ธาตุใน คาบที่ 1คือธาตุเคมีที่อยู่ในแถวแรก (หรือคาบแรก ) ของตารางธาตุตารางธาตุจัดเรียงเป็นแถวเพื่อแสดงแนวโน้มที่เกิดขึ้นซ้ำๆ ในพฤติกรรมทางเคมีของธาตุเมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ้น โดยจะเริ่มต้นแถวใหม่เมื่อพฤติกรรมทางเคมีเริ่มซ้ำกัน หมายความว่าธาตุที่คล้ายคลึงกันจะอยู่ในคอลัมน์แนวตั้งเดียวกัน คาบแรกมีธาตุน้อยกว่าแถวอื่นๆ ในตาราง โดยมีเพียงสองธาตุคือไฮโดรเจนและฮีเลียมสถานการณ์นี้สามารถอธิบายได้ด้วยทฤษฎีโครงสร้างอะตอม สมัยใหม่ ใน คำอธิบายโครงสร้างอะตอม แบบกลศาสตร์ควอนตัมคาบนี้สอดคล้องกับการเติมเต็มออร์บิทัล 1sธาตุในคาบที่ 1 เป็นไปตามกฎ ดิวเอต กล่าวคือ พวกมันต้องการอิเล็กตรอน สองตัว เพื่อเติมเต็มเปลือกวา เลนซ์

ไฮโดรเจนและฮีเลียมเป็น ธาตุ ที่เก่าแก่ที่สุดและมีปริมาณมากที่สุดใน จักรวาล

คาบอื่นๆ ในตารางธาตุมีธาตุอย่างน้อยแปดชนิด และการพิจารณาแนวโน้มตามคาบมักจะเป็นประโยชน์ อย่างไรก็ตาม คาบที่ 1 มีเพียงสองธาตุ ดังนั้นแนวคิดนี้จึงใช้ไม่ได้กับคาบนี้

ในแง่ของแนวโน้มแนวตั้งลงมาตามกลุ่ม ฮีเลียมสามารถมองได้ว่าเป็นก๊าซเฉื่อย ทั่วไป ที่หัวกลุ่ม 18 ของ IUPAC แต่ดังที่ได้กล่าวไว้ด้านล่าง เคมีของไฮโดรเจนนั้นมีเอกลักษณ์เฉพาะตัวและไม่สามารถจัดให้อยู่ในกลุ่มใดกลุ่มหนึ่งได้อย่างง่ายดาย^{[ 1 ]}

วงโคจรอิเล็กตรอนแรกn = 1ประกอบด้วยออร์บิทัลเพียงหนึ่งเดียว และจำนวนอิเล็กตรอนวาเลนซ์ สูงสุด ที่ธาตุในคาบที่ 1 สามารถรองรับได้คือสองตัว โดยทั้งสองตัวอยู่ในออร์บิทัล 1s วงโคจรวาเลนซ์ไม่มีออร์บิทัล "p" หรือออร์บิทัลชนิดอื่นใด เนื่องจากข้อจำกัดทั่วไปของเลขควอนตัมl < nดังนั้น คาบที่ 1 จึงมีธาตุอยู่สองชนิดพอดี แม้ว่าทั้งไฮโดรเจนและฮีเลียมจะอยู่ในกลุ่ม sแต่ทั้งสองธาตุนี้กลับมีพฤติกรรมที่แตกต่างจากธาตุอื่นๆ ในกลุ่ม s อย่างมาก จนทำให้เกิดข้อถกเถียงกันอย่างมากว่าควรจัดวางธาตุทั้งสองนี้ไว้ที่ใดในตารางธาตุ

ตามการจัดเรียงอิเล็กตรอนอย่างง่าย ไฮโดรเจน (การจัดเรียงอิเล็กตรอน 1s ¹ ) และฮีเลียม (1s ² ) ควรอยู่ในหมู่ 1 และ 2 เหนือลิเธียม (1s ² 2s ¹ ) และเบริลเลียม (1s ² 2s ² ) ^{[ 2 ]}แม้ว่าการจัดวางเช่นนี้จะเป็นเรื่องปกติสำหรับไฮโดรเจน แต่ก็ไม่ค่อยได้ใช้สำหรับฮีเลียม นอกบริบทของการแสดงภาพการจัดเรียงอิเล็กตรอน โดยปกติไฮโดรเจนจะอยู่ในหมู่ 1 และฮีเลียมในหมู่ 18 ซึ่งเป็นการจัดวางที่พบในตารางธาตุ IUPAC ^{[ 3 ]}อาจพบความแตกต่างกันบ้างในทั้งสองเรื่องนี้^{[ 4 ]}

