철기

화학과 물리학에서 철기는 어떤 식으로든 철과 관련된 원소를 말합니다; 대부분 주기율표의 4행 주기입니다.이 용어는 맥락에 따라 다른 의미를 가집니다.

화학에서, 이 용어는 대부분 구식이지만, 종종 철, 코발트, 니켈을 의미하며, 철 3중 ^[1]철이라고도 불리며, 때로는 화학적인 측면에서 철과 비슷한 다른 원소들을 의미하기도 합니다.

천체물리학과 핵물리학에서 이 용어는 여전히 매우 흔하며, 일반적으로 3+크롬과 망간을 의미하는데, 이것은 주기율표의 이웃 원소에 비해 지구와 우주의 다른 곳 모두에서 유난히 풍부한 5가지 원소입니다.티타늄과 바나듐도 1a형 초신성에서 ^[2]생성된다.

일반화학

화학에서 "철족"은 철과 주기율표의 다음 두 원소, 즉 코발트와 니켈을 가리킵니다.이 세 가지는 "철의 삼합회"^[1]를 구성했다.이들은 주기율표의 그룹 8, 9, 및 10의 최상위 요소 또는 구식(1990년 이전) IUPAC 시스템의 '그룹 VIII'의 맨 위 행 또는 CAS ^[3]시스템의 '그룹 VIIB'의 맨 위 행입니다.이 세 가지 금속(및 바로 아래에 있는 세 가지 백금족)은 화학적으로 명백한 유사성이 있기 때문에 다른 원소와 분리되었지만 다른 어떤 그룹과도 분명히 관련이 없습니다.

화학의 유사성은 ^[4]1859년 Döbereiner의 삼합회 중 하나와 Adolph Strecker에 의해 기록되었다.실제로 뉴질랜드의 옥타브(1865년)는 철과 코발트, ^[5]니켈을 분리한다는 이유로 혹평을 받았다.멘델레예프는 1869년^[6] 원본 논문과 1889년 패러데이 ^[7]강연에서 "화학적으로 유사한 원소들"이 원자량뿐만 아니라 원자량도 똑같이 증가할 수 있다고 강조했다.

분석화학

질적 무기 분석의 전통적인 방법에서, 철기는 다음과 같은 양이온으로 구성됩니다.

수용성 염화물을 가져야 한다.
산성 조건에서 황화수소에 의해 황화물로 침전되지 않는다.
암모니아가 존재하는 경우 pH 10(또는 그 이하)에서 수산화물로 침전된다.

철기 내의 주요 양이온은 철 자체(Fe²⁺ 및 Fe³⁺), 알루미늄(Al³⁺) 및 크롬(Cr³⁺)^[8]입니다.시료에 망간이 존재할 경우 소량의 수화 이산화망간이 철족 하이드록시드와 ^[8]함께 침전되는 경우가 많다.철기와 함께 침전되는 양이온으로는 베릴륨, 티타늄, 지르코늄, 바나듐, 우라늄, 토륨 및 ^[9]세륨이 있습니다.

천체 물리학

천체물리학에서 철기는 크롬에서 니켈에 이르는 원소의 모임으로,^[10] 원자 번호순으로 크롬 다음 혹은 그 바로 앞에 오는 원소들보다 우주에 훨씬 더 풍부합니다.별과 초신성의 다른 원소에 대한 철족 원소들의 풍부성에 대한 연구는 항성 진화의 모델을 정교하게 만들 수 있습니다.

태양계에 있는 화학 원소의 풍부함.수직축의 척도는 로그입니다.수소와 헬륨은 빅뱅으로부터 가장 흔하다.다음 세 가지 원소(Li, Be, B)는 빅뱅과 별에서 잘 합성되지 않기 때문에 희귀합니다.나머지 항성생성원소에 대한 두 가지 일반적인 경향은 (1) 원소가 짝수 또는 홀수 원자수를 가지기 때문에 원소가 풍부하게 변화하고 (2) 원소가 무거워짐에 따라 풍부하게 감소하는 것이다."철 피크"는 철 근처의 원소에서 이차적인 효과로 나타날 수 있으며, 핵이 가장 강하게 결합되어 있는 원소의 상대적 풍부함을 증가시킨다.

