Группа железа - Iron group

В химии и физике , то железо группа относится к элементам , которые каким - либо образом связанные с железом ; в основном в периоде (строке) 4 периодической таблицы. Термин имеет разные значения в разных контекстах.

В химии этот термин в значительной степени устарел, но часто означает железо , кобальт и никель , также называемые триадой железа ; или, иногда, другие элементы, которые в некоторых химических аспектах напоминают железо.

В астрофизике и ядерной физике этот термин все еще довольно распространен, и обычно он означает эти три элемента плюс хром и марганец - пять элементов, которые чрезвычайно распространены как на Земле, так и в других частях Вселенной по сравнению с их соседями по периодической таблице. Титан и ванадий также образуются в сверхновых типа 1a .

Общая химия

Группа железа в периодической таблице
Водород Гелий
Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон
Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера Хлор Аргон
Калий Кальций Скандий Титан Ванадий Хром Марганец Железо Кобальт Никель Медь Цинк Галлий Германий Мышьяк Селен Бром Криптон
Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебряный Кадмий Индий Банка Сурьма Теллур Йод Ксенон
Цезий Барий Лантан Церий Празеодим Неодим Прометий Самарий Европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Гафний Тантал Вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Меркурий (элемент) Таллий Вести Висмут Полоний Астатин Радон
Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран Нептуний Плутоний Америций Кюрий Берклиум Калифорний Эйнштейний Фермий Менделевий Нобелий Лоуренсий Резерфордий Дубний Сиборгий Бориум Калий Мейтнерий Дармштадтиум Рентгений Копернициум Нихоний Флеровий Московиум Ливерморий Tennessine Оганессон
Fe, Ni и Co находятся в VIII группе (8, 9, 10).

В химии «группа железа» используется для обозначения железа и следующих двух элементов периодической таблицы , а именно кобальта и никеля . Эти три составляли «железную триаду». Они являются верхними элементами групп 8, 9 и 10 периодической таблицы ; или верхний ряд «группы VIII» в старой (до 1990 г.) системе ИЮПАК, или «группы VIIIB» в системе CAS . Эти три металла (и три металла платиновой группы , находящиеся непосредственно под ними) были отделены от других элементов, потому что они имеют очевидное сходство в своем химическом составе, но явно не связаны ни с одной из других групп.

Сходство в химии было отмечено как одна из триад Доберейнера и Адольфом Стрекером в 1859 году. Действительно, «октавы» Ньюлендса (1865) подверглись резкой критике за отделение железа от кобальта и никеля. Менделеев подчеркивал, что группы «химически аналогичных элементов» могут иметь одинаковые атомные веса, а также атомные веса, которые увеличиваются одинаково, как в его оригинальной статье 1869 года, так и в своей лекции Фарадея 1889 года .

Аналитическая химия

В традиционных методах качественного неорганического анализа группа железа состоит из тех катионов, которые

Основными катионами в группе железа являются само железо (Fe 2+ и Fe 3+ ), алюминий (Al 3+ ) и хром (Cr 3+ ). Если в образце присутствует марганец , небольшое количество гидратированного диоксида марганца часто осаждается с гидроксидами группы железа. Менее распространенные катионы, которые осаждаются вместе с группой железа, включают бериллий , титан , цирконий , ванадий , уран , торий и церий .

Астрофизика

Группа железа в астрофизике - это группа элементов от хрома до никеля , которых во Вселенной гораздо больше, чем тех, которые идут после них или непосредственно перед ними, в порядке их атомного номера . Изучение содержания элементов группы железа по сравнению с другими элементами в звездах и сверхновых позволяет уточнить модели звездной эволюции .

Изобилие химических элементов в Солнечной системе. Обратите внимание, что масштаб вертикальной оси логарифмический. Наиболее распространены водород и гелий после Большого взрыва . Следующие три элемента (Li, Be, B) встречаются редко, потому что они плохо синтезируются в результате Большого взрыва, а также в звездах. Двумя общими тенденциями в отношении оставшихся элементов, образованных звездами, являются: (1) изменение содержания элементов, поскольку они имеют четные или нечетные атомные номера, и (2) общее уменьшение содержания по мере того, как элементы становятся тяжелее. «Железный пик» может быть замечен в элементах рядом с железом как вторичный эффект, увеличивающий относительное содержание элементов с наиболее прочно связанными ядрами .

Объяснение этой относительной распространенности можно найти в процессе нуклеосинтеза у некоторых звезд, в частности звезд с массой около 8–11  Солнца . В конце своей жизни, когда другие виды топлива будут исчерпаны, такие звезды могут вступить в краткую фазу « горения кремния ». Это предполагает последовательное добавление ядер гелия4
2
Он
альфа-процесс ») к более тяжелым элементам, присутствующим в звезде, начиная с28
14
Si
:

28
14
Si
 
4
2
Он
 
→  32
16
S
32
16
S
 
4
2
Он
 
→  36
18
Ar
36
18
Ar
 
4
2
Он
 
→  40
20
Ca
40
20
Ca
 
4
2
Он
 
→  44
22
Ti
 
44
22
Ti
 
4
2
Он
 
→  48
24
Cr
48
24
Cr
 
4
2
Он
 
→  52
26
Fe
52
26
Fe
 
4
2
Он
 
→  56
28
Ni

Все эти ядерные реакции являются экзотермическими : выделяющаяся энергия частично компенсирует гравитационное сжатие звезды. Однако сериал заканчивается на56
28
Ni
, как следующая реакция в серии

56
28
Ni
 
4
2
Он
 
→  60
30
Zn

эндотермический. Без дополнительного источника энергии для поддержки себя, ядро ​​звезды коллапсирует само на себя, в то время как внешние области сдуваются в сверхновой типа II .

Никель-56 нестабилен по отношению к бета-распаду , и конечным стабильным продуктом горения кремния является56
26
Fe
.

56
28
Ni
 
→  56
27
Co
 
β +   т 1/2  = 6,075 (10) д
56
27
Co
 
→  56
26
Fe
 
β +   t 1/2  = 77,233 (27) d
  Масса нуклида Массовый дефект Энергия связи
на нуклон
62
28
Ni
61.9283451 (6) u 0,5700031 (6) ед. 8.563872 (10) МэВ
58
26
Fe
57.9332756 (8) u 0,5331899 (8) ед. 8.563158 (12) МэВ
56
26
Fe
55.9349375 (7) u 0,5141981 (7) u 8.553080 (12) МэВ

Часто неверно утверждают, что железо-56 является исключительно распространенным, поскольку оно является наиболее стабильным из всех нуклидов. Это не совсем так:62
28
Ni
а также 58
26
Fe
имеют немного более высокую энергию связи на нуклон, то есть они немного более стабильны, чем нуклиды, как видно из таблицы справа. Однако быстрых путей нуклеосинтеза к этим нуклидам не существует.

Фактически, есть несколько стабильных нуклидов элементов от хрома до никеля в верхней части кривой стабильности, что объясняет их относительную распространенность во Вселенной. Нуклиды, которые не находятся на прямом пути альфа-процесса, образуются в результате s-процесса , захвата медленных нейтронов внутри звезды.

Кривая зависимости энергии связи на нуклон (рассчитанной по дефекту ядерной массы ) от числа нуклонов в ядре. Железо-56 обозначено в верхней части кривой: видно, что «пик» довольно плоский, что объясняет существование нескольких общих элементов вокруг железа.

Смотрите также

Примечания и ссылки

Примечания

использованная литература