مجموعة الحديد

📅 آخر تحديث: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة

في الكيمياء والفيزياء ، تشير مجموعة الحديد إلى العناصر التي ترتبط بالحديد بطريقة أو بأخرى ، وتحديداً تلك الموجودة في الدورة (الصف) الرابعة من الجدول الدوري. ويختلف معنى هذا المصطلح باختلاف السياقات.

في الكيمياء، أصبح المصطلح قديمًا إلى حد كبير، ولكنه غالبًا ما يشير إلى الحديد والكوبالت والنيكل ، والتي تُسمى أيضًا بالثالوث الحديدي . [ 1 ] وقد يشير أحيانًا إلى عناصر أخرى تُشبه الحديد في بعض الجوانب الكيميائية، مثل عناصر المجموعة الثامنة المستقرة ( الحديد ، والروثينيوم ، والأوزميوم ) . [ 2 ] [ 3 ]

في الفيزياء الفلكية والفيزياء النووية ، لا يزال هذا المصطلح شائعًا، ويشير عادةً إلى العناصر الثلاثة المذكورة بالإضافة إلى الكروم والمنغنيز - وهي خمسة عناصر وفيرة بشكل استثنائي، سواء على الأرض أو في أماكن أخرى من الكون، مقارنةً بجيرانها في الجدول الدوري. كما يُنتج التيتانيوم والفاناديوم في المستعرات العظمى من النوع Ia . [ 4 ]

الكيمياء العامة

في الكيمياء، كان مصطلح "مجموعة الحديد" يُشير إلى الحديد والعنصرين التاليين له في الجدول الدوري ، وهما الكوبالت والنيكل . تُشكل هذه العناصر الثلاثة "ثلاثية الحديد". [ 1 ] وهي العناصر العليا في المجموعات 8 و9 و10 من الجدول الدوري ؛ أو الصف العلوي من "المجموعة الثامنة" في نظام IUPAC القديم (قبل عام 1990)، أو من "المجموعة الثامنة ب" في نظام CAS . [ 5 ] تم تمييز هذه المعادن الثلاثة (ومعادن مجموعة البلاتين الثلاثة ، التي تليها مباشرة) عن العناصر الأخرى نظرًا لتشابهها الواضح في تركيبها الكيميائي، مع عدم وجود صلة واضحة بينها وبين أي من المجموعات الأخرى. تُظهر مجموعة الحديد وسبائكها خاصية المغناطيسية الحديدية .

لوحظت أوجه التشابه في الكيمياء كإحدى ثلاثيات دوبراينر ، وكذلك من قبل أدولف ستريكر عام 1859. [ 6 ] في الواقع، تعرضت "الأوكتافات" لنيولاندز (1865) لانتقادات لاذعة لفصلها الحديد عن الكوبالت والنيكل. [ 7 ] أكد مندليف أن مجموعات "العناصر المتشابهة كيميائيًا" يمكن أن يكون لها أوزان ذرية متقاربة ، وكذلك أوزان ذرية تزداد بزيادات متساوية، وذلك في بحثه الأصلي عام 1869 [ 8 ] ومحاضرة فاراداي التي ألقاها عام 1889. [ 9 ]

الكيمياء التحليلية

في الطرق التقليدية للتحليل غير العضوي النوعي، تتكون مجموعة الحديد من تلك الكاتيونات التي

الأيونات الموجبة الرئيسية في مجموعة الحديد هي الحديد نفسه (Fe²⁺ و Fe³⁺ ) ، والألومنيوم (Al³⁺ ) ، والكروم (Cr³⁺ ) . [ 10 ] في حال وجود المنغنيز في العينة، غالبًا ما تترسب كمية صغيرة من ثاني أكسيد المنغنيز المائي مع هيدروكسيدات مجموعة الحديد. [ 10 ] تشمل الأيونات الموجبة الأقل شيوعًا التي تترسب مع مجموعة الحديد: البريليوم ، والتيتانيوم ، والزركونيوم ، والفاناديوم ، واليورانيوم ، والثوريوم ، والسيريوم . [ 11 ]

