Группа железа

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 ; ^[1] или, иногда, другие элементы, напоминающие железо в некоторых химических аспектах.

В астрофизике и ядерной физике этот термин все еще довольно распространен и обычно 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.

Общая химия [ править ]

В химии «группа железа» используется для обозначения железа и следующих двух элементов периодической таблицы , а именно кобальта и никеля . Эти три составляли «железную триаду». ^[1] 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 . ^[2] Эти три металла (и три металла платиновой группы , находящиеся непосредственно под ними) были отделены от других элементов, потому что у них есть очевидное сходство в их химии, но очевидно, что они не связаны ни с одной из других групп.

Сходство в химии было отмечено как одна из триад Доберейнера и Адольфом Стрекером в 1859 году. ^[3] Действительно, «октавы» Ньюлендса (1865) подверглись резкой критике за отделение железа от кобальта и никеля. ^[4] Менделеев подчеркнул, что группы «химически аналогичных элементов» могут иметь одинаковые атомные веса, а также атомные веса, которые увеличиваются одинаково, как в его оригинальной статье 1869 года ^{[5], так} и в своей лекции Фарадея 1889 года . ^[6]

Аналитическая химия [ править ]

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

имеют растворимые хлориды ; и
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⁺ ). ^[7] Если в образце присутствует марганец , небольшое количество гидратированного диоксида марганца часто осаждается с гидроксидами группы железа. ^[7] Менее распространенные катионы, которые осаждаются вместе с группой железа, включают бериллий , титан , цирконий , ванадий , уран , торий и церий .^[8]

Астрофизика [ править ]

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 . ^[9] 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) редки, потому что они плохо синтезируются при Большом взрыве, а также в звездах. Двумя общими тенденциями в отношении оставшихся 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. «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 ». ^[10] Это включает последовательное добавление ядер гелия.4 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 ^{[примечание 1]}
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 схлопывается само на себя, в то время как внешние области сдуваются в сверхновой типа II . ^[10]

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

⁵⁶ ₂₈Ni	→	56 27Co	+	β +	т _1/2 = 6,075 (10) д
⁵⁶ ₂₇Co	→	⁵⁶ ₂₆Fe	+	β ⁺	t _1/2 = 77,233 (27) d

	Масса нуклида ^[11]	Дефект массы ^[12]	Энергия связи на нуклон ^[13]
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. ^[9] Это не совсем так:62 28Ni и 58 26Feимеют немного более высокую энергию связи на нуклон, то есть они немного более стабильны, чем нуклиды, как видно из таблицы справа. ^[14] 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.

См. Также [ править ]

Однократно ионизированные элементы группы железа
S-процесс
Процесс горения кремния
Изобилие химических элементов

Примечания и ссылки [ править ]

Заметки [ править ]

^ В более легких звездах с меньшим гравитационным давлением альфа-процесс протекает намного медленнее и фактически останавливается на этой стадии, поскольку титан-44 нестабилен по отношению к бета-распаду (t_1/2 = 60,0 (11) лет).

Ссылки [ править ]

^ а б М. Грин, изд. (2002): Металлоорганическая химия , том 10, стр. 283. Королевское химическое общество; 430 страниц, ISBN 9780854043330
^ Шервуд Тейлор, Ф. (1942), Неорганическая и теоретическая химия (6-е изд.), Лондон: Heinemann, стр. 151–54, 727–28.
^ Strecker, A. (1859), Theorien und Experimente zur Bestimmung der Atomgewichte der Elemente , Брауншвейг: Фридрих Vieweg.
^ "Труды обществ [Отчет о законе октав]" , Chemical News , 13 : 113, 1866.
^ Mendelejeff, D. (1869), "О связи свойств элементов с их атомным весом" , Z. Chem. , 12 : 405–6.
^ Mendeléeff, D. (1889), "Периодический закон химических элементов" , J. Chem. Soc. , 55 : 634-56, DOI : 10.1039 / ct8895500634.
^ a b Фогель, Артур I. (1954), Учебник макро- и полумикро качественного неорганического анализа (4-е изд.), Лондон: Longman, стр. 260–78, ISBN 0-582-44367-9.
^ Фогель, Arthur I. (1954), Учебник макро и Semimicro Качественный анализ Неорганические (4 - е изд.), Лондон: Longman, стр 592-611,. ISBN 0-582-44367-9.
^ a b Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1984). Химия элементов . Оксфорд: Pergamon Press . С. 13–16. ISBN 978-0-08-022057-4..
^ а б Вусли, Стэн; Янка, Томас (2005), "Физика сверхновых с коллапсом ядер ", Nature Physics , 1 (3): 147–54, arXiv : astro-ph / 0601261 , Bibcode : 2005NatPh ... 1..147W , CiteSeerX 10.1 .1.336.2176 , DOI : 10.1038 / nphys172 .
^ Wapstra, AH; Audi, G .; Тибо, К. (2003), Оценка атомной массы AME2003 (онлайн-редактор), Национальный центр ядерных данных
. По материалам:
- Wapstra, AH; Audi, G .; Тибо, К. (2003), "Оценка атомной массы AME2003 (I)", ядерная физика , 729 : 129-336, Bibcode : 2003NuPhA.729..129W , DOI : 10.1016 / j.nuclphysa.2003.11.002
- Audi, G .; Wapstra, AH; Тибо, К. (2003), "Оценка атомной массы AME2003 (II)", ядерная физика , 729 : 337-676, Bibcode : 2003NuPhA.729..337A , DOI : 10.1016 / j.nuclphysa.2003.11.003
^ Группа данных по частицам (2008), "Обзор физики элементарных частиц" (PDF) , Phys. Lett. B , 667 (1–5): 1–6, Bibcode : 2008PhLB..667 .... 1A , doi : 10.1016 / j.physletb.2008.07.018 . Таблицы данных .
^ Мор, Питер Дж .; Тейлор, Барри Н .; Ньюэлл, Дэвид Б. (2008). «Рекомендуемые значения фундаментальных физических констант CODATA: 2006» (PDF) . Обзоры современной физики . 80 (2): 633–730. arXiv : 0801.0028 . Bibcode : 2008RvMP ... 80..633M . DOI : 10.1103 / RevModPhys.80.633 . Архивировано из оригинального (PDF) 01.10.2017. Прямая ссылка на стоимость .
^ Fewell, МП (1995), «Атомный нуклидов с высокой средней энергией», Am. J. Phys. , 63 (7): 653-58, Bibcode : 1995AmJPh..63..653F , DOI : 10.1119 / 1,17828.

