Elemento del período 4

A medida que aumenta el 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 los metales de transición— tienen de 1 a 12 electrones de valencia , respectivamente, que se ubican en las subcapas 4s y 3d.

Doce electrones por encima de la configuración electrónica del argón alcanzan la configuración del zinc , es decir 3d ¹⁰ 4s ² . Después de este elemento, la subcapa 3d llena se retira efectivamente de la química y la tendencia subsiguiente se parece mucho a las tendencias en los periodos 2 y 3 . Los elementos del bloque p del periodo  4 tienen su capa de valencia compuesta por las subcapas 4s y 4p de la cuarta ( n = 4 ) capa y obedecen la regla del octeto .

En química cuántica , este periodo marca la transición del paradigma simplificado de capas electrónicas a la investigación de numerosas subcapas con formas diferentes . La disposición relativa de sus niveles de energía está regida por la interacción de diversos efectos físicos. Los metales del bloque s de este periodo ubican sus electrones diferenciadores en el nivel 4s, a pesar de tener vacantes entre los estados nominalmente inferiores n = 3  , un fenómeno que no se observa en los elementos más ligeros. Por el contrario, los seis elementos desde el galio hasta el kriptón son los más pesados, donde todas las capas electrónicas por debajo de la capa de valencia están completamente llenas . Esto ya no es posible en periodos posteriores debido a la existencia de subcapas f a partir de n = 4 .

El potasio (K) es un metal alcalino , situado debajo del sodio y encima del rubidio , ^{[ 4 ]} y es el primer elemento del periodo 4. Es uno de los elementos químicos más reactivos y generalmente solo se encuentra en compuestos . Es un metal plateado ^{[ 5 ]} que se empaña rápidamente al exponerse 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 . El potasio tiene un punto de fusión relativamente bajo ; se derrite con una pequeña llama abierta. ^{[ 5 ]} También es menos denso que el agua y, en principio, puede flotar ^{[ 7 ]} (aunque reacciona con cualquier agua con la que se exponga). ^{[ 5 ]}

El calcio (Ca) es el segundo elemento del período. Es un metal alcalinotérreo , y el calcio nativo casi nunca se encuentra en la naturaleza, ya que reacciona con el agua. ^{[ 8 ]} Tiene una de las funciones biológicas más conocidas en todos los animales y 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.

El escandio (Sc) es el tercer elemento del periodo y el primer metal de transición de la tabla periódica. Es bastante común en la naturaleza, pero difícil de aislar debido a que su composición química es muy similar a 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. Es uno de los metales menos densos, pero también uno de los más resistentes y con mayor resistencia a la corrosión. Por ello, tiene numerosas aplicaciones, especialmente en aleaciones con otros elementos, como el hierro. Se utiliza comúnmente en aviones , palos de golf y otros objetos que requieren resistencia y ligereza.

El vanadio (V) es un elemento del grupo  5. Nunca se encuentra en estado puro en la naturaleza, pero sí en compuestos. El vanadio es similar al titanio en muchos aspectos, como su alta resistencia a la corrosión; sin embargo, a diferencia del titanio, se oxida en el aire incluso a temperatura ambiente. Todos los compuestos de vanadio presentan cierto grado de toxicidad, y algunos son extremadamente tóxicos.

El cromo (Cr) es un elemento del grupo  6. Al igual que el titanio y el vanadio, el cromo es extremadamente resistente a la corrosión y, de hecho, es uno de los componentes principales del acero inoxidable . Además, el cromo presenta numerosos compuestos de colores, por lo que se utiliza con frecuencia en pigmentos, como el verde cromo .

El manganeso (Mn) es un elemento del grupo  7. Suele encontrarse combinado con el hierro. Al igual que el cromo, el manganeso es un componente importante del acero inoxidable , ya que evita la oxidación del hierro. También se utiliza con frecuencia en pigmentos, al igual que el cromo. Sin embargo, el manganeso es tóxico; su inhalación en cantidades suficientes puede causar daños neurológicos irreversibles.

El hierro (Fe) es un elemento del grupo  8. Es el elemento más común en la Tierra entre los de este grupo, y probablemente el más conocido. Es el componente principal del acero . El hierro-56 tiene la menor densidad energética de todos los isótopos 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 está compuesta en parte de hierro.

