Элемент периода 4

Период 4 элемента является одним из химических элементов , в четвертой строке (или период ) в периодической таблице элементов . Таблица Менделеева выстроена в ряды, 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 криптоном  - по одному элементу для каждой из восемнадцати групп . Он видит первое появление d-блока (который включаетпереходные металлы ) в таблице.

Свойства [ править ]

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

Атомная структура [ править ]

Продвигаясь к увеличению атомного номера , принцип Ауфбау заставляет элементы периода помещать электроны на подоболочки 4s, 3d и 4p в указанном порядке. Однако есть исключения, например, хром . Первые двенадцать элементы- К , Са , и переходные металлы -Иметь от 1 до 12 валентных электронов соответственно, которые размещены на 4s и 3d.

Двенадцать электроны по электронной конфигурации из аргона достигают конфигурации цинка , а именно 3d ¹⁰  4s ² . После этого элемента заполненная трехмерная подоболочка фактически уходит от химии, и последующий тренд очень похож на тенденции в периодах 2 и 3 . Элементы p-блока периода 4 имеют свою валентную оболочку, состоящую из 4s и 4p подоболочки четвертой ( n = 4 ) оболочки, и подчиняются правилу октетов .

Для квантовой химии именно в этот период происходит переход от упрощенной парадигмы электронных оболочек к исследованию множества подоболочек различной формы , относительное расположение энергетических уровней которых определяется взаимодействием различных физических эффектов. Металлы s-блока периода помещают свой дифференцирующий электрон на 4s, имеющие вакансии среди номинально более низких n = 3 состояний  - явление, невидимое для более легких элементов. Напротив, шесть элементов от галлия до криптона являются самыми тяжелыми, если все электронные оболочки ниже валентной оболочки полностью заполнены.. В дальнейшем это невозможно из-за существования f-подоболочки, начиная с n = 4 .

Список элементов [ править ]

Химический элемент			Блокировать	Электронная конфигурация
19	K	Калий	s-блок	[Ar] 4s 1
20	Ca	Кальций	s-блок	[Ar] 4s 2
21 год	Sc	Скандий	d-блок	[Ar] 3d 1 4s 2
22	Ti	Титан	d-блок	[Ar] 3d 2 4s 2
23	V	Ванадий	d-блок	[Ar] 3d 3 4s 2
24	Cr	Хром	d-блок	[Ar] 3d 5 4s 1 (*)
25	Mn	Марганец	d-блок	[Ar] 3d 5 4s 2
26	Fe	Утюг	d-блок	[Ar] 3d 6 4s 2
27	Co	Кобальт	d-блок	[Ar] 3d 7 4s 2
28	Ni	Никель	d-блок	[Ar] 3d 8 4s 2
29	Cu	Медь	d-блок	[Ar] 3d 10 4s 1 (*)
30	Zn	Цинк	d-блок	[Ar] 3d 10 4s 2
31 год	Ga	Галлий	p-блок	[Ar] 3d 10 4s 2 4p 1
32	Ge	Германий	p-блок	[Ar] 3d 10 4s 2 4p 2
33	В качестве	Мышьяк	p-блок	[Ar] 3d 10 4s 2 4p 3
34	Se	Селен	p-блок	[Ar] 3d 10 4s 2 4p 4
35 год	Br	Бром	p-блок	[Ar] 3d 10 4s 2 4p 5
36	Kr	Криптон	p-блок	[Ar] 3d 10 4s 2 4p 6

(*) Исключение из правила Маделунга

элементы s-блока [ править ]

Калий [ править ]

Калий (K) - щелочной металл , расположенный под натрием и над рубидием , и является первым элементом периода 4. ^[3] Это один из наиболее реактивных элементов в периодической таблице, поэтому обычно встречается только в соединениях . 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 из-за реакции с воздухом. Он достаточно мягкий, чтобы его можно было разрезать ножом, и это второй наименее плотный элемент. ^[4] Калий имеет относительно низкую температуру плавления.; он растает, просто поместив его под небольшой открытый огонь. ^[5] Он также менее плотен, чем вода, и, в свою очередь, может плавать. ^[6]

Кальций [ править ]

Кальций (Ca) - второй элемент в периоде. 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 клетках , таких как сигналы для клеточных процессов . Он считается самым распространенным минералом в массе тела. ^[8]

элементы d-блока [ править ]

Скандий [ править ]

Скандий (Sc) - третий элемент в периоде и первый переходный металл в периодической таблице. Скандий довольно распространен в природе, но его трудно выделить, поскольку он наиболее распространен в соединениях редкоземельных элементов, из которых трудно выделить элементы. Из-за вышеупомянутых фактов у скандия очень мало коммерческого применения, и в настоящее время его единственное основное применение - алюминиевые сплавы.

Титан [ править ]

Титан (Ti) - элемент 4 группы . 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 самолетах , клюшках для гольфа и других объектах, которые должны быть прочными, но легкими.