เช่นเดียวกับโลหะหมู่ 1 ไฮโดรเจนมีอิเล็กตรอนหนึ่งตัวในวงโคจรชั้นนอกสุด^{[ 2 ]}และโดยทั่วไปจะสูญเสียอิเล็กตรอนตัวเดียวในปฏิกิริยาเคมี^{[ 5 ]}มันมีคุณสมบัติทางเคมีคล้ายโลหะบางอย่าง เช่น สามารถแทนที่โลหะบางชนิดจากเกลือ ของพวกมัน ได้^{[ 5 ]}แต่ไฮโดรเจนจะก่อตัวเป็นก๊าซอโลหะไดอะตอมิกภายใต้สภาวะมาตรฐาน ซึ่งแตกต่างจากโลหะอัลคาไลที่เป็นโลหะแข็งที่ทำปฏิกิริยาได้ดี และการก่อตัวของไฮไดรด์ ของไฮโดรเจน ซึ่งมันได้รับอิเล็กตรอน ทำให้มันมีคุณสมบัติใกล้เคียงกับธาตุฮาโลเจนที่ทำเช่นเดียวกัน^{[ 5 ]} (แม้ว่าไฮโดรเจนจะก่อตัวเป็น H ⁻ ได้ยาก กว่า H ⁺ ก็ตาม ) ^{[ 6 ]}ยิ่งไปกว่านั้น ธาตุฮาโลเจนที่เบาที่สุดสองชนิด ( ฟลูออรีนและคลอรีน ) เป็นก๊าซเช่นเดียวกับไฮโดรเจนภายใต้สภาวะมาตรฐาน^{[ 5 ]}คุณสมบัติบางอย่างของไฮโดรเจนไม่เหมาะสมกับหมู่ใดหมู่หนึ่ง เช่น ไฮโดรเจนไม่สามารถออกซิไดซ์หรือรีดิวซ์ได้สูง และไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำ^{[ 6 ]}ดังนั้นไฮโดรเจนจึงมีคุณสมบัติที่สอดคล้องกับทั้งโลหะอัลคาไลและฮาโลเจน แต่ไม่ตรงกับกลุ่มใดกลุ่มหนึ่งอย่างสมบูรณ์ จึงทำให้ยากที่จะจัดวางตามเคมีของมัน^{[ 5 ]}ด้วยเหตุนี้ ในขณะที่การจัดวางอิเล็กตรอนของไฮโดรเจนในกลุ่มที่ 1 เป็นที่แพร่หลาย การจัดเรียงที่หายากกว่าบางแบบแสดงให้เห็นว่าไฮโดรเจนอยู่ในกลุ่มที่ 17 ^{[ 7 ]}ไฮโดรเจนซ้ำกันในทั้งกลุ่มที่ 1 และ 17 ^{[ 8 ] [ 9 ]}หรือแยกออกจากทุกกลุ่ม^{[ 9 ] [ 10 ] [ 4 ]}อย่างไรก็ตาม ความเป็นไปได้ของการ "แยก" ไฮโดรเจนได้รับการวิพากษ์วิจารณ์โดยEric Scerriซึ่งชี้ให้เห็นว่าการนำไฮโดรเจนออกจากทุกกลุ่มแสดงให้เห็นว่ามันถูกยกเว้นจากกฎของตารางธาตุ ในขณะที่ธาตุทั้งหมดควรอยู่ภายใต้กฎนั้น^{[ 11 ]}ผู้เขียนบางคนได้เสนอการจัดวางไฮโดรเจนที่ผิดปกติมากขึ้น เช่น กลุ่มที่ 13 หรือกลุ่มที่ 14 โดยอ้างอิงจากแนวโน้มของพลังงานไอออนไนเซชัน ความสัมพันธ์กับอิเล็กตรอน และค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตี^{[ 6 ]}