الفيزياء الفلكية

تُعرف مجموعة الحديد في الفيزياء الفلكية بأنها مجموعة العناصر من الكروم إلى النيكل ، وهي أكثر وفرة في الكون من العناصر التي تليها مباشرةً - أو التي تسبقها مباشرةً - من حيث العدد الذري . [ 12 ] وتتيح دراسة وفرة عناصر مجموعة الحديد مقارنةً بالعناصر الأخرى في النجوم والمستعرات العظمى تحسين نماذج تطور النجوم .

وفرة العناصر الكيميائية في النظام الشمسي. مقياس المحور الرأسي لوغاريتمي. الهيدروجين والهيليوم هما الأكثر شيوعًا، وهما من نتاج الانفجار العظيم . أما العناصر الثلاثة التالية (الليثيوم، والبريليوم، والبورون) فهي نادرة نظرًا لقلة إنتاجها في الانفجار العظيم وفي النجوم أيضًا. يتمثل الاتجاهان العامان في العناصر المتبقية المنتجة نجميًا في: (1) تناوب وفرة العناصر تبعًا لأعدادها الذرية الزوجية أو الفردية، و(2) انخفاض عام في الوفرة مع ازدياد ثقل العناصر. ويمكن ملاحظة "ذروة الحديد" في العناصر القريبة من الحديد كأثر ثانوي، مما يزيد من الوفرة النسبية للعناصر ذات النوى الأكثر ارتباطًا.

يمكن تفسير هذا الوفرة النسبية في عملية التخليق النووي في بعض النجوم، وتحديدًا تلك التي تزيد كتلتها عن 8-11 كتلة شمسية . في نهاية حياتها ، وبعد استنفاد أنواع الوقود الأخرى، تدخل هذه النجوم مرحلة قصيرة من " احتراق السيليكون ". [ 13 ] تتضمن هذه العملية إضافة متتابعة لنوى الهيليوم 4 2He ( عملية ألفا ) إلى العناصر الأثقل الموجودة في النجم، بدءًا من 28 14Si . 

28 14 Si + 4 2 هو → 32 16 جنوباً
32 16 جنوباً + 4 2 هو → 36 18 أر
36 18 أر + 4 2 هو → 40 20 Ca
40 20 Ca + 4 2 هو → 44 22 Ti [ ملاحظة 1 ] 
44 22 تي + 4 2 هو → 48 24 كرور
48 24 كرور + 4 2 هو → 52 26 Fe
52 26 Fe + 4 2 هو → 56 28 Ni

جميع هذه التفاعلات النووية طاردة للحرارة : فالطاقة المنبعثة تعوض جزئيًا الانكماش الجاذبي للنجم. ومع ذلك، تنتهي السلسلة عند 56 28 Ni ، باعتباره التفاعل التالي في السلسلة.

56 28 Ni + 4 2 هو → 60 30 Zn

وهو ماص للحرارة. وبدون أي مصدر آخر للطاقة لدعم نفسه، ينهار لب النجم على نفسه بينما تنفجر المناطق الخارجية في مستعر أعظم من النوع  الثاني . [ 13 ]

النيكل-56 غير مستقر فيما يتعلق بتحلل بيتا ، والمنتج النهائي المستقر لاحتراق السيليكون هو 56 26 Fe .