Ванадий [ править ]

Ванадий (V) является элементом группы 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 [ править ]

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

Марганец [ править ]

Марганец (Mn) входит в группу 7 . Марганец часто встречается в сочетании с железом. Марганец, как и хром до него, является важным компонентом нержавеющей стали , предотвращающим ржавление железа. Марганец также часто используется в пигментах, например, хром. Марганец также ядовит; если вдохнуть достаточно, это может вызвать необратимые неврологические нарушения.

Утюг [ править ]

Железо (Fe) входит в группу 8 . Железо является самым распространенным на Земле элементом того периода и, вероятно, самым известным из них. Это основной компонент стали . Железо-56 имеет самую низкую плотность энергии среди изотопов любого элемента, а это означает, что это самый массивный элемент, который может быть произведен в сверхгигантских звездах . Железо также находит применение в организме человека; гемоглобин частично состоит из железа.

Кобальт [ править ]

Кобальт (Co) входит в группу 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 витамина 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 [ править ]

Никель (Ni) - элемент 10 группы . 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 никелево-железных метеоритов . Однако в ядре Земли никеля очень много ; наряду с железом это один из двух основных компонентов. Никель - важный компонент нержавеющей стали и многих суперсплавов .

Медь [ править ]

Медь (Cu) входит в группу 11 . Медь является одним из немногих металлов, не белый или серый цвет, единственный ^{[ править ]} другие являются золото и цезий . Медь использовалась людьми на протяжении тысяч лет для придания красноватого оттенка ^{[ требуется разъяснение ]} многим объектам, и даже является важным питательным веществом для человека, хотя слишком много ядовито. Медь также обычно используется в качестве консерванта для древесины или фунгицидов .

Цинк [ править ]

Цинк (Zn) входит в группу 12 . Цинк - один из основных компонентов латуни , которая использовалась 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, удачно названных углеродно-цинковыми батареями , и важен для многих покрытий, поскольку цинк очень устойчив к коррозии.

элементы p-блока [ править ]

Галлий [ править ]

Галлий (Ga) является элементом группы 13 , в соответствии с алюминием . Галлий примечателен тем, что он имеет температуру плавления около 303 кельвина , примерно при комнатной температуре. Например, в обычный весенний день он будет твердым, а в жаркий летний день - жидким. Галлий является важным компонентом сплава галинстан , наряду с оловом. Галлий также можно найти в полупроводниках.

Германий [ править ]

Германий (Ge) - элемент 14 группы . Германий, как и кремний над ним, является важным полупроводником 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 [ править ]

Мышьяк (As) входит в группу 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 [ править ]

Селен (Se) входит в группу 16 . Селен - первый неметалл в период 4, со свойствами, подобными сере . Селен довольно редко встречается в природе в чистом виде, в основном он содержится в минералах, таких как пирит , и даже в этом случае 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 [ править ]

Бром (Br) - элемент 17 группы (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 галите или поваренной соли. Бром часто используется в качестве антипирена, потому что многие соединения могут быть созданы для высвобождения свободных атомов брома.

Криптон [ править ]

Криптон (Kr) - благородный газ , помещенный в атмосферу аргона и ксенона . 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 [ править ]

Многие элементы периода 4 играют роль в контроле функции белков в качестве вторичных мессенджеров , структурных компонентов или кофакторов ферментов . Градиент калия используется клетками для поддержания мембранного потенциала, который позволяет запускать нейромедиатор и облегчает диффузию среди других процессов. Кальций является обычной сигнальной молекулой для белков, таких как кальмодулин, и играет важную роль в запуске сокращения скелетных мышц у позвоночных. Селен является компонентом неканонической аминокислоты , селеноцистеин ; белки, содержащие селеноцистеин, известны как селенопротеины.. Ферменты марганца используются как эукариотами, так и прокариотами и могут играть роль в вирулентности некоторых патогенных бактерий. ^[9] Ванабины , также известные как белки, связанные с ванадием, содержатся в клетках крови некоторых видов морских сквиртов . Роль этих белков оспаривается, хотя есть некоторые предположения, что они действуют как переносчики кислорода. Ионы цинка используются для стабилизации цинкового пальца milleu многие ДНК-связывающих белков .

Элементы периода 4 также могут быть обнаружены в комплексе с небольшими органическими молекулами с образованием кофакторов. Наиболее известным примером этого является гем : железосодержащее порфириновое соединение, ответственное за переносящую кислород функцию миоглобина и гемоглобина, а также за каталитическую активность ферментов цитохрома . ^[10] Гемоцианин заменяет гемоглобин в качестве предпочтительного переносчика кислорода в крови некоторых беспозвоночных, включая подковообразных крабов , тарантулов и осьминогов . Витамин B 12 представляет собой одно из немногих биохимических применений кобальта.

Ссылки [ править ]