Элемент периода 4 - Period 4 element

А период 4 элемент один из химические элементы в четвертом ряду (или период ) из периодическая таблица элементов. Таблица Менделеева выстроена рядами, чтобы проиллюстрировать повторяющиеся (периодические) тенденции в химическом поведении элементов по мере увеличения их атомного номера: новая строка начинается, когда химическое поведение начинает повторяться, что означает, что элементы с аналогичным поведением попадают в одно и то же вертикальные колонны. Четвертый период содержит 18 элементов. начиная с калия и заканчивая криптон - по одному элементу для каждого из восемнадцать групп. Он видит первое появление d-блок (который включает в себя переходные металлы ) в таблице.

Характеристики

Каждый из этих элементов стабильный,^[1] и многие из них чрезвычайно распространены в земной коре и / или ядре; это последний период без каких-либо нестабильных элементов. Многие переходные металлы в периоде 4 очень сильный, и поэтому обычно используются в промышленности, особенно утюг. Известно, что три соседних элемента токсичны: мышьяк один из самых известных яды, селен токсичен для человека в больших количествах, и бром, токсичная жидкость. Многие элементы необходимы для выживания людей, например: кальций то, что образует кости.^[2]

Атомная структура

Продвижение к увеличению атомный номер, то Принцип Ауфбау заставляет элементы периода положить электроны на подоболочки 4s, 3d и 4p в указанном порядке. Однако есть исключения, например хром. Первые одиннадцать элементов -K, Ca, и переходные металлы - иметь от 1 до 11 валентные электроны соответственно, которые размещены на 4s и 3d.

Двенадцать электронов над электронная конфигурация из аргон достичь конфигурации цинк, а именно 3d¹⁰ 4 с². Заполненная трехмерная подоболочка от этого элемента эффективно уходит от химии и последующего тенденция очень похоже на тенденции в периоды 2 и 3. Элементы p-блока периода 4 имеют свои валентной оболочки состоящий из 4s и 4p подоболочек четвертый ( $п = 4$ ) ракушка и подчиняться Правило октета.

За квантовая химия именно в этот период происходит переход от упрощенного электронная оболочка парадигма к исследованию многих подоболочки разной формы, относительное расположение которых уровни энергии регулируется взаимодействием различных физических эффектов. Период s-образные металлы помещают свой дифференцирующий электрон на 4s, имеющие вакансии среди номинально более низких $п = 3$ состояния - явление, невидимое для более легких элементов. Напротив, семь элементов от цинка до криптон являются самыми тяжелыми, где все электронные оболочки ниже валентной оболочки заполнены полностью. Это невозможно в последующие периоды из-за существования f-подоболочки, начиная с $п = 4$ .

Список элементов

Химический элемент			Химическая серия	Электронная конфигурация

19	K	Калий	Щелочной металл	[Ar] 4s¹
20	Ca	Кальций	Щелочноземельный металл	[Ar] 4s²
21	Sc	Скандий	Переходный металл	[Ar] 3d¹ 4 с²
22	Ti	Титан	Переходный металл	[Ar] 3d² 4 с²
23	V	Ванадий	Переходный металл	[Ar] 3d³ 4 с²
24	Cr	Хром	Переходный металл	[Ar] 3d⁵ 4 с¹ (*)
25	Mn	Марганец	Переходный металл	[Ar] 3d⁵ 4 с²
26	Fe	Утюг	Переходный металл	[Ar] 3d⁶ 4 с²
27	Co	Кобальт	Переходный металл	[Ar] 3d⁷ 4 с²
28	Ni	Никель	Переходный металл	[Ar] 3d⁸ 4 с²
29	Cu	Медь	Переходный металл	[Ar] 3d¹⁰ 4 с¹ (*)
30	Zn	Цинк	Переходный металл	[Ar] 3d¹⁰ 4 с²
31	Ga	Галлий	Другой металл	[Ar] 3d¹⁰ 4 с² 4p¹
32	Ge	Германий	Металлоид	[Ar] 3d¹⁰ 4 с² 4p²
33	В качестве	Мышьяк	Металлоид	[Ar] 3d¹⁰ 4 с² 4p³
34	Se	Селен	Реактивный неметалл	[Ar] 3d¹⁰ 4 с² 4p⁴
35	Br	Бром	Галоген	[Ar] 3d¹⁰ 4 с² 4p⁵
36	Kr	Криптон	благородный газ	[Ar] 3d¹⁰ 4 с² 4p⁶

(*) Исключение из Правило Маделунга

Легенда о цвете фона

Фоновый цвет показывает категорию:

Щелочной металл

Щелочноземельный металл

Другой неметалл

s-блочные элементы

Калий

Калий (K) - это щелочной металл, помещенный под натрий и более рубидий, и является первым элементом периода 4.^[3] Это один из самых реактивный элементы периодической таблицы, поэтому обычно встречаются только в соединения. Он очень быстро окисляется на воздухе, что объясняет его быструю реакцию с кислородом при контакте с воздухом. На свежем воздухе он довольно серебристый, но быстро начинает тускнеть, поскольку вступает в реакцию с воздухом. Он достаточно мягкий, чтобы его можно было разрезать ножом, и это второй по величине плотный элемент.^[4] Калий имеет относительно низкий температура плавления; он растает, просто поместив его под небольшой открытый огонь.^[5] Кроме того, он менее плотен, чем вода, и, в свою очередь, может плавать.^[6]

Кальций

Кальций (Ca) - второй элемент периода. An щелочноземельный металл, кальций почти никогда не встречается в природе из-за его высокой реакционной способности с водой.^[7] Он играет одну из наиболее широко известных и признанных биологических ролей у всех животных и некоторых растений, составляя кости и зубы, и используется в некоторых приложениях в клетки, например, сигналы для клеточные процессы. Считается самым распространенным минеральная в массе тела.^[8]

элементы d-блока

Скандий

Скандий (Sc) - третий элемент в периоде и первый переходный металл в периодической таблице. Скандий довольно распространен в природе, но его трудно изолировать, поскольку он наиболее распространен в редкоземельный соединения, из которых трудно выделить элементы. Из-за вышеупомянутых фактов у скандия очень мало коммерческих применений, и в настоящее время его единственное основное применение находится в алюминий сплавы.

Титан

Титан (Ti) - элемент в группа 4. Титан - один из наименее плотных металлов, а также один из самых прочных и устойчивых к коррозии, и поэтому он имеет множество применений, особенно в сплавах с другими элементами, такими как железо. Благодаря своим вышеупомянутым свойствам он обычно используется в самолеты, гольф-клубы, и другие предметы, которые должны быть прочными, но легкими.

Ванадий

Ванадий (V) - элемент в группа 5. Ванадий никогда не встречается в природе в чистом виде, но обычно содержится в соединениях. Ванадий во многом похож на титан, например, он очень устойчив к коррозии, однако, в отличие от титана, он окисляется на воздухе даже при комнатной температуре. Все соединения ванадия обладают по крайней мере некоторым уровнем токсичности, а некоторые из них чрезвычайно токсичны.

Хром

Хром (Cr) - элемент в группа 6. Хром, как титан и ванадий до него, чрезвычайно устойчив к коррозии и действительно является одним из основных компонентов нержавеющая сталь. Хром также имеет много красочных соединений и поэтому очень часто используется в пигментах, таких как хром зеленый.

Марганец

Марганец (Mn) - элемент в группа 7. Марганец часто встречается в сочетании с железом. Марганец, как и хром до него, является важным компонентом в нержавеющая сталь, предохраняя утюг от ржавчины. Марганец также часто используется в пигментах, например, хром. Марганец также ядовит; если вдохнуть достаточно, это может вызвать необратимые неврологические нарушения.

Утюг

Утюг (Fe) - элемент в группа 8. Железо самый распространенный на Земле среди элементов периода, и, вероятно, самый известный из них. Это главный компонент стали. Утюг-56 имеет самую низкую плотность энергии любого изотопа любого элемента, что означает, что это самый массивный элемент, который может быть произведен в сверхгигант звезды. Железо также находит применение в организме человека; гемоглобин частично железо.

Кобальт

Кобальт (Co) - элемент в группа 9. Кобальт обычно используется в пигментах, так как многие соединения кобальта имеют синий цвет. Кобальт также является основным компонентом многих магнитных и высокопрочных сплавов. Единственный стабильный изотоп, кобальт-59, является важным компонентом витамин B-12, в то время как кобальт-60 является компонентом ядерных осадков и может быть опасен в достаточно больших количествах из-за своей радиоактивности.

Никель

Никель (Ni) - элемент в группа 10. Никель редко встречается в земной коре, в основном из-за того, что он реагирует с кислородом воздуха, причем большая часть никеля на Земле поступает из никель-железные метеориты. Однако никель очень распространен в Ядро Земли; наряду с железом это один из двух основных компонентов. Никель - важный компонент нержавеющей стали, и во многих суперсплавы.

Медь

Медь (Cu) - элемент в группа 11. Медь - один из немногих металлов, который не имеет белого или серого цвета, а единственный^{[нужна цитата ]} другие золото и цезий. Медь использовалась людьми в течение тысяч лет для придания красноватого оттенка.^{[требуется разъяснение ]} ко многим объектам и даже является важным питательным веществом для человека, хотя слишком много ядовито. Медь также обычно используется в качестве консерванта для древесины или фунгициды.