56 28 Ni → 56 27 شركة + β +  نصف العمر  =  6.075  يومًا
56 27 شركة → 56 26 Fe + β +  نصف العمر  =  77.24  يومًا
 كتلة النظير [ 14 ]النقص الكتلي [ 15 ]طاقة الربط لكل نيوكليون [ 16 ]
62 28 Ni61.9283448(5)  u0.5700031(6)  u8.563872(10)  ميغا إلكترون فولت
58 26 Fe57.9332736(3)  u0.5331899(8)  u8.563158(12)  ميغا إلكترون فولت
56 26 Fe55.93493554(29)  u0.5141981(7)  u8.553080(12)  ميغا إلكترون فولت

كثيرًا ما يُذكر خطأً أن الحديد-56 شائعٌ للغاية لأنه أكثر النوى استقرارًا. [ 12 ] هذا غير صحيح تمامًا: فالنيكل -62 والحديد -58 يمتلكان طاقات ربط أعلى قليلًا لكل نيوكليون ، أي أنهما أكثر استقرارًا كنوى، كما هو موضح في الجدول على اليمين. [ 17 ] مع ذلك ، لا توجد طرق سريعة لتخليق هذه النوى.

في الواقع، توجد عدة نوى مستقرة لعناصر تتراوح من الكروم إلى النيكل حول قمة منحنى الاستقرار، مما يفسر وفرتها النسبية في الكون. أما النوى التي لا تقع على مسار عملية ألفا المباشر، فتتشكل عبر عملية الالتقاط البطيء للنيوترونات داخل النجم.

منحنى طاقة الربط لكل نيوكليون (محسوبة من نقص الكتلة النووية ) مقابل عدد النيوكليونات في النواة. يظهر الحديد-56 بالقرب من قمة المنحنى: يمكن ملاحظة أن "الذروة" مسطحة نسبيًا، مما يفسر وجود العديد من العناصر الشائعة حول الحديد.

انظر أيضاً

ملاحظات ومراجع

ملحوظات

  1. ↑ في النجوم الأخف، ذات الضغط الجاذبي الأقل، تكون عملية ألفا أبطأ بكثير وتتوقف فعليًا عند هذه المرحلة لأن التيتانيوم-44 غير مستقر فيما يتعلق بتحلل بيتا (t 1/2  = 59.1 سنة).