ฮีเลียมเป็นก๊าซเฉื่อยที่ไม่ทำปฏิกิริยาภายใต้สภาวะมาตรฐาน และมีวงโคจรชั้นนอกที่เต็ม: คุณสมบัติเหล่านี้คล้ายกับก๊าซเฉื่อยในหมู่ 18 แต่ไม่เหมือนกับโลหะอัลคาไลน์เอิร์ธที่ทำปฏิกิริยาได้ในหมู่ 2 เลย ดังนั้น ฮีเลียมจึงมักถูกจัดอยู่ในหมู่ 18 ^{[ 3 ]}ซึ่งคุณสมบัติของมันเข้ากันได้ดีที่สุด^{[ 4 ]}อย่างไรก็ตาม ฮีเลียมมีอิเล็กตรอนวงนอกเพียงสองตัวในวงโคจรชั้นนอก ในขณะที่ก๊าซเฉื่อยอื่นๆ มีแปดตัว และเป็นธาตุในบล็อก s ในขณะที่ก๊าซเฉื่อยอื่นๆ ทั้งหมดเป็นธาตุในบล็อก p นอกจากนี้ ฮีเลียมแข็งยังตกผลึกใน โครงสร้าง แบบหกเหลี่ยมอัดแน่นซึ่งตรงกับเบริลเลียมและแมกนีเซียมในหมู่ 2 แต่ไม่ตรงกับก๊าซเฉื่อยอื่นๆ ในหมู่ 18 ^{[ 12 ]}ด้วยวิธีเหล่านี้ ฮีเลียมจึงเข้ากันได้ดีกับโลหะอัลคาไลน์เอิร์ธ^{[ 2 ] [ 4 ]}ดังนั้น ตารางที่มีทั้งไฮโดรเจนและฮีเลียมลอยอยู่นอกทุกหมู่จึงอาจพบได้ยาก^{[ 10 ] [ 4 ]}

นักเคมีบางคน เช่นเฮนรี เบนท์ได้สนับสนุนให้ใช้การจัดวางอิเล็กตรอนในหมู่ 2 สำหรับฮีเลียม^{[ 13 ] [ 12 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]}การกำหนดนี้ยังพบได้ใน ตารางขั้นซ้ายของ ชาร์ลส์ เจเน็ต ข้อโต้แย้งสำหรับเรื่องนี้มักจะขึ้นอยู่กับแนวโน้มความผิดปกติของแถวแรก (s >> p > d > f) ซึ่งระบุว่าธาตุแรกของแต่ละหมู่มักจะมีพฤติกรรมที่แตกต่างจากธาตุถัดไปอย่างมาก ความแตกต่างมากที่สุดในบล็อก s (H และ He) ปานกลางสำหรับบล็อก p (B ถึง Ne) และน้อยกว่าสำหรับบล็อก d และ f ^{[ 13 ]}ดังนั้นฮีเลียมในฐานะธาตุ s ²ตัวแรกก่อนโลหะอัลคาไลน์เอิร์ธจึงโดดเด่นผิดปกติในแบบที่ฮีเลียมในฐานะก๊าซเฉื่อยตัวแรกไม่เป็นเช่นนั้น^{[ 13 ]}ศักยภาพการแตกตัวเป็นไอออนและสัมพัทธ์ของอิเล็กตรอนที่ปรับให้เป็นมาตรฐานแสดงแนวโน้มที่ดีกว่าเมื่อฮีเลียมอยู่ในหมู่ 2 มากกว่าในหมู่ 18 คาดว่าฮีเลียมจะมีปฏิกิริยามากกว่านีออนเล็กน้อย (ซึ่งขัดกับแนวโน้มทั่วไปของปฏิกิริยาในก๊าซเฉื่อย โดยที่ก๊าซที่มีน้ำหนักมากกว่าจะมีปฏิกิริยามากกว่า) และสารประกอบฮีเลียมที่คาดการณ์ไว้มักจะไม่มีอะนาล็อกของนีออนแม้ในทางทฤษฎี แต่บางครั้งก็มีอะนาล็อกของเบริลเลียม^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]}

ไฮโดรเจน (H) เป็นธาตุเคมีที่มีเลขอะตอม 1 ที่อุณหภูมิและความดันมาตรฐานไฮโดรเจนเป็นก๊าซไดอะตอมิก ที่ไม่มีสี ไม่มีกลิ่น ไม่มีโลหะ ไม่มี รส และ ติดไฟได้ ง่ายมากโดยมีสูตรโมเลกุล H₂ ไฮโดรเจน มีมวลอะตอม 1.00794 amu _ซึ่งเป็นธาตุที่เบาที่สุด^{[ 17 ]}

