Grupa żelaza - Iron group
W chemicznych i fizycznych The grupy żelaza odnosi się do elementów, które są w jakiś sposób związany z żeliwa ; głównie w okresie (wiersz) 4 układu okresowego. Termin ma różne znaczenia w różnych kontekstach.
W chemii termin ten jest w dużej mierze przestarzały, ale często oznacza żelazo , kobalt i nikiel , zwany także triadą żelaza ; lub czasami inne pierwiastki, które przypominają żelazo w niektórych aspektach chemicznych.
W astrofizyce i fizyce jądrowej termin ten jest nadal dość powszechny i zazwyczaj oznacza te trzy plus chrom i mangan – pięć pierwiastków, które są wyjątkowo obfite zarówno na Ziemi, jak i gdzie indziej we wszechświecie, w porównaniu z ich sąsiadami w układzie okresowym. Tytan i wanad są również produkowane w supernowych typu 1a .
Chemia ogólna
W chemii „grupa żelazna” odnosiła się do żelaza i dwóch kolejnych pierwiastków w układzie okresowym pierwiastków , czyli kobaltu i niklu . Te trzy tworzyły „żelazną triadę”. Są to szczytowe elementy grup 8, 9 i 10 układu okresowego ; lub górny wiersz „grupy VIII” w starym (przed 1990 r.) systemie IUPAC lub „grupy VIIIB” w systemie CAS . Te trzy metale (i trzy z grupy platynowców , tuż pod nimi) zostały odsunięte od innych pierwiastków, ponieważ mają oczywiste podobieństwa w ich chemii, ale nie są oczywiście powiązane z żadną z pozostałych grup.
Podobieństwa w chemii zostały zauważone jako jedna z triad Döbereinera i przez Adolpha Streckera w 1859. Rzeczywiście, „oktawy” Newlandsa (1865) były ostro krytykowane za oddzielanie żelaza od kobaltu i niklu. Mendelejew podkreślił, że grupy „chemicznie analogicznych pierwiastków” mogą mieć podobne masy atomowe, jak również masy atomowe, które rosną w równych krokach, zarówno w jego oryginalnej pracy z 1869 roku, jak i w jego wykładzie Faradaya z 1889 roku .
Chemia analityczna
W tradycyjnych metodach jakościowej analizy nieorganicznej grupa żelaza składa się z tych kationów, które:
- mają rozpuszczalne chlorki ; oraz
- nie są wytrącane jako siarczki przez siarkowodór w warunkach kwasowych ;
- wytrącają się jako wodorotlenki przy pH około 10 (lub niższym) w obecności amoniaku .
Główne kationy w grupie żelaza to samo żelazo (Fe 2+ i Fe 3+ ), glin (Al 3+ ) i chrom (Cr 3+ ). Jeśli w próbce obecny jest mangan , niewielka ilość uwodnionego dwutlenku manganu jest często wytrącana wodorotlenkami grup żelaza. Mniej powszechne kationy wytrącane grupą żelazową obejmują beryl , tytan , cyrkon , wanad , uran , tor i cer .
Astrofizyka
Grupa żelaza w astrofizyce to grupa pierwiastków od chromu do niklu , których we wszechświecie jest znacznie więcej niż te, które występują po nich – lub bezpośrednio przed nimi – w kolejności liczby atomowej . Badanie obfitości pierwiastków z grupy żelaza w stosunku do innych pierwiastków w gwiazdach i supernowych pozwala udoskonalić modele ewolucji gwiazd .
Wyjaśnienie tej względnej obfitości można znaleźć w procesie nukleosyntezy w niektórych gwiazdach, szczególnie tych o masie około 8-11 mas Słońca . Pod koniec swojego życia, gdy inne paliwa wyczerpią się, takie gwiazdy mogą wejść w krótką fazę „ palenia krzemu ”. Wiąże się to z sekwencyjnym dodawaniem jąder helu4
2On
(" proces alfa ") do cięższych pierwiastków obecnych w gwieździe, zaczynając od28
14Si
:
28
14Si
+ 4
2On
→ 32
16S
32
16S
+ 4
2On
→ 36
18Ar
36
18Ar
+ 4
2On
→ 40
20Ca
40
20Ca
+ 4
2On
→ 44
22Ti
44
22Ti
+ 4
2On
→ 48
24Cr
48
24Cr
+ 4
2On
→ 52
26Fe
52
26Fe
+ 4
2On
→ 56
28Ni
Wszystkie te reakcje jądrowe są egzotermiczne : uwalniana energia częściowo kompensuje skurcz grawitacyjny gwiazdy. Jednak seria kończy się o56
28Ni
, jako kolejna reakcja w serii
56
28Ni
+ 4
2On
→ 60
30Zn
jest endotermiczny. Bez dalszego źródła energii do podtrzymania, rdzeń gwiazdy zapada się na siebie, podczas gdy zewnętrzne obszary są wydmuchiwane w supernowej typu II .
Nikiel-56 jest niestabilny w odniesieniu do rozpadu beta , a końcowym stabilnym produktem spalania krzemu jest56
26Fe
.
56
28Ni
→ 56
27Współ
+ β + t 1/2 = 6,075(10) d 56
27Współ
→ 56
26Fe
+ β + t 1/2 = 77,233(27) d
| Masa nuklidów | Wada masowa | Energia wiązania na nukleon |
|
|---|---|---|---|
| 62 28Ni |
61.9283451(6) u | 0.5700031(6) | 8.563872(10) MeV |
| 58 26Fe |
57.9332756(8) | 0.5331899(8) | 8.563158(12) MeV |
| 56 26Fe |
55.9349375(7) | 0.5141981(7) | 8.553080(12) MeV |
Często błędnie stwierdza się, że żelazo-56 jest wyjątkowo powszechne, ponieważ jest najbardziej stabilnym ze wszystkich nuklidów. To nie do końca prawda:62
28Ni
oraz 58
26Fe
mają nieco wyższe energie wiązania na nukleon – to znaczy są nieco bardziej stabilne jako nuklidy – jak widać w tabeli po prawej. Jednak nie ma szybkich szlaków nukleosyntezy do tych nuklidów.
W rzeczywistości na szczycie krzywej stabilności znajduje się kilka stabilnych nuklidów pierwiastków, od chromu po nikiel, co odpowiada za ich względną obfitość we wszechświecie. Nuklidy, które nie znajdują się na bezpośredniej ścieżce procesu alfa, powstają w procesie s , czyli wychwytywaniu wolnych neutronów w gwieździe.
Zobacz też
- Pojedynczo zjonizowane pierwiastki z grupy żelaza
- Proces S
- Proces wypalania krzemu
- Obfitość pierwiastków chemicznych