Jakson 1 alkuaine on jaksollisen järjestelmän ensimmäisen jakson (rivin) alkuaine. Jaksollinen järjestelmä on järjestetty riveihin siten, että alkuaineiden toistuvat ominaisuudet tulevat esiin: samaan ryhmään kuuluvilla alkuaineilla on yleensä samanlaisia kemiallisia ominaisuuksia. Ensimmäisessä jaksossa on kuitenkin vähemmän alkuaineita kuin muissa jaksoissa — siellä on vain kaksi alkuainetta: vety ja helium. Tämä voidaan ymmärtää nykyaikaisten atomirakenneteorioiden ja kvanttifysiikan avulla.
Miksi ensimmäisellä jaksolla on vain kaksi alkuainetta?
Vastaus liittyy siihen, miten elektronit sijoittuvat atomin orbitaaleihin. Jakson 1 alkuaineet täyttävät 1s-orbitaalin, joka on kaikkien atomiorbitaalien yksinkertaisin energiataso. 1s-orbitaaliin mahtuu enintään kaksi elektronia, koska elektronit ovat fermioneja ja niiden tulee noudattaa Paulin kieltosääntöä: kahdella samassa orbitaalissa olevalla elektronilla on oltava eri spin-arvot. Tästä syystä nämä alkuaineet noudattavat niin kutsuttua duettosääntöä — ensimmäisen elektronikuoren täydentämiseksi tarvitaan vain kaksi elektronia, jotka täyttävät valenssikuoren (tässä tapauksessa 1s-kuoren) kokonaan.
Miten kvanttiluvut selittävät rajan?
Orbitaalien tilaa kuvataan kvanttiluvuilla: pääkvanttiluku n = 1 määrittää ensimmäisen tason, kulmaluku l = 0 (s-orbitaali) ja magneettinen kvanttiluku ml = 0. Jokaisella elektronilla on lisäksi spin-kvanttiluku ms, jonka arvot ovat +1/2 tai −1/2. Näin 1s-orbitaalissa on vain kaksi erilaista elektronitilaa — siksi vain kaksi elektronia voi mahtua siihen ja siksi ensimmäisellä jaksolla on korkeintaan kaksi eri alkuaineen elektronikonfiguraatiota (1 elektronin ja 2 elektronin tapaukset), eli vety ja helium.
Mitä seuraavissa jaksoissa tapahtuu?
Myöhemmillä jaksoilla (esim. jakso 2) käytettävissä on lisää orbitaaleja: 2s ja 2p (jossa on kolme 2p-orbitaalia). Näihin orbitaaleihin mahtuu yhteensä kahdeksan elektronia (2s: 2 ja 2p: 6), minkä vuoksi toinen jakso sisältää kahdeksan alkuainetta. Orbitaalien lukumäärän kasvu ja erilaisten energiatasojen järjestys selittävät, miksi pidemmät jaksot voivat sisältää enemmän alkuaineita.
Lisätieto ja mielenkiintoiset seikat
- Vety on erikoinen: vaikka sen elektronikonfiguraatio on 1s1, sen kemialliset ominaisuudet tekevät siitä välillä samanlaisen kuin alkalimetallit ja välillä kuin halogeenit — siksi vetyä voidaan sijoittaa jaksollisessa järjestelmässä eri paikkoihin riippuen käytetystä esitystavasta.
- Helium kuuluu käytännössä jalokaasuihin, koska sen 1s2-konfiguraatio on stabiili ja kemiallisesti inertti, vaikka sen sijoitus jaksollisessa järjestelmässä näkyy yleensä palkkina ryhmän yläreunassa.
- Atomin elektronirakenteen periaatteet — kuten Paulin kieltosääntö, Aufbau-periaate ja Hundin sääntö — yhdessä kvanttilukujen kanssa määräävät sen, kuinka monta alkuaineen muotoa mahtuu kuhunkin jaksoon.
Yhteenvetona: ensimmäisen jakson rajoittuu vain kahteen alkuaineeseen, koska siellä käytettävissä on ainoastaan yksi orbitaali (1s), ja siihen orbitaaliin mahtuu enintään kaksi elektronia. Tästä seuraa, että jakson 1 alkuaineet ovat vety ja helium.
