stringtranslate.com

Железная группа

В химии и физике группа железа относится к элементам , которые каким-то образом родственны железу ; в основном в периоде (ряде) 4 таблицы Менделеева. Этот термин имеет разные значения в разных контекстах.

В химии этот термин в значительной степени устарел, но он часто означает железо , кобальт и никель , также называемые триадой железа ; [1] или, иногда, другие элементы, напоминающие железо в некоторых химических аспектах.

В астрофизике и ядерной физике этот термин до сих пор довольно распространен и обычно означает эти три плюс хром и марганец — пять элементов, которые исключительно распространены как на Земле, так и в других частях Вселенной по сравнению с их соседями в периодической таблице. Титан и ванадий также производятся в сверхновых типа Ia . [2]

Общая химия

Группа железа в таблице Менделеева
Fe, Ni и Co находятся в группах 8, 9, 10 (старое название группы VIII).

В химии «группа железа» раньше относилась к железу и двум следующим элементам периодической таблицы , а именно кобальту и никелю . Эти трое составили «железную триаду». [1] Это верхние элементы групп 8, 9 и 10 периодической таблицы ; или верхний ряд «группы VIII» в старой (до 1990 г.) системе IUPAC или «группы VIIIB» в системе CAS . [3] Эти три металла (и три металла платиновой группы , расположенные непосредственно под ними) были выделены среди других элементов, поскольку они имеют очевидное сходство в своем химическом составе, но не имеют очевидного отношения ни к одной из других групп. Группа железа и ее сплавы обладают ферромагнетизмом .

Сходства в химии были отмечены как одна из триад Деберейнера и Адольфом Штрекером в 1859 году. [4] Действительно, «октавы» Ньюлендса (1865) подверглись резкой критике за отделение железа от кобальта и никеля. [5] Менделеев подчеркивал, что группы «химически аналогичных элементов» могут иметь одинаковый атомный вес , а также атомный вес, который увеличивается с одинаковым шагом, как в его оригинальной статье 1869 года [6] , так и в его Фарадеевской лекции 1889 года . [7]

Аналитическая химия

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

Основными катионами группы железа являются само железо (Fe 2+ и Fe 3+ ), алюминий (Al 3+ ) и хром (Cr 3+ ). [8] Если в образце присутствует марганец , небольшое количество гидратированного диоксида марганца часто осаждается вместе с гидроксидами группы железа. [8] Менее распространенные катионы, которые осаждаются с группой железа, включают бериллий , титан , цирконий , ванадий , уран , торий и церий . [9]

Астрофизика

Группа железа в астрофизике — это группа элементов от хрома до никеля , которых во Вселенной значительно больше, чем тех, которые идут после них — или непосредственно перед ними — в порядке атомного номера . [10] Изучение содержания элементов группы железа по отношению к другим элементам в звездах и сверхновых позволяет уточнить модели звездной эволюции .

Распространенность химических элементов в Солнечной системе. Масштаб вертикальной оси логарифмический. Наиболее распространены водород и гелий, образовавшиеся в результате Большого взрыва . Следующие три элемента (Li, Be, B) редки, поскольку плохо синтезируются при Большом взрыве, а также в звездах. Двумя общими тенденциями для остальных элементов, произведенных 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. «Пик железа» можно наблюдать у элементов рядом с железом как вторичный эффект, увеличивающий относительное содержание элементов с наиболее прочно связанными ядрами .

Объяснение такого относительного содержания можно найти в процессе нуклеосинтеза у некоторых звезд, особенно с  массой около 8–11 солнечных . В конце своей жизни, когда другие виды топлива исчерпаны, такие звезды могут вступить в короткую фазу « горения кремния ». [11] Это предполагает последовательное добавление ядер гелия .4
2Он
(« альфа-процесс ») к более тяжелым элементам, присутствующим в звезде, начиная с28
14Си
:

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

является эндотермическим. Не имея дополнительного источника энергии для поддержания себя, ядро ​​звезды коллапсирует само по себе, а внешние области взрываются сверхновой типа II . [11]

Никель-56 нестабилен по отношению к бета-распаду , а конечный стабильный продукт горения кремния56
26Фе
.

Часто ошибочно утверждают, что железо-56 исключительно распространено, поскольку оно является наиболее стабильным из всех нуклидов. [10] Это не совсем так:62
28Ни
и58
26Фе
имеют немного более высокие энергии связи на нуклон , то есть они немного более стабильны как нуклиды, как видно из таблицы справа. [15] Однако не существует быстрых путей нуклеосинтеза этих нуклидов.