[11] В более легких звездах с меньшим гравитационным давлением альфа-процесс протекает намного медленнее и фактически останавливается на этой стадии, поскольку титан-44 нестабилен по отношению к бета-распаду (t_1/2 = 60,0 (11) лет).

[green-1] а б М. Грин, изд. (2002): Металлоорганическая химия , том 10, стр. 283. Королевское химическое общество; 430 страниц, ISBN 9780854043330

[2] Шервуд Тейлор, Ф. (1942), Неорганическая и теоретическая химия (6-е изд.), Лондон: Heinemann, стр. 151–54, 727–28.

[3] Strecker, A. (1859), Theorien und Experimente zur Bestimmung der Atomgewichte der Elemente , Брауншвейг: Фридрих Vieweg.

[4] "Труды обществ [Отчет о законе октав]" , Chemical News , 13 : 113, 1866.

[5] Mendelejeff, D. (1869), "О связи свойств элементов с их атомным весом" , Z. Chem. , 12 : 405–6.

[6] Mendeléeff, D. (1889), "Периодический закон химических элементов" , J. Chem. Soc. , 55 : 634-56, DOI : 10.1039 / ct8895500634.

[Vogel-7] Фогель, Артур I. (1954), Учебник макро- и полумикро качественного неорганического анализа (4-е изд.), Лондон: Longman, стр. 260–78, ISBN 0-582-44367-9.

[8] Фогель, Arthur I. (1954), Учебник макро и Semimicro Качественный анализ Неорганические (4 - е изд.), Лондон: Longman, стр 592-611,. ISBN 0-582-44367-9.

[G&E-9] Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1984). Химия элементов . Оксфорд: Pergamon Press . С. 13–16. ISBN 978-0-08-022057-4..

[Siburn-10] а б Вусли, Стэн; Янка, Томас (2005), "Физика сверхновых с коллапсом ядер ", Nature Physics , 1 (3): 147–54, arXiv : astro-ph / 0601261 , Bibcode : 2005NatPh ... 1..147W , CiteSeerX 10.1 .1.336.2176 , DOI : 10.1038 / nphys172 .

[AME-12] Wapstra, AH; Audi, G .; Тибо, К. (2003), Оценка атомной массы AME2003 (онлайн-редактор), Национальный центр ядерных данных. По материалам:
Wapstra, AH; Audi, G .; Тибо, К. (2003), "Оценка атомной массы AME2003 (I)", ядерная физика , 729 : 129-336, Bibcode : 2003NuPhA.729..129W , DOI : 10.1016 / j.nuclphysa.2003.11.002
Audi, G .; Wapstra, AH; Тибо, К. (2003), "Оценка атомной массы AME2003 (II)", ядерная физика , 729 : 337-676, Bibcode : 2003NuPhA.729..337A , DOI : 10.1016 / j.nuclphysa.2003.11.003

[13] Wapstra, AH; Audi, G .; Тибо, К. (2003), "Оценка атомной массы AME2003 (I)", ядерная физика , 729 : 129-336, Bibcode : 2003NuPhA.729..129W , DOI : 10.1016 / j.nuclphysa.2003.11.002

[14] Audi, G .; Wapstra, AH; Тибо, К. (2003), "Оценка атомной массы AME2003 (II)", ядерная физика , 729 : 337-676, Bibcode : 2003NuPhA.729..337A , DOI : 10.1016 / j.nuclphysa.2003.11.003

[Amsler-13] Группа данных по частицам (2008), "Обзор физики элементарных частиц" (PDF) , Phys. Lett. B , 667 (1–5): 1–6, Bibcode : 2008PhLB..667 .... 1A , doi : 10.1016 / j.physletb.2008.07.018 . Таблицы данных .

[CODATA-14] Мор, Питер Дж .; Тейлор, Барри Н .; Ньюэлл, Дэвид Б. (2008). «Рекомендуемые значения фундаментальных физических констант CODATA: 2006» (PDF) . Обзоры современной физики . 80 (2): 633–730. arXiv : 0801.0028 . Bibcode : 2008RvMP ... 80..633M . DOI : 10.1103 / RevModPhys.80.633 . Архивировано из оригинального (PDF) 01.10.2017. Прямая ссылка на стоимость .

[15] Fewell, МП (1995), «Атомный нуклидов с высокой средней энергией», Am. J. Phys. , 63 (7): 653-58, Bibcode : 1995AmJPh..63..653F , DOI : 10.1119 / 1,17828.

[1]