Цинк

Цинк (Zn) - элемент в группа 12. Цинк - один из основных компонентов латунь, используется с 10 века до нашей эры. Цинк также невероятно важен для человека; почти 2 миллиарда человек в мире страдают от дефицита цинка. Однако слишком много цинка может вызвать дефицит меди. Цинк часто используется в батареях, метко названных угольно-цинковые батареи, и важен для многих покрытий, так как цинк очень устойчив к коррозии.

p-блочные элементы

Галлий

Галлий (Ga) - элемент в группа 13, под алюминий. Галлий примечателен тем, что он имеет температуру плавления около 303 ° С. кельвины, примерно при комнатной температуре. Например, в обычный весенний день он будет твердым, а в жаркий летний день - жидким. Галлий - важный компонент сплава. Галинстан, вместе с оловом. Галлий также можно найти в полупроводниках.

Германий

Германий (Ge) - элемент в группа 14. Германий, как кремний над ним важный полупроводник и обычно используется в диодах и транзисторах, часто в сочетании с мышьяком. Германий довольно редко встречается на Земле, что привело к его сравнительно позднему открытию. Германий в соединениях иногда может раздражать глаза, кожу или легкие.

Мышьяк

Мышьяк (As) - элемент в группа 15. Мышьяк, как упоминалось выше, часто используется в полупроводниках в сплавах с германием. Мышьяк в чистом виде и в некоторых сплавах невероятно ядовит для всей многоклеточной жизни и, как таковой, является обычным компонентом пестицидов. Мышьяк также использовался в некоторых пигментах до того, как была обнаружена его токсичность.

Селен

Селен (Se) - элемент в группа 16. Селен - первый неметалл в период 4, со свойствами, подобными сера. Селен довольно редко встречается в природе в чистом виде, в основном он содержится в таких минералах, как пирит, да и то довольно редко. Селен необходим человеку в следовых количествах, но в больших количествах он токсичен. Селен - это калькоген. Селен имеет мономольную структуру красного цвета. Но он имеет металлический серый цвет по своей кристаллической структуре.

Бром

Бром (Br) - элемент в группа 17 (галоген). В природе не существует в элементарной форме. Бром едва ли жидкий при комнатной температуре, его температура кипения составляет около 330 кельвинов. Бром также довольно токсичен и вызывает коррозию, но ионы брома, которые относительно инертны, можно найти в галит, или поваренная соль. Бром часто используется как огнестойкий материал потому что многие соединения можно заставить высвобождать свободные атомы брома.

Криптон

Криптон (Kr) - это благородный газ, помещенный под аргон и более ксенон. Как благородный газ, криптон редко взаимодействует с самим собой или другими элементами; Хотя соединения были обнаружены, все они нестабильны и быстро распадаются, и поэтому криптон часто используется в люминесцентных лампах. Криптон, как и большинство благородных газов, также используется в освещении из-за множества спектральных линий и по вышеупомянутым причинам.

Биологическая роль

Многие элементы периода 4 играют роль в контроле функции белка как вторичные посланники, структурные компоненты или фермент кофакторы. Градиент калия используется клетками для поддержания мембранный потенциал что позволяет срабатывание нейротрансмиттера и облегченное распространение среди других процессов. Кальций - обычная сигнальная молекула для белков, таких как кальмодулин и играет решающую роль в запуске сокращение скелетных мышц у позвоночных. Селен входит в состав неканонический аминокислота, селеноцистеин; белки, содержащие селеноцистеин, известны как селенопротеины. Ферменты марганца используются как эукариоты и прокариоты, и может играть роль в вирулентности некоторых патогенных бактерий.^[9] Ванабинс, также известные как ассоциированные с ванадием белки, обнаруживаются в клетках крови некоторых видов морские брызги. Роль этих белков оспаривается, хотя есть некоторые предположения, что они действуют как переносчики кислорода. Ионы цинка используются для стабилизации цинковый палец Milleu из многих ДНК-связывающие белки.

Также можно найти элементы периода 4 комплексный с органическими маленькие молекулы сформировать кофакторы. Самый известный пример этого: гем: железосодержащий порфирин соединение, ответственное за перенос кислорода миоглобин и гемоглобин а также каталитическая активность ферменты цитохрома.^[10] Гемоцианин заменяет гемоглобин в качестве предпочтительного переносчика кислорода в крови некоторых беспозвоночных, в том числе подковообразные крабы, тарантулы, и осьминоги. Витамин B₁₂ представляет собой одно из немногих биохимических применений кобальта.