Elementos del Período 4

Un elemento del período 4 es uno de los elementos químicos en la cuarta fila (o período) de la tabla periódica de los elementos. La tabla periódica se presenta en filas para ilustrar tendencias recurrentes (periódicas) en el comportamiento químico de los elementos a medida que aumenta su número atómico: se comienza una nueva fila cuando el comportamiento químico comienza a repetirse, lo que significa que los elementos con comportamiento similar caen en el mismo columnas verticales. El cuarto período contiene 18 elementos que comienzan con potasio y terminan con criptón, un elemento para cada uno de los dieciocho grupos. Ve la primera aparición de d-block (que incluye metales de transición) en la tabla.

Propiedades

Cada uno de estos elementos es estable, y muchos son extremadamente comunes en la corteza y/o el núcleo de la Tierra; es el último período sin elementos inestables en absoluto. Muchos de los metales de transición en el período 4 son muy fuertes y, por lo tanto, se usan comúnmente en la industria, especialmente el hierro. Se sabe que tres elementos adyacentes son tóxicos, siendo el arsénico uno de los venenos más conocidos, el selenio que es tóxico para los humanos en grandes cantidades y el bromo, un líquido tóxico. Muchos elementos son esenciales para la supervivencia de los humanos, como el calcio que forma los huesos.

Estructura atomica

Progresando hacia el aumento del número atómico, el principio de Aufbau hace que los elementos del período coloquen electrones en las subcapas 4s, 3d y 4p, en ese orden. Sin embargo, hay excepciones, como el cromo. Los primeros doce elementos (K, Ca y metales de transición) tienen de 1 a 12 electrones de valencia respectivamente, que se ubican en 4s y 3d.

Doce electrones sobre la configuración electrónica del argón alcanzan la configuración del zinc, es decir, 3d  4s. Después de este elemento, la subcapa 3d completa se retira efectivamente de la química y la tendencia subsiguiente se parece mucho a las tendencias en los períodos 2 y 3. Los elementos del bloque p del período 4 tienen su capa de valencia compuesta por subcapas 4s y 4p de la cuarta (n = 4) shell y obedece la regla del octeto.

Para la química cuántica, este período ve la transición del paradigma simplificado de la capa de electrones a la investigación de muchas subcapas de formas diferentes. La disposición relativa de sus niveles de energía está gobernada por la interacción de varios efectos físicos. Los metales del bloque s del período colocaron sus electrones de diferenciación en 4s a pesar de tener vacantes entre los estados n = 3 nominalmente más bajos, un fenómeno que no se ve en los elementos más ligeros. Por el contrario, los seis elementos desde el galio hasta el criptón son los más pesados ​​donde todas las capas de electrones debajo de la capa de valencia están completamente llenas. Esto ya no es posible en períodos posteriores debido a la existencia de f-subcapas a partir de n = 4.

Lista de elementos

Elemento químico	Bloquear	Configuración electronica
19	k	Potasio	bloque s	[Ar] 4s
20	California	Calcio	bloque s	[Ar] 4s
21	Carolina del Sur	Escandio	bloque d	[Ar] 3d 4s
22	ti	Titanio	bloque d	[Ar] 3d 4s
23	V	Vanadio	bloque d	[Ar] 3d 4s
24	cr	Cromo	bloque d	[Ar] 3d 4s (*)
25	Minnesota	Manganeso	bloque d	[Ar] 3d 4s
26	Fe	Hierro	bloque d	[Ar] 3d 4s
27	Co	Cobalto	bloque d	[Ar] 3d 4s
28	Ni	Níquel	bloque d	[Ar] 3d 4s
29	cobre	Cobre	bloque d	[Ar] 3d 4s (*)
30	zinc	Zinc	bloque d	[Ar] 3d 4s
31	Georgia	Galio	bloque p	[Ar] 3d 4s 4p
32	ge	Germanio	bloque p	[Ar] 3d 4s 4p
33	Como	Arsénico	bloque p	[Ar] 3d 4s 4p
34	Se	Selenio	bloque p	[Ar] 3d 4s 4p
35	hermano	Bromo	bloque p	[Ar] 3d 4s 4p
36	kr	Criptón	bloque p	[Ar] 3d 4s 4p

(*) Excepción a la regla Madelung

Elementos del bloque s

Potasio

El potasio (K) es un metal alcalino, colocado debajo del sodio y sobre el rubidio, y es el primer elemento del período 4. Es uno de los elementos más reactivos de la tabla periódica, por lo tanto, generalmente solo se encuentra en compuestos. Tiende a oxidarse en el aire muy rápidamente, lo que explica su rápida reacción con el oxígeno cuando se expone recientemente al aire. Cuando está recién expuesto, es bastante plateado, pero rápidamente comienza a deslustrarse a medida que reacciona con el aire. Es lo suficientemente suave para ser cortado con un cuchillo y es el segundo elemento menos denso. El potasio tiene un punto de fusión relativamente bajo; se derretirá con solo ponerlo bajo una pequeña llama abierta. También es menos denso que el agua y, a su vez, puede flotar.

