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
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
- имеют растворимые хлориды ; а также
- не осаждают в виде сульфидов путем сероводорода в кислых условиях;
- осаждаются в виде гидроксидов при pH около 10 (или ниже) в присутствии аммиака .
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 .
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
2Он
(« альфа-процесс ») к более тяжелым элементам, присутствующим в звезде, начиная с28
14Si
:
28
14Si
+ 4
2Он
→ 32
16S
32
16S
+ 4
2Он
→ 36
18Ar
36
18Ar
+ 4
2Он
→ 40
20Ca
40
20Ca
+ 4
2Он
→ 44
22Ti
44
22Ti
+ 4
2Он
→ 48
24Cr
48
24Cr
+ 4
2Он
→ 52
26Fe
52
26Fe
+ 4
2Он
→ 56
28Ni
Все эти ядерные реакции являются экзотермическими : выделяющаяся энергия частично компенсирует гравитационное сжатие звезды. Однако сериал заканчивается на56
28Ni
, как следующая реакция в серии
56
28Ni
+ 4
2Он
→ 60
30Zn
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
26Fe
.
Масса нуклида | Массовый дефект | Энергия связи на нуклон |
|
---|---|---|---|
62 28Ni |
61.9283451 (6) u | 0,5700031 (6) ед. | 8.563872 (10) МэВ |
58 26Fe |
57.9332756 (8) u | 0,5331899 (8) ед. | 8.563158 (12) МэВ |
56 26Fe |
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
28Ni
а также 58
26Fe
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.
Смотрите также
- Однократно ионизированные элементы группы железа
- S-процесс
- Процесс горения кремния
- Изобилие химических элементов