مراجع

  1. 1 2 م. غرين، محرر (2002): الكيمياء العضوية الفلزية ، المجلد 10، الصفحة 283. الجمعية الملكية للكيمياء؛ 430 صفحة، ISBN 9780854043330
  2. ↑ كولمان، جيمس ب.؛ ماكديفيت، جون ت.؛ يي، جوردون ت.؛ ليدنر، تشارلز ر.؛ مكولوغ، لافلين ج.؛ ليتل، ويليام أ.؛ تورانس، جيري ب. (1986). "بوليمرات موصلة مشتقة من ميتالوبورفيرينات الحديد والروثينيوم والأوزميوم: نهج الشيش كباب" . وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم . 83 (13): 4581-4585 . Bibcode : 1986PNAS...83.4581C . doi : 10.1073/pnas.83.13.4581 . PMC 323784. PMID 16593717 .  
  3. ↑ جيوفروي، غريغوري ل.؛ غلادفيلتر، واين ل. (1977). "تخليق تجمعات معدنية مختلطة رباعية الأوجه من ثلاثي الحديد. تحضير وتوصيف ترايديكاكربونيل ثنائي هيدرو أيرونوزميوم ثنائي الروثينيوم وتريديكاكربونيل ثنائي هيدرو أيرونوزميوم روثينيوم". مجلة الجمعية الكيميائية الأمريكية . 99 (23): 7565-7573 . Bibcode : 1977JAChS..99.7565G . doi : 10.1021/ja00465a027 .
  4. ↑ برافو، إي. (2013). "رؤى حول المستعرات العظمى النووية الحرارية من عملية احتراق السيليكون غير المكتملة" . علم الفلك والفيزياء الفلكية . 550 : A24. arXiv : 1212.2410 . Bibcode : 2013A & A...550A..24B . doi : 10.1051/0004-6361/201220309 . hdl : 2117/17442 . S2CID 49331289 . 
  5. ↑ شيروود تايلور ، ف. (1942)، الكيمياء غير العضوية والنظرية ( الطبعة السادسة)، لندن: هاينمان، الصفحات 151-154 ، 727-728  .
  6. ^ ستريكر، أ. (1859)، Theorien und Experimente zur Bestimmung der Atomgewichte der Elemente ، براونشفايغ: فريدريش فيويغ.
  7. ↑ "وقائع الجمعيات [ تقرير عن قانون الأوكتافات ] " ، أخبار الكيمياء ، 13 : 113، 1866.
  8. ↑ مينديليف، د. ( 1869)، "حول العلاقة بين خصائص العناصر وأوزانها الذرية" ، مجلة الكيمياء ، 12 : 405-406.
  9. ↑ مندليف، د. (1889)، "القانون الدوري للعناصر الكيميائية" ، مجلة الجمعية الكيميائية ، 55 : 634-56 ، doi : 10.1039/ct8895500634.
  10. 1 2 فوغل، آرثر آي. (1954)، كتاب في التحليل النوعي غير العضوي على المستويين الكلي وشبه الجزئي ( الطبعة الرابعة)، لندن: لونغمان، ص 260-278 ، ISBN   0-582-44367-9{{citation}}: عدم توافق رقم ISBN / التاريخ ( مساعدة ) .
  11. ↑ فوغل، آرثر آي. (1954)، كتاب في التحليل النوعي غير العضوي على المستويين الكلي وشبه الجزئي ( الطبعة الرابعة)، لندن: لونغمان، الصفحات 592-611 ، رقم ISBN   0-582-44367-9{{citation}}: عدم توافق رقم ISBN / التاريخ ( مساعدة ) .
  12. 1 2 غرينوود، نورمان ن .؛ إيرنشو، آلان (1984). كيمياء العناصر . أكسفورد: مطبعة بيرغامون . ص 13-16 . ISBN  978-0-08-022057-4..
  13. 1 2 ووسلي، ستان؛ جانكا، توماس (2005)، "فيزياء المستعرات العظمى ذات الانهيار النجمي"، فيزياء الطبيعة ، 1 (3): 147-154 ، arXiv : astro-ph/0601261 ، Bibcode : 2005NatPh...1..147W ، CiteSeerX 10.1.1.336.2176 ، doi : 10.1038/nphys172 ، S2CID 118974639  .
  14. ↑ وانغ، مينغ؛ هوانغ، دبليو جيه؛ كونديڤ، إف جي؛ أودي، جي؛ نعيمي، إس. (2021). "تقييم الكتلة الذرية AME 2020 (الجزء الثاني). الجداول والرسوم البيانية والمراجع". الفيزياء الصينية ج . 45 (3) 030003. doi : 10.1088/1674-1137/abddaf .
  15. ↑ مجموعة بيانات الجسيمات (2008)، "مراجعة فيزياء الجسيمات" (ملف PDF) ، رسائل الفيزياء ب ، 667 ( 1-5 ): 1-6 ، رمز Bibcode : 2008PhLB..667....1A ، doi : 10.1016/j.physletb.2008.07.018 ، hdl : 1854/LU-685594 ، S2CID 227119789 ، مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 2020-09-07 ، تم استرجاعه بتاريخ 2019-12-13 جداول البيانات .
  16. ↑ موهر، بيتر جيه؛ تايلور، باري إن؛ نيويل، ديفيد بي (2008). "القيم الموصى بها من قِبل CODATA للثوابت الفيزيائية الأساسية: 2006" (ملف PDF) . مراجعات الفيزياء الحديثة . 80 (2): 633-730 . arXiv : 0801.0028 . Bibcode : 2008RvMP...80..633M . doi : 10.1103/RevModPhys.80.633 . مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 2017-10-01.رابط مباشر للقيمة .
  17. ↑ فيويل، إم بي (1995)، "النظير الذري ذو أعلى متوسط ​​طاقة ربط"، المجلة الأمريكية للفيزياء ، 63 (7): 653-58 ، رمز Bibcode : 1995AmJPh..63..653F ، doi : 10.1119/1.17828.