El cobalto (Co) es un elemento del grupo  9. Se utiliza comúnmente en pigmentos, ya que muchos de sus compuestos son de color azul. El cobalto también es un componente fundamental de muchas aleaciones magnéticas y de alta resistencia. El único isótopo estable, el cobalto-59 , es un componente importante de la vitamina B12 , mientras que el cobalto-60 forma parte de la lluvia radiactiva y puede ser peligroso en grandes cantidades debido a su radiactividad.

El níquel (Ni) es un elemento del grupo  10. Es escaso en la corteza terrestre, principalmente debido a su reacción con el oxígeno del aire, y la mayor parte del níquel en la Tierra proviene de meteoritos de níquel-hierro . Sin embargo, es muy abundante en el núcleo terrestre ; junto con el hierro, es uno de sus 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. Es uno de los pocos metales que no es blanco ni gris; los otros dos son el oro , el osmio y el cesio . El cobre se ha utilizado durante miles de años para dar un tono rojizo a muchos objetos, e incluso es un nutriente esencial, aunque un exceso es tóxico. También se usa comúnmente como conservante de madera o fungicida .

El zinc (Zn) es un elemento del grupo  12. Es uno de los componentes principales del latón , utilizado desde el siglo X a. C. Además, el zinc es fundamental para la salud humana; casi 2 mil millones de personas en el mundo sufren de deficiencia de zinc. Sin embargo, un exceso de zinc puede provocar deficiencia de cobre. El zinc se utiliza frecuentemente en baterías, denominadas baterías de carbono-zinc , y es importante en muchos recubrimientos, ya que es muy resistente a la corrosión.

El galio (Ga) es un elemento del grupo  13 , debajo del aluminio . El galio es importante porque tiene un punto de fusión de aproximadamente 303 kelvin , cerca de la temperatura ambiente. Por ejemplo, será sólido en un día típico de primavera, pero líquido en un día caluroso de verano. El galio es un componente importante de la aleación galinstan , junto con el estaño. También se encuentra en los semiconductores.

El germanio (Ge) es un elemento del grupo  14. Al igual que el silicio , es un semiconductor importante y se utiliza comúnmente en diodos y transistores, a menudo en combinación con arsénico. El germanio es bastante escaso en la Tierra, lo que explica su descubrimiento relativamente tardío. En compuestos, el germanio puede irritar los ojos, la piel o los pulmones.

El arsénico (As) es un elemento del grupo  15 , el de los pnictógenos. Como se mencionó anteriormente, el arsénico se utiliza frecuentemente en semiconductores, en aleaciones con germanio. El arsénico, tanto en estado puro como en algunas aleaciones, es extremadamente tóxico para todos los organismos multicelulares y, por lo tanto, es un componente común en los pesticidas. El arsénico también se utilizaba en algunos pigmentos antes de que se descubriera su toxicidad.

El selenio (Se) es un elemento del grupo  16 , los calcógenos. Es el primer no metal del periodo  4 y posee propiedades similares al azufre . El selenio es bastante raro en estado puro en la naturaleza, encontrándose principalmente en minerales como la pirita , e incluso en estos casos es muy escaso. El selenio es necesario para los seres humanos en cantidades mínimas, pero es tóxico en grandes cantidades. El selenio es rojo en su estructura monomolar, pero gris metálico en su estructura cristalina.

El bromo (Br) es un elemento del grupo  17 (halógenos) . No existe en estado elemental en la naturaleza. A temperatura ambiente, el bromo es apenas líquido y hierve a unos 330 kelvin. Además, es bastante tóxico y corrosivo, pero los iones bromuro, relativamente inertes, se encuentran en la halita o sal de mesa. El bromo se utiliza a menudo como retardante de llama, ya que muchos compuestos pueden liberar átomos de bromo libres.

El criptón (Kr) es un gas noble , situado por debajo del argón y por encima del xenón . Al ser un gas noble, el criptón rara vez interactúa consigo mismo o con otros elementos; si bien se han detectado compuestos, todos son inestables y se desintegran rápidamente, por lo que se utiliza frecuentemente en lámparas fluorescentes. El criptón, como la mayoría de los gases nobles, también se utiliza en iluminación debido a sus numerosas líneas espectrales y a las razones ya mencionadas.