Calcio

El calcio (Ca) es el segundo elemento del período. Un metal alcalinotérreo, el calcio casi nunca se encuentra en la naturaleza debido a su alta reactividad con el agua. Tiene una de las funciones biológicas más conocidas y reconocidas en todos los animales y algunas plantas, formando huesos y dientes, y se utiliza en algunas aplicaciones en las células, como señales para procesos celulares. Es considerado como el mineral más abundante en la masa corporal.

Elementos del bloque d

Escandio

El escandio (Sc) es el tercer elemento del período y es el primer metal de transición en la tabla periódica. El escandio es bastante común en la naturaleza, pero difícil de aislar porque es más frecuente en compuestos de tierras raras, de los cuales es difícil aislar elementos. El escandio tiene muy pocas aplicaciones comerciales debido a los hechos antes mencionados, y actualmente su única aplicación importante es en aleaciones de aluminio.

Titanio

El titanio (Ti) es un elemento del grupo 4. El titanio es uno de los metales menos densos y uno de los más fuertes y resistentes a la corrosión, y como tal tiene muchas aplicaciones, especialmente en aleaciones con otros elementos, como el hierro. Debido a sus propiedades antes mencionadas, se usa comúnmente en aviones, palos de golf y otros objetos que deben ser fuertes, pero livianos.

Vanadio

El vanadio (V) es un elemento del grupo 5. El vanadio nunca se encuentra en forma pura en la naturaleza, pero se encuentra comúnmente en compuestos. El vanadio es similar al titanio en muchos aspectos, como que es muy resistente a la corrosión; sin embargo, a diferencia del titanio, se oxida en el aire incluso a temperatura ambiente. Todos los compuestos de vanadio tienen al menos algún nivel de toxicidad, y algunos de ellos son extremadamente tóxicos.

Cromo

El cromo (Cr) es un elemento del grupo 6. El cromo es, al igual que el titanio y el vanadio antes que él, extremadamente resistente a la corrosión y, de hecho, es uno de los principales componentes del acero inoxidable. El cromo también tiene muchos compuestos coloridos y, como tal, se usa muy comúnmente en pigmentos, como el verde cromo.

Manganeso

El manganeso (Mn) es un elemento del grupo 7. El manganeso se encuentra a menudo en combinación con el hierro. El manganeso, como antes el cromo, es un componente importante del acero inoxidable, que evita que el hierro se oxide. El manganeso también se usa a menudo en pigmentos, nuevamente como el cromo. El manganeso también es venenoso; si se inhala lo suficiente, puede causar daños neurológicos irreversibles.

Hierro

El hierro (Fe) es un elemento del grupo 8. El hierro es el más común en la Tierra entre los elementos de este período, y probablemente el más conocido de ellos. Es el componente principal del acero. El hierro-56 tiene la densidad de energía más baja de cualquier isótopo de cualquier elemento, lo que significa que es el elemento más masivo que se puede producir en estrellas supergigantes. El hierro también tiene algunas aplicaciones en el cuerpo humano; la hemoglobina es en parte hierro.

Cobalto

El cobalto (Co) es un elemento del grupo 9. El cobalto se usa comúnmente en pigmentos, ya que muchos compuestos de cobalto son de color azul. El cobalto también es un componente central de muchas aleaciones magnéticas y de alta resistencia. El único isótopo estable, el cobalto-59, es un componente importante de la vitamina B-12, mientras que el cobalto-60 es un componente de la lluvia radioactiva y puede ser peligroso en cantidades suficientemente grandes debido a su radiactividad.

Níquel

El níquel (Ni) es un elemento del grupo 10. El níquel es raro en la corteza terrestre, principalmente debido al hecho de que reacciona con el oxígeno del aire, y la mayor parte del níquel en la Tierra proviene de meteoritos de níquel-hierro. Sin embargo, el níquel es muy abundante en el núcleo de la Tierra; junto con el hierro es uno de los dos componentes principales. El níquel es un componente importante del acero inoxidable y de muchas superaleaciones.

Cobre

El cobre (Cu) es un elemento del grupo 11. El cobre es uno de los pocos metales que no es de color blanco o gris, siendo los únicos otros el oro, el osmio y el cesio. Los seres humanos han utilizado el cobre durante miles de años para proporcionar un tinte rojizo a muchos objetos, e incluso es un nutriente esencial para los seres humanos, aunque en exceso es venenoso. El cobre también se usa comúnmente como conservante de madera o fungicida.

