Groupe de fer - Iron group

En chimie et en physique , le groupe fer fait référence à des éléments qui sont en quelque sorte liés au fer ; principalement dans la période (ligne) 4 du tableau périodique. Le terme a des significations différentes selon les contextes.

En chimie, le terme est en grande partie obsolète, mais il désigne souvent le fer , le cobalt et le nickel , également appelés la triade du fer ; ou, parfois, d'autres éléments qui ressemblent au fer dans certains aspects chimiques.

En astrophysique et en physique nucléaire , le terme est encore assez courant et désigne généralement ces trois éléments plus le chrome et le manganèse, cinq éléments exceptionnellement abondants, à la fois sur Terre et ailleurs dans l'univers, par rapport à leurs voisins du tableau périodique. Le titane et le vanadium sont également produits dans les supernovae de type 1a .

Chimie générale

Le groupe du fer dans le tableau périodique
Hydrogène Hélium
Lithium Béryllium Bore Carbone Azote Oxygène Fluor Néon
Sodium Magnésium Aluminium Silicium Phosphore Soufre Chlore Argon
Potassium Calcium Scandium Titane Vanadium Chrome Manganèse Le fer Cobalt Nickel Le cuivre Zinc Gallium Germanium Arsenic Sélénium Brome Krypton
Rubidium Strontium Yttrium Zirconium Niobium Molybdène Technétium Ruthénium Rhodié Palladium Argent Cadmium Indium Étain Antimoine Tellure Iode Xénon
Césium Baryum Lanthane Cérium Praséodyme Néodyme Prométhium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutécium Hafnium Tantale Tungstène Rhénium Osmium Iridium Platine Or Mercure (élément) Thallium Mener Bismuth Polonium Astatine Radon
Francium Radium Actinium Thorium Protactinium Uranium Neptunium Plutonium Américium Curium Berkélium Californie Einsteinium Fermium Mendélévie nobélium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Hassium Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium Flérovium Moscou Livermorium Tennessine Oganesson
Fe, Ni et Co sont dans le groupe VIII (8, 9, 10)

En chimie, "groupe du fer" faisait référence au fer et aux deux éléments suivants du tableau périodique , à savoir le cobalt et le nickel . Ces trois constituaient la « triade de fer ». Ce sont les éléments supérieurs des groupes 8, 9 et 10 du tableau périodique ; ou la rangée supérieure du "groupe VIII" dans l'ancien système IUPAC (avant 1990), ou du "groupe VIIIB" dans le système CAS . Ces trois métaux (et les trois du groupe du platine , juste en dessous d'eux) ont été mis de côté des autres éléments car ils ont des similitudes évidentes dans leur chimie, mais ne sont évidemment liés à aucun des autres groupes.

Les similitudes en chimie ont été notées comme l'une des triades de Döbereiner et par Adolph Strecker en 1859. En effet, les « octaves » de Newlands (1865) ont été durement critiquées pour avoir séparé le fer du cobalt et du nickel. Mendeleev a souligné que les groupes d'« éléments chimiquement analogues » pourraient avoir des poids atomiques similaires ainsi que des poids atomiques qui augmentent par incréments égaux, à la fois dans son article original de 1869 et sa conférence Faraday de 1889 .

Chimie analytique

Dans les méthodes traditionnelles d'analyse inorganique qualitative, le groupe fer est constitué des cations qui

Les principaux cations du groupe fer sont le fer lui-même (Fe 2+ et Fe 3+ ), l' aluminium (Al 3+ ) et le chrome (Cr 3+ ). Si du manganèse est présent dans l'échantillon, une petite quantité de dioxyde de manganèse hydraté est souvent précipitée avec les hydroxydes du groupe fer. Les cations moins courants qui sont précipités avec le groupe fer comprennent le béryllium , le titane , le zirconium , le vanadium , l' uranium , le thorium et le cérium .

Astrophysique

Le groupe du fer en astrophysique est le groupe d'éléments allant du