (Xe): ксенон является инертным газом и обладает высокой устойчивостью. Ксенон используется в ксеноновых лампах, которые применяются в автомобильных фарах и фотографической технике.
- Радон (Rn): это радиоактивный газ, который образуется в результате распада радия. Радон является неустойчивым элементом и может быть опасен для здоровья, если накапливается в закрытых помещениях.
Отличительные свойства гелия
Еще одно отличительное свойство гелия – его низкая кипящая точка. Гелий становится жидким при температуре около -269 градусов по Цельсию, что делает его одним из самых холодных веществ на Земле. Из-за этого свойства, гелий широко используется в научных исследованиях, в частности, в суперпроводимости и создании низкотемпературных приборов.
Также стоит отметить, что гелий является неядовитым и безвредным для окружающей среды. Это позволяет использовать его в технологических процессах и в быту без опасений для здоровья людей и окружающей среды.
Квантовая механика и электронная конфигурация
Гелий (He) является элементом 8-й группы периодической системы и имеет атомный номер 2. Это означает, что в атоме гелия находятся всего два электрона. Согласно принципу заполнения энергетических уровней, первый электрон занимает первый энергетический уровень – K-уровень. Известно, что на этом уровне могут находиться не более 2 электронов, поэтому K-уровень гелия заполняется полностью двумя электронами.
К-уровень состоит из одного подуровня – 1s. Заполнение подуровней осуществляется в порядке возрастания энергии. Электроны будут заполнять подуровни с наименьшей энергией до достижения максимального количества электронов для данного подуровня.
Таким образом, электронная конфигурация гелия будет выглядеть следующим образом: 1s².
| Энергетический уровень | Подуровень | Количество электронов |
|---|---|---|
| K | 1s | 2 |
Такая электронная конфигурация делает гелий стабильным элементом, поскольку оба электрона находятся в наиболее низкоэнергетическом состоянии. Это объясняет низкую реакционную способность гелия и его устойчивость.
Уфимовская теория гелия в 8 группе
Уфимовская теория гелия в 8 группе представляет собой одну из версий объяснения нахождения гелия в 8-м столбце периодической таблицы элементов.
Согласно этой теории, гелий в 8 группе обладает особыми свойствами: уникальным набором электронов и структурой электронной оболочки.
Основная идея уфимовской теории гелия заключается в предположении о наличии семи валентных электронов в электронной оболочке гелия. При этом гелий ведет себя, как элемент главной группы, образуя химические соединения с другими элементами.
Уфимовская теория гелия объясняет нахождение гелия в 8 группе следующим образом:
- Гелий имеет полностью заполненную первую энергетическую уровень с двумя электронами.
- Семь валентных электронов гелия формируют электронную оболочку, принадлежащую к 8 группе периодической таблицы.
- Электроотрицательность гелия находится между элементами главной и побочной групп периодической таблицы.
- Гелий, обладая химическими свойствами элементов главной группы, может образовывать соединения с элементами групп 1-7, хотя и в ограниченных количествах.
- Уфимовская теория гелия предлагает объяснение структуры и химического поведения гелия, а также позволяет классифицировать его в периодической таблице элементов.
Необходимо отметить, что уфимовская теория гелия до сих пор является объектом научного спора и нуждается в дополнительных экспериментальных данных для полного подтверждения.
История отнесения гелия к 8 группе
В 19 веке известные ученые занимались исследованиями по открытию новых элементов и классификации уже известных. Однако долгое время гелий оставался загадкой для многих исследователей.
В 1868 году английский астроном и химик Норман Локьер обнаружил неизвестную линию в спектре Солнца. Он назвал ее «желтой D3 линией». Ученый предположил, что эта линия была вызвана новым элементом, который был еще неизвестен. В дальнейших исследованиях Локьер установил, что новый элемент отклоняет световой пучок, имеет низкую плотность и не реагирует с другими элементами.
В 1895 году американский химик Вильям Рэмзей и генетик Роберт Спецелл впервые открыли гелий на Земле в результате эксперимента с жидким азотом. Газ они назвали гелием из-за слова «гелик» (солнце на греческом языке).
Дальнейшие исследования показали, что гелий является инертным газом, не подверженным химическим реакциям. Он также обладает низкой плотностью и низкой температурой кипения, что делает его идеальным для использования в различных областях науки и техники.
С учетом этих свойств гелий был отнесен к группе инертных газов в 8 группе периодической системы Менделеева. Эта группа также включает гелий, неон, аргон, криптон, ксенон и радон.
Астрофизические и геохимические причины
Наличие гелия в 8 группе химического семейства объясняется как астрофизическими, так и геохимическими причинами.
Во-первых, гелий является одним из самых распространенных элементов во Вселенной. Он образуется во время термоядерных реакций в звездах, особенно во время процесса нуклеосинтеза в самых массивных звездах. В результате эксплозии суперновой, где температура и давление достаточно высоки, гелий выбрасывается в окружающее пространство и затем разносится по всей галактике. Поэтому гелий встречается в большом количестве в недрах звезд, галактической среде и межзвездной пыли.
Во-вторых, геохимические процессы также способствуют образованию и наличию гелия на Земле. Газовые скважины и нефтяные месторождения являются основными источниками извлечения гелия. Этот газ образуется в результате радиоактивного распада природных радиоактивных элементов, таких как уран и торий, которые присутствуют в земной коре. Гелий проникает через пористые слои земли и скапливается в природных пещерах и подземных областях.
В-третьих, гелий имеет низкую плотность и химическую инертность, что делает его бесценным ресурсом для научных и коммерческих целей. Он используется в различных областях, включая научные исследования, производство электроники, медицину и аэронавтику. В особенности, гелий используется для обеспечения безопасного охлаждения в различных высокотехнологичных приложениях, включая магнитно-резонансную томографию (МРТ) и различные спутники и ракеты.