Железная группа
В химии и физике группа железа относится к элементам , которые каким-то образом родственны железу ; преимущественно 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, которые в некоторых химических аспектах напоминают железо.
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
[ редактировать ]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 таблицы Менделеева ; 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 связаны явно ни с одной из других групп. Группа железа и ее сплавы обладают ферромагнетизмом .
Сходства в химии были отмечены одной из триад Дёберейнера и Адольфом Штрекером в 1859 году. [4] Действительно, «октавы» Ньюлендса (1865 г.) 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] и его лекция Фарадея 1889 года . [7]
Аналитическая химия
[ редактировать ]В традиционных методах качественного неорганического анализа группа железа состоит из тех катионов, которые
- имеют растворимые хлориды ; и
- не осаждаются в виде сульфидов сероводородом кислых в условиях ;
- осаждаются в виде гидроксидов при pH около 10 (или менее) в присутствии аммиака .
Основными катионами группы железа является само железо (Fe 2+ и Fe 3+ ), алюминий (Al 3+ ) и хром (Cr 3+ ). [8] Если марганец в образце присутствует , небольшое количество гидратированного диоксида марганца часто осаждается вместе с гидроксидами группы железа. [8] Менее распространенные катионы, которые осаждаются вместе с группой железа, включают бериллий , титан , цирконий , ванадий , уран , торий и церий . [9]
Астрофизика
[ редактировать ]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 .
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 гелия . ядер 4
2 Он
(« альфа-процесс ») к более тяжелым элементам, присутствующим в звезде, начиная с 28
14 Си
:
28
14 Си
+ 4
2 Он
→ 32
16 С32
16 С
+ 4
2 Он
→ 36
18 Ар36
18 Ар
+ 4
2 Он
→ 40
20 Калифорния40
20 Калифорния
+ 4
2 Он
→ 44
22 Ти
[примечание 1]44
22 Ти
+ 4
2 Он
→ 48
24 Кр48
24 Кр
+ 4
2 Он
→ 52
26 февраля52
26 февраля
+ 4
2 Он
→ 56
28 Ни
Все эти ядерные реакции являются экзотермическими : выделяющаяся энергия частично компенсирует гравитационное сжатие звезды. Однако сериал заканчивается на 56
28 Ни
, как следующая реакция в серии
56
28 Ни
+ 4
2 Он
→ 60
30 Зн
является эндотермическим. Не имея дополнительного источника энергии для поддержания себя, ядро звезды коллапсирует само по себе, а внешние области взрываются сверхновой II типа . [11]
Никель-56 нестабилен по отношению к бета-распаду , а конечный стабильный продукт горения кремния 56
26 февраля
.
| Масса нуклида [12] | Массовый дефект [13] | Энергия связи на нуклон [14] | |
|---|---|---|---|
| 62 28 Ни | 61,9283448(5) у | 0,5700031(6) ед. | 8,563872(10) МэВ |
| 58 26 февраля | 57.9332736(3) и | 0,5331899(8) ед. | 8,563158(12) МэВ |
| 56 26 февраля | 55.93493554(29) у | 0,5141981(7) е | 8,553080(12) МэВ |
Часто ошибочно утверждают, что железо-56 исключительно распространено, поскольку оно является наиболее стабильным из всех нуклидов. [10] Это не совсем так: 62
28 Ни
и 58
26 февраля
имеют немного более высокие энергии связи на нуклон , то есть они немного более стабильны как нуклиды, как видно из таблицы справа. [15] Однако быстрых путей нуклеосинтеза этих нуклидов не существует.
Фактически, в верхней части кривой стабильности находится несколько стабильных нуклидов элементов от хрома до никеля, что объясняет их относительное распространение во Вселенной. Нуклиды, которые не участвуют в прямом пути альфа-процесса, образуются в результате s-процесса — захвата медленных нейтронов внутри звезды.
См. также
[ редактировать ]Примечания и ссылки
[ редактировать ]Примечания
[ редактировать ]- ^ 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).
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б М. Грин, изд. (2002): Металлоорганическая химия , том 10, стр. 283. Королевское химическое общество; 430 страниц, ISBN 9780854043330
- ^ Браво, Э. (2013). «Понимание 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 .
- ^ Шервуд Тейлор, Ф. (1942), Неорганическая и теоретическая химия (6-е изд.), Лондон: Heinemann, стр. 151–54, 727–28 .
- ^ Стретчер, А. (1859), Теории и эксперименты по определению атомного веса элементов , Брауншвейг: Фридрих Видег .
- ^ «Труды обществ [Отчет о законе октав]» , Chemical News , 13 : 113, 1866 .
- ^ Менделеев, Д. (1869), «О связи свойств элементов с их атомным весом» , Z. Chem. , 12 : 405–6 .
- ^ Менделеев, Д. (1889), «Периодический закон химических элементов» , J. Chem. Соц. , 55 : 634–56, doi : 10.1039/ct8895500634 .
- ^ Перейти обратно: а б Фогель, Артур И. (1954), Учебник макро- и полумикро-качественного неорганического анализа (4-е изд.), Лондон: Longman, стр. 260–78, ISBN 0-582-44367-9 .
- ^ Фогель, Артур И. (1954), Учебник макро- и полумикро-качественного неорганического анализа (4-е изд.), Лондон: Longman, стр. 592–611, ISBN 0-582-44367-9 .
- ^ Перейти обратно: а б Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1984). Химия элементов . Оксфорд: Пергамон Пресс . стр. 13–16. ISBN 978-0-08-022057-4 . .
- ^ Перейти обратно: а б 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 .
- ^ Ван, Мэн; Хуанг, WJ; Кондев, ФГ; Ауди, Г.; Наими, С. (2021). «Оценка атомной массы AME 2020 (II). Таблицы, графики и ссылки». Китайская физика C . 45 (3): 030003. doi : 10.1088/1674-1137/abddaf .
- ^ 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 .
- ^ 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 . дои : 10.1103/RevModPhys.80.633 . Архивировано из оригинала (PDF) 1 октября 2017 г. Прямая ссылка на стоимость .
- ^ Фьюэлл, член парламента (1995), «Атомный нуклид с самой высокой средней энергией связи», Am. Дж. Физ. , 63 (7): 653–58, Бибкод : 1995AmJPh..63..653F , doi : 10.1119/1.17828 .