이러한 상대적 풍부함에 대한 설명은 특정 별, 특히 태양 질량이 약 8~11개인 별에서 핵합성 과정에서 찾을 수 있다.수명이 다하면, 일단 다른 연료들이 고갈되면, 그러한 별들은 "실리콘 연소"^[11]의 짧은 단계에 진입할 수 있다.여기에는 헬륨 원자핵
He(알파 과정)가 항성에 존재하는 무거운 원소에 순차적으로 추가되며, Si
:

²⁸ ₁₄시	+	⁴ ₂그는	→	³² ₁₆S .
³² ₁₆S .	+	⁴ ₂그는	→	³⁶ ₁₈아르
³⁶ ₁₈아르	+	⁴ ₂그는	→	⁴⁰ ₂₀Ca
⁴⁰ ₂₀Ca	+	⁴ ₂그는	→	⁴⁴ ₂₂티 ^{[주 1]}
⁴⁴ ₂₂티	+	⁴ ₂그는	→	⁴⁸ ₂₄Cr
⁴⁸ ₂₄Cr	+	⁴ ₂그는	→	⁵² ₂₆Fe
⁵² ₂₆Fe	+	⁴ ₂그는	→	⁵⁶ ₂₈니

이 모든 핵반응은 발열성입니다. 방출되는 에너지는 별의 중력수축을 부분적으로 상쇄합니다.단, 시리즈 내의 다음 반응으로서 시리즈가 Ni에서
종료됩니다.

⁵⁶
₂₈니

+

⁴
₂그는

→

⁶⁰
₃₀Zn

흡열성입니다.자신을 지탱할 수 있는 더 이상의 에너지원이 없으면 별의 중심핵은 스스로 붕괴하고 외부 영역은 II형 ^[11]초신성으로 날아가 버립니다.

니켈-56은 베타 붕괴에 대해 불안정하며 실리콘 연소의 최종 안정 생성물은 Fe이다
.

⁵⁶ ₂₈니	→	⁵⁶ ₂₇회사	+	β⁺	t_1/2 = 6.075(10) d
⁵⁶ ₂₇회사	→	⁵⁶ ₂₆Fe	+	β⁺	t_1/2 = 77.233(27) d

	핵종^[12] 질량	질량^[13] 결함	결합 에너지 핵자당^[14]
⁶² ₂₈니	61.9283451(6)u	0.5700031(6)u	8.563872(10) MeV
⁵⁸ ₂₆Fe	57.9332756(8)u	0.5331899(8)u	8.563158(12) MeV
⁵⁶ ₂₆Fe	55.9349375(7)u	0.5141981(7)u	8.553080(12) MeV

철-56은 모든 ^[10]핵종 중에서 가장 안정적이기 때문에 예외적으로 흔하다고 종종 잘못 언급된다.이는 완전히 사실이 아닙니다.⁶²
₂₈Ni와

Fe는 오른쪽 ^[15]표에서 볼 수 있듯이 핵자당 결합 에너지가 약간 더 높습니다. 즉, 핵종으로서 약간 더 안정적입니다.그러나, 이 핵종들에 대한 빠른 핵합성 경로는 없다.

사실, 안정곡선의 꼭대기 주변에는 크롬에서 니켈에 이르는 원소의 안정적인 핵종이 몇 개 있는데, 이는 우주에 상대적으로 풍부하기 때문입니다.직접적인 알파 과정 경로에 없는 핵종은 별 내에서 느린 중성자의 포획인 s 과정에 의해 형성된다.

핵 내 핵자 수에 대한 핵자당 결합 에너지 곡선(핵 질량 결함에서 계산).철-56은 곡선의 맨 위 근처에 표시되어 있습니다. 즉, "피크"가 상당히 평평하다는 것을 알 수 있으며, 이는 철 주위에 몇 가지 공통 원소가 존재한다는 것을 설명해 줍니다.

「」를 참조해 주세요.

주 및 참고 자료

메모들

^ 가벼운 별에서는 중력 압력이 낮으며, 티타늄-44가 베타 붕괴에 대해 불안정하기 때문에 알파 과정이 훨씬 느리고 이 단계에서 효과적으로 멈춘다(t_1/2 = 60.0(11)년).

레퍼런스

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[12] 가벼운 별에서는 중력 압력이 낮으며, 티타늄-44가 베타 붕괴에 대해 불안정하기 때문에 알파 과정이 훨씬 느리고 이 단계에서 효과적으로 멈춘다(t_1/2 = 60.0(11)년).

[green-1] M. Green, Ed. (2002) :유기금속화학, 제10권, 283쪽왕립화학회, 430쪽 ISBN 9780854043330

[2] Bravo, E. (2013). "Insights into thermonuclear supernovae from the incomplete Si-burning process". Astronomy & Astrophysics. 550: A24. arXiv:1212.2410. Bibcode:2013A&A...550A..24B. doi:10.1051/0004-6361/201220309.

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