ไฮโดรเจนเป็นธาตุเคมีที่มี มากที่สุด โดยคิดเป็นประมาณ 75% ของมวลธาตุในจักรวาล ^{[ 18 ]}ดาวฤกษ์ในลำดับหลักส่วนใหญ่ประกอบด้วยไฮโดรเจนใน สถานะ พลาสมาไฮโดรเจนในรูปธาตุค่อนข้างหายากบนโลกและผลิตขึ้นในอุตสาหกรรมจากไฮโดรคาร์บอนเช่น มีเทน หลังจากนั้นไฮโดรเจนในรูปธาตุส่วนใหญ่จะถูกนำไปใช้ "ภายใน" (หมายถึงใช้ในพื้นที่ผลิต) โดยตลาดที่ใหญ่ที่สุดแบ่งเกือบเท่าๆ กันระหว่าง การยกระดับ เชื้อเพลิงฟอสซิลเช่นไฮโดรแคร็กกิ้งและ การผลิต แอมโมเนียซึ่งส่วนใหญ่ใช้สำหรับตลาดปุ๋ย ไฮโดรเจนอาจผลิตได้จากน้ำโดยใช้กระบวนการอิเล็กโทรไลซิสแต่กระบวนการนี้มีราคาแพงกว่าการผลิตไฮโดรเจนจากก๊าซธรรมชาติ อย่างมากในเชิงพาณิชย์ ^{[ 19 ]}

ไอโซโทปของไฮโดรเจนที่พบได้ทั่วไปตามธรรมชาติ ซึ่งรู้จักกันในชื่อ โปรเทียมมีโปรตอน เพียงตัวเดียว และไม่มีนิวตรอน[ ^{20 ] ใน}สารประกอบไอออนิก ไฮโดรเจนสามารถรับประจุบวก กลายเป็นแคตไอออนที่ประกอบด้วยโปรตอนเปล่า หรือรับประจุลบ กลายเป็นแอนไอออนที่เรียกว่าไฮไดรด์ไฮโดรเจนสามารถสร้างสารประกอบกับธาตุส่วนใหญ่ได้ และมีอยู่ในน้ำและสารประกอบอินทรีย์ส่วน ใหญ่ ^{[ 21 ]}มันมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่งในเคมีกรด-เบสซึ่งปฏิกิริยาหลายอย่างเกี่ยวข้องกับการแลกเปลี่ยนโปรตอนระหว่างโมเลกุลที่ละลายได้^{[ 22 ]}เนื่องจากเป็นอะตอมที่เป็นกลางเพียงอะตอมเดียวที่ สามารถแก้สม การชโรดิงเกอร์ได้ด้วยวิธีวิเคราะห์ การศึกษาพลังงานและสเปกตรัมของอะตอมไฮโดรเจนจึงมีบทบาทสำคัญในการพัฒนากลศาสตร์ควอนตัม^{[ 23 ]}

ปฏิสัมพันธ์ของไฮโดรเจนกับโลหะต่างๆ มีความสำคัญมากในด้านโลหะวิทยาเนื่องจากโลหะหลายชนิดอาจเกิดการเปราะตัวเนื่องจากไฮโดรเจน [ ^{24 ]}และในการพัฒนาวิธีการจัดเก็บไฮโดรเจนอย่างปลอดภัยเพื่อใช้เป็นเชื้อเพลิง^{[ 25 ]}ไฮโดรเจนละลายได้ดีในสารประกอบหลายชนิดที่ประกอบด้วยโลหะหายากและโลหะทรานซิชัน^{[ 26 ] และ}สามารถละลายได้ทั้งใน โลหะ ผลึกและโลหะอสัณฐาน^{[ 27 ]} ความสามารถในการละลายของไฮโดรเจนในโลหะได้รับอิทธิพลจากการบิดเบี้ยวหรือสิ่ง เจือปนในโครงผลึก ของโลหะ ^{[ 28 ]}

