Skupina železa - Iron group

V chemii a fyzice je skupina železo se týká prvků, které jsou nějakým způsobem souvisí s železa ; většinou v období (řádek) 4 periodické tabulky. Termín má v různých kontextech různé významy.

V chemii je tento termín do značné míry zastaralý, ale často znamená železo , kobalt a nikl , nazývané také železná triáda ; nebo někdy jiné prvky, které v některých chemických aspektech připomínají železo.

V astrofyzice a jaderné fyzice je tento termín stále poměrně běžný a obvykle znamená tři plus chromu a manganu - pět prvků, které jsou výjimečně hojné, jak na Zemi, tak i jinde ve vesmíru, ve srovnání se svými sousedy v periodické tabulce. Titan a vanad se také vyrábějí v supernovách typu 1a .

Obecná chemie

V chemii se „skupinou železa“ označovalo železo a další dva prvky v periodické tabulce , konkrétně kobalt a nikl . Tyto tři obsahovaly „železnou triádu“. Jsou to nejvyšší prvky skupin 8, 9 a 10 periodické tabulky ; nebo horní řada „skupiny VIII“ ve starém systému IUPAC (před rokem 1990) nebo „skupiny VIIIB“ v systému CAS . Tyto tři kovy (a tři ze skupiny platiny , bezprostředně pod nimi) byly odděleny od ostatních prvků, protože mají ve své chemii zjevné podobnosti, ale zjevně nesouvisí s žádnou z ostatních skupin.

Podobnosti v chemii byly zaznamenány jako jedna z Döbereinerových triád a Adolphem Streckerem v roce 1859. Newlandsovy „oktávy“ (1865) byly skutečně ostře kritizovány za oddělení železa od kobaltu a niklu. Mendeleev zdůraznil, že skupiny „chemicky analogických prvků“ mohou mít podobné atomové hmotnosti i atomové hmotnosti, které se zvyšují o stejné přírůstky, a to jak ve svém původním dokumentu z roku 1869, tak ve své Faradayově přednášce z roku 1889 .

Analytická chemie

V tradičních metodách kvalitativní anorganické analýzy se skupina železa skládá z kationtů, které

• mají rozpustné chloridy ; a
• nejsou vysráží jako sulfidy podle sirovodíku v kyselých podmínek;
• se vysráží jako hydroxidy přibližně při pH 10 (nebo méně) v přítomnosti amoniaku .

Hlavními kationty ve skupině železa jsou samotné železo (Fe ²⁺ a Fe ³⁺ ), hliník (Al ³⁺ ) a chrom (Cr ³⁺ ). Pokud je ve vzorku přítomen mangan , malé množství hydratovaného oxidu manganičitého se často vysráží hydroxidy skupiny železa. Méně obvyklé kationty, které se vysrážejí se skupinou železa, zahrnují berylium , titan , zirkonium , vanad , uran , thorium a cer .

Astrofyzika

Skupina železa v astrofyzice je skupina prvků od chromu po nikl , které jsou ve vesmíru podstatně hojnější než ty, které přicházejí po nich - nebo bezprostředně před ně - podle atomového čísla . Studium hojnosti prvků skupiny železa ve srovnání s jinými prvky ve hvězdách a supernovách umožňuje upřesnění modelů hvězdné evoluce .

Hojnost chemických prvků ve sluneční soustavě. Mějte na paměti, že měřítko svislé osy je logaritmické. Nejčastěji se vyskytují vodík a helium z Velkého třesku . Další tři prvky (Li, Be, B) jsou vzácné, protože jsou špatně syntetizovány ve Velkém třesku a také ve hvězdách. Dva obecné trendy ve zbývajících hvězdně produkovaných prvcích jsou: (1) střídání hojnosti v prvcích, protože mají sudá nebo lichá atomová čísla, a (2) obecný pokles hojnosti, protože prvky se stávají těžšími. „Železný pík“ lze v prvcích poblíž železa pozorovat jako sekundární efekt, který zvyšuje relativní nadbytek prvků s nejsilněji vázanými jádry .

Vysvětlení této relativní hojnosti lze nalézt v procesu nukleosyntézy v určitých hvězdách, konkrétně ve hvězdách o hmotnosti přibližně 8–11  hmotností Slunce . Na konci svého života, jakmile jsou vyčerpána jiná paliva, mohou takové hvězdy vstoupit do krátké fáze „ hoření křemíku “. To zahrnuje postupné přidávání jader helia⁴
₂On
(„ alfa proces “) na těžší prvky přítomné ve hvězdě, počínaje 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

Všechny tyto jaderné reakce jsou exotermické : uvolněná energie částečně kompenzuje gravitační kontrakci hvězdy. Série však končí v⁵⁶
₂₈Ni
, jako další reakce v sérii

56 28Ni

+

4 2On

→

60 30Zn

je endotermický. Bez dalšího zdroje energie, který by se uživil, se jádro hvězdy zhroutí samo, zatímco vnější oblasti jsou odhozeny supernovou typu II .

Nikl-56 je nestabilní s ohledem na rozpad beta a konečný stabilní produkt hoření křemíku je⁵⁶
₂₆Fe
.

56 28Ni	→	56 27Co	+	β +	t 1/2  = 6,075 (10) d
56 27Co	→	56 26Fe	+	β +	t 1/2  = 77,233 (27) d

Často se nesprávně uvádí, že železo-56 je výjimečně běžné, protože je ze všech nuklidů nejstabilnější. To není tak docela pravda:⁶²
₂₈Ni
a ⁵⁸
₂₆Fe
mají o něco vyšší vazebné energie na nukleon - to znamená, že jsou o něco stabilnější jako nuklidy - jak je vidět z tabulky vpravo. K těmto nuklidům však neexistují žádné rychlé nukleosyntetické cesty.

Ve skutečnosti je kolem vrcholu křivky stability několik stabilních nuklidů prvků od chromu po nikl, což odpovídá jejich relativnímu množství ve vesmíru. Nuklidy, které nejsou na přímé dráze alfa-procesu, jsou vytvořeny s-procesem , zachycením pomalých neutronů uvnitř hvězdy.

Křivka vazebné energie na nukleon (vypočteno z defektu hmotnosti jaderné energie ) proti počtu nukleonů v jádře. Železo-56 je označeno blízko samého vrcholu křivky: je vidět, že „vrchol“ je docela plochý, což vysvětluje existenci několika společných prvků kolem železa.

Viz také

• Jednotlivé ionizované prvky skupiny železa
• S-proces
• Proces vypalování křemíku
• Hojnost chemických prvků

Poznámky a reference

Poznámky

Reference