Zinc

El zinc (Zn) es un elemento del grupo 12. El zinc es uno de los principales componentes del latón y se utiliza desde el siglo X a. El zinc también es increíblemente importante para los humanos; casi 2 mil millones de personas en el mundo sufren de deficiencia de zinc. Sin embargo, demasiado zinc puede causar deficiencia de cobre. El zinc se usa a menudo en baterías, acertadamente llamadas baterías de zinc-carbono, y es importante en muchos revestimientos, ya que el zinc es muy resistente a la corrosión.

Elementos del bloque p

Galio

El galio (Ga) es un elemento del grupo 13, debajo del aluminio. El galio es digno de mención porque tiene un punto de fusión de aproximadamente 303 Kelvin, aproximadamente a temperatura ambiente. Por ejemplo, estará sólido en un día típico de primavera, pero estará líquido en un caluroso día de verano. El galio es un componente importante en la aleación galinstan, junto con el estaño. El galio también se puede encontrar en semiconductores.

Germanio

El germanio (Ge) es un elemento del grupo 14. El germanio, como el silicio encima, es un semiconductor importante y se usa comúnmente en diodos y transistores, a menudo en combinación con arsénico. El germanio es bastante raro en la Tierra, lo que lleva a su descubrimiento relativamente tardío. El germanio, en compuestos, a veces puede irritar los ojos, la piel o los pulmones.

Arsénico

El arsénico (As) es un elemento del grupo 15. El arsénico, como se mencionó anteriormente, se usa a menudo en semiconductores en aleaciones con germanio. El arsénico, en forma pura y algunas aleaciones, es increíblemente venenoso para toda la vida multicelular y, como tal, es un componente común en los pesticidas. El arsénico también se usó en algunos pigmentos antes de que se descubriera su toxicidad.

Selenio

El selenio (Se) es un elemento del grupo 16. El selenio es el primer no metal del período 4, con propiedades similares al azufre. El selenio es bastante raro en forma pura en la naturaleza, se encuentra principalmente en minerales como la pirita, e incluso entonces es bastante raro. El selenio es necesario para los seres humanos en pequeñas cantidades, pero es tóxico en grandes cantidades. El selenio es un calcógeno. El selenio es rojo en estructura monomolar pero gris metálico en su estructura cristalina.

Bromo

El bromo (Br) es un elemento del grupo 17 (halógeno). No existe en forma elemental en la naturaleza. El bromo es apenas líquido a temperatura ambiente, hirviendo a unos 330 Kelvin. El bromo también es bastante tóxico y corrosivo, pero los iones de bromuro, que son relativamente inertes, se pueden encontrar en la halita o la sal de mesa. El bromo se usa a menudo como retardador de fuego porque se pueden hacer muchos compuestos para liberar átomos de bromo libres.

Criptón

Krypton (Kr) es un gas noble, colocado debajo de argón y sobre xenón. Al ser un gas noble, el criptón rara vez interactúa consigo mismo o con otros elementos; aunque se han detectado compuestos, todos son inestables y se descomponen rápidamente y, como tal, el criptón se usa a menudo en luces fluorescentes. El criptón, como la mayoría de los gases nobles, también se usa en iluminación debido a sus muchas líneas espectrales y las razones antes mencionadas.

Rol biológico

Muchos elementos del período 4 encuentran funciones en el control de la función de las proteínas como mensajeros secundarios, componentes estructurales o cofactores enzimáticos. Las células utilizan un gradiente de potasio para mantener un potencial de membrana que permite la activación de neurotransmisores y facilita la difusión, entre otros procesos. El calcio es una molécula de señalización común para proteínas como la calmodulina y desempeña un papel fundamental en el desencadenamiento de la contracción del músculo esquelético en los vertebrados. El selenio es un componente del aminoácido no canónico selenocisteína; Las proteínas que contienen selenocisteína se conocen como selenoproteínas. Las enzimas de manganeso son utilizadas tanto por eucariotas como por procariotas, y pueden desempeñar un papel en la virulencia de algunas bacterias patógenas.Las vanabinas, también conocidas como proteínas asociadas al vanadio, se encuentran en las células sanguíneas de algunas especies de ascidias. Se discute el papel de estas proteínas, aunque se especula que funcionan como transportadores de oxígeno. Los iones de zinc se utilizan para estabilizar el entorno de dedos de zinc de muchas proteínas de unión al ADN.

Los elementos del período 4 también se pueden encontrar complejados con pequeñas moléculas orgánicas para formar cofactores. El ejemplo más famoso de esto es el hemo: un compuesto de porfirina que contiene hierro y es responsable de la función de transporte de oxígeno de la mioglobina y la hemoglobina, así como de la actividad catalítica de las enzimas citocromo. La hemocianina reemplaza a la hemoglobina como el transportador de oxígeno elegido en la sangre de ciertos invertebrados, incluidos los cangrejos herradura, las tarántulas y los pulpos. La vitamina B ₁₂ representa una de las pocas aplicaciones bioquímicas del cobalto.