ฮีเลียม (He) เป็นธาตุเคมีโมโนอะตอม ที่ไม่มีสี ไม่มีกลิ่น ไม่มีรส ไม่เป็นพิษ เฉื่อยชา เป็นหัวของอนุกรม ก๊าซเฉื่อยในตารางธาตุและมีเลขอะตอม 2 ^{[ 29 ]}จุดเดือดและจุดหลอมเหลวของมันต่ำที่สุดในบรรดาธาตุต่างๆ และมันมีอยู่เฉพาะในรูปของก๊าซยกเว้นในสภาวะสุดขั้ว^{[ 30 ]}

ฮีเลียมถูกค้นพบในปี ค.ศ. 1868 โดยนักดาราศาสตร์ชาวฝรั่งเศสปิแอร์ แยนส์เซนซึ่งตรวจพบสารนี้เป็นครั้งแรกใน รูปของ เส้นสเปกตรัม สีเหลืองที่ไม่รู้จัก ในแสงจากสุริยุปราคา^{[ 31 ]} ในปี ค.ศ. 1903 มีการค้นพบแหล่งสำรองฮีเลียมจำนวนมากในแหล่งก๊าซธรรมชาติของสหรัฐอเมริกา ซึ่งเป็นผู้จัดหาก๊าซนี้รายใหญ่ที่สุด^{[ 32 ]}สารนี้ถูกนำไปใช้ในด้านไครโอเจนิกส์ [ ^{33 ]}ในระบบหายใจใต้น้ำลึก^{[ 34 ] เพื่อทำให้}แม่เหล็กตัวนำยิ่งยวด เย็นลง ในการหาอายุด้วยฮีเลียม [ ^{35 ] สำหรับ}การเติมลมลูกโป่ง[ ^{36 ] สำหรับ การ สร้าง}แรงยกในเรือเหาะ [ ^{37 ]}และเป็นก๊าซป้องกันสำหรับการใช้งานทางอุตสาหกรรม เช่นการเชื่อมด้วยไฟฟ้าและการปลูกแผ่นเวเฟอร์ซิลิคอน^{[ 38 ]} การสูด ดม ก๊าซนี้ในปริมาณ เล็กน้อยจะเปลี่ยนโทนเสียงและคุณภาพของเสียงมนุษย์ชั่วคราว^{[ 39 ]}พฤติกรรมของเฟสของเหลวสองเฟสของฮีเลียมเหลว-4 คือ ฮีเลียม I และฮีเลียม II มีความสำคัญต่อนักวิจัยที่ศึกษากลศาสตร์ควอนตัมและปรากฏการณ์ของสภาพยิ่งยวดโดยเฉพาะ^{[ 40 ]}และต่อผู้ที่ศึกษาผลกระทบของอุณหภูมิใกล้ศูนย์สัมบูรณ์ที่มีต่อสสารเช่นการนำยิ่งยวด^{[ 41 ]}

ฮีเลียมเป็นธาตุที่เบาที่สุดเป็นอันดับสองและมีมาก เป็นอันดับสอง ในเอกภพที่สังเกตได้^{[ 42 ]}ฮีเลียมส่วนใหญ่เกิดขึ้นในช่วงบิ๊กแบงแต่ฮีเลียมใหม่กำลังถูกสร้างขึ้นอันเป็นผลมาจากการหลอมรวมนิวเคลียร์ของไฮโดรเจนในดาวฤกษ์^{[ 43 ]}บนโลกฮีเลียมค่อนข้างหายากและถูกสร้างขึ้นจากการสลายตัว ตามธรรมชาติ ของธาตุกัมมันตรังสีบางชนิด^{[ 44 ]}เนื่องจากอนุภาคอัลฟาที่ปล่อยออกมาประกอบด้วยนิวเคลียส ของฮีเลียม ฮีเลียม กัมมันตรังสีนี้ถูกกักไว้กับก๊าซธรรมชาติในความเข้มข้นสูงถึงเจ็ดเปอร์เซ็นต์โดยปริมาตร^{[ 45 ]}ซึ่งจะถูกสกัดออกมาในเชิงพาณิชย์โดยกระบวนการแยกที่อุณหภูมิต่ำที่เรียกว่าการกลั่นแบบเศษส่วน^{[ 46 ]}

• Bloch, DR (2006). เคมีอินทรีย์แบบเข้าใจง่าย . McGraw-Hill Professional. ISBN 0-07-145920-0.