Un elemento del período 4 es uno de los elementos químicos de la cuarta fila (o período ) de la tabla periódica de los elementos químicos . La tabla periódica está dispuesta 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 la misma tabla periódica. 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 del bloque D (que incluye metales de transición ) en la tabla.
Todos los elementos del cuarto período son estables , [1] y muchos son extremadamente comunes en la corteza y/o el núcleo de la Tierra ; es el último período sin elementos inestables. Muchos metales de transición del período son muy fuertes y, por tanto, comunes en la industria , especialmente el hierro. [2] Algunos son tóxicos , siendo tóxicos todos los compuestos de vanadio conocidos, [3] el arsénico es uno de los venenos más conocidos y el bromo es un líquido tóxico. Por el contrario, muchos elementos son esenciales para la supervivencia humana, como el calcio, principal componente de los huesos . [2]
Avanzando 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, existen 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 encuentran en 4s y 3d.
Doce electrones de la configuración electrónica del argón alcanzan la configuración del zinc, es decir, 3d 10 4s 2 . Después de este elemento, el subnivel 3d lleno se retira efectivamente de la química y la tendencia posterior se parece mucho a las tendencias de 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 capa ( n = 4 ) y obedecen a la regla del octeto .
Para la química cuántica , concretamente, este período ve la transición del paradigma simplificado de la capa de electrones a la investigación de muchas subcapas de diferentes formas . 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 diferenciadores en 4s a pesar de tener vacantes entre estados n = 3 nominalmente más bajos , un fenómeno que no se observa en 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 subniveles f a partir de n = 4 .
(*) Excepción a la regla Madelung
El potasio (K) es un metal alcalino , debajo del sodio y encima del rubidio , [4] y el primer elemento del período 4. Uno de los elementos químicos más reactivos , generalmente se encuentra solo en compuestos . Es un metal plateado [5] que se empaña rápidamente cuando se expone al oxígeno del aire, que lo oxida . Es lo suficientemente blando como para cortarlo con un cuchillo [6] y es el segundo elemento menos denso . [ cita requerida ] El potasio tiene un punto de fusión relativamente bajo ; se derretirá bajo una pequeña llama abierta. [5] También es menos denso que el agua y, en principio, puede flotar [7] (aunque reaccionará con cualquier agua a la que esté expuesta). [5]
El calcio (Ca) es el segundo elemento del período. Un metal alcalinotérreo , el calcio nativo casi nunca se encuentra en la naturaleza, [ cita necesaria ] porque reacciona con el agua. [8] Tiene una de las funciones biológicas más conocidas en todos los animales y en algunas plantas, formando elementos estructurales como huesos y dientes. [9] También tiene aplicaciones en las células , como señales para procesos celulares . Se considera el mineral más abundante en el cuerpo humano. [ cita necesaria ]
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 es difícil de aislar porque su química refleja bastante bien la de otros compuestos de tierras raras . El escandio tiene muy pocas aplicaciones comerciales, siendo la principal excepción las aleaciones de aluminio .
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. Como tal, tiene muchas aplicaciones, especialmente en aleaciones con otros elementos, como el hierro. Se utiliza comúnmente en aviones , palos de golf y otros objetos que deben ser fuertes, pero livianos.
El vanadio (V) es un elemento del grupo 5 . El vanadio nunca se encuentra en forma pura en la naturaleza, pero comúnmente se encuentra en compuestos. El vanadio es similar al titanio en muchos aspectos, como por ejemplo 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 cierto nivel de toxicidad, y algunos de ellos son extremadamente tóxicos.
El cromo (Cr) es un elemento del grupo 6 . El cromo es, como antes el titanio y el vanadio, extremadamente resistente a la corrosión y, de hecho, es uno de los componentes principales del acero inoxidable . El cromo también tiene muchos compuestos coloridos y, como tal, se usa muy comúnmente en pigmentos, como el verde cromo .
El manganeso (Mn) es un elemento del grupo 7 . El manganeso se encuentra a menudo en combinación con 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 utiliza a menudo en pigmentos, al igual que el cromo. El manganeso también es venenoso; si se inhala una cantidad suficiente, puede provocar daños neurológicos irreversibles.
El hierro (Fe) es un elemento del grupo 8 . El hierro es el elemento 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.
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 nuclear y puede ser peligroso en cantidades suficientemente grandes debido a su radiactividad.
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 de la Tierra proviene de meteoritos de níquel-hierro . Sin embargo, el níquel es muy abundante en el núcleo terrestre ; junto con el hierro es uno de los dos componentes principales. El níquel es un componente importante del acero inoxidable y de muchas superaleaciones .
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 [ cita necesaria ] otros el oro , el osmio y el cesio . El cobre ha sido utilizado por los humanos durante miles de años para proporcionar un tinte rojizo [ se necesita aclaración ] a muchos objetos, e incluso es un nutriente esencial para los humanos, aunque en exceso es venenoso. El cobre también se utiliza comúnmente como conservante de la madera o fungicida .
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.C. El zinc también es increíblemente importante para los humanos; Casi 2 mil millones de personas en el mundo padecen deficiencia de zinc. Sin embargo, demasiado zinc puede provocar una deficiencia de cobre. El zinc se utiliza a menudo en baterías, acertadamente llamadas baterías de carbono-zinc , y es importante en muchos revestimientos, ya que el zinc es muy resistente a la corrosión.
El galio (Ga) es un elemento del grupo 13 , bajo el aluminio . El galio es digno de mención porque tiene un punto de fusión de aproximadamente 303 kelvin , aproximadamente a temperatura ambiente. Por ejemplo, será sólido en un típico día de primavera, pero líquido en un caluroso día de verano. El galio es un componente importante de la aleación galinstan , junto con el estaño. El galio también se puede encontrar en semiconductores.
El germanio (Ge) es un elemento del grupo 14 . El germanio, al igual que el silicio , 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 llevó a su descubrimiento comparativamente tardío. El germanio, en sus compuestos, a veces puede irritar los ojos, la piel o los pulmones.
El arsénico (As) es un elemento del grupo 15 , los pnictógenos. El arsénico, como se mencionó anteriormente, se usa a menudo en semiconductores en aleaciones con germanio. El arsénico, en forma pura y en algunas aleaciones, es increíblemente venenoso para toda la vida multicelular y, como tal, es un componente común de los pesticidas. El arsénico también se utilizó en algunos pigmentos antes de que se descubriera su toxicidad.
El selenio (Se) es un elemento del grupo 16 , los calcógenos. 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, y se encuentra principalmente en minerales como la pirita , e incluso así es bastante raro. El selenio es necesario para los humanos en pequeñas cantidades, pero es tóxico en cantidades mayores. El selenio es rojo en estructura monomolar pero gris metálico en su estructura cristalina.
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 y hierve a unos 330 kelvin. El bromo también es bastante tóxico y corrosivo, pero los iones bromuro, que son relativamente inertes, se pueden encontrar en la halita o sal de mesa. El bromo se utiliza a menudo como retardante de fuego porque se pueden fabricar muchos compuestos para liberar átomos de bromo libres.
El criptón (Kr) es un gas noble , situado debajo del argón y encima del 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 utiliza a menudo en luces fluorescentes. El criptón, como la mayoría de los gases nobles, también se utiliza en iluminación debido a sus numerosas líneas espectrales y por las razones antes mencionadas.
Muchos elementos del período 4 desempeñan 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. [10] Las vanabinas , también conocidas como proteínas asociadas al vanadio, se encuentran en las células sanguíneas de algunas especies de ascidias . El papel de estas proteínas es controvertido, aunque se especula que funcionan como transportadores de oxígeno. Los iones de zinc se utilizan para estabilizar el medio de los dedos de zinc de muchas proteínas de unión al ADN .
Los elementos del período 4 también se pueden encontrar formando complejos con pequeñas moléculas orgánicas para formar cofactores. El ejemplo más famoso de esto es el hemo : un compuesto de porfirina que contiene hierro responsable de la función de transporte de oxígeno de la mioglobina y la hemoglobina , así como de la actividad catalítica de las enzimas citocromo . [11] La hemocianina reemplaza a la hemoglobina como el transportador de oxígeno preferido 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.