Фактически, в верхней части кривой стабильности имеется несколько стабильных нуклидов элементов от хрома до никеля, что объясняет их относительное распространение во Вселенной. Нуклиды, не находящиеся на прямом пути альфа-процесса, образуются в результате s-процесса — захвата медленных нейтронов внутри звезды.

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

Смотрите также

Примечания и ссылки

Примечания

  1. ^ В более легких звездах с меньшим гравитационным давлением альфа-процесс протекает гораздо медленнее и фактически останавливается на этой стадии, поскольку титан-44 нестабилен по отношению к бета-распаду (t 1/2  = 60,0(11) лет).

Рекомендации

  1. ^ аб М. Грин, изд. (2002): Металлоорганическая химия , том 10, стр. 283. Королевское химическое общество; 430 страниц, ISBN  9780854043330.
  2. ^ Браво, Э. (2013). «Изучение термоядерных сверхновых в результате неполного процесса горения кремния». Астрономия и астрофизика . 550 : А24. arXiv : 1212.2410 . Бибкод : 2013A&A...550A..24B. дои : 10.1051/0004-6361/201220309. S2CID  49331289.
  3. ^ Шервуд Тейлор, Ф. (1942), Неорганическая и теоретическая химия (6-е изд.), Лондон: Heinemann, стр. 151–54, 727–28..
  4. ^ Стрекер, А. (1859), Theorien und Experimente zur Bestimmung der Atomgewichte der Elemente, Брауншвейг: Фридрих Видег.
  5. ^ «Труды обществ [Отчет о законе октав]», Chemical News , 13 : 113, 1866 г..
  6. ^ Менделеев, Д. (1869), «О связи свойств элементов с их атомным весом», Z. Chem. , 12 : 405–6.
  7. ^ Менделеев, Д. (1889), «Периодический закон химических элементов», J. Chem. Соц. , 55 : 634–56, doi : 10.1039/ct8895500634.
  8. ^ аб Фогель, Артур И. (1954), Учебник макро- и полумикро-качественного неорганического анализа (4-е изд.), Лондон: Longman, стр. 260–78, ISBN 0-582-44367-9.
  9. ^ Фогель, Артур И. (1954), Учебник макро- и полумикро-качественного неорганического анализа (4-е изд.), Лондон: Longman, стр. 592–611, ISBN 0-582-44367-9.
  10. ^ аб Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1984). Химия элементов. Оксфорд: Пергамон Пресс . стр. 13–16. ISBN 978-0-08-022057-4..
  11. ^ аб Вусли, Стэн; Янка, Томас (2005), «Физика сверхновых с коллапсом ядра», Nature Physics , 1 (3): 147–54, arXiv : astro-ph/0601261 , Bibcode : 2005NatPh...1..147W, CiteSeerX 10.1 .1.336.2176 , doi : 10.1038/nphys172, S2CID  118974639 .
  12. ^ Вапстра, АХ; Ауди, Г.; Тибо, К. (2003), Оценка атомной массы AME2003 (онлайн-изд.), Национальный центр ядерных данных. На основе:
    • Вапстра, АХ; Ауди, Г.; Тибо, К. (2003), «Оценка атомной массы AME2003 (I)», Nuclear Physics A , 729 : 129–336, Бибкод : 2003NuPhA.729..129W, doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.002
    • Ауди, Г.; Вапстра, АХ; Тибо, К. (2003), «Оценка атомной массы AME2003 (II)», Nuclear Physics A , 729 : 337–676, Бибкод : 2003NuPhA.729..337A, doi : 10.1016/j.nuclphysa.2003.11.003
  13. ^ Группа данных о частицах (2008), «Обзор физики элементарных частиц» (PDF) , Phys. Летт. B , 667 (1–5): 1–6, Bibcode : 2008PhLB..667....1A, doi : 10.1016/j.physletb.2008.07.018, hdl : 1854/LU-685594 , S2CID  227119789, заархивировано из оригинал (PDF) от 07 сентября 2020 г. , получено 13 декабря 2019 г.. Таблицы данных.
  14. ^ Мор, Питер Дж.; Тейлор, Барри Н.; Ньюэлл, Дэвид Б. (2008). «Рекомендуемые CODATA значения фундаментальных физических констант: 2006 г.» (PDF) . Обзоры современной физики . 80 (2): 633–730. arXiv : 0801.0028 . Бибкод : 2008РвМП...80..633М. doi : 10.1103/RevModPhys.80.633. Архивировано из оригинала (PDF) 1 октября 2017 г.Прямая ссылка на ценность.
  15. ^ Фьюэлл, член парламента (1995), «Атомный нуклид с самой высокой средней энергией связи», Am. Дж. Физ. , 63 (7): 653–58, Бибкод : 1995AmJPh..63..653F, номер документа : 10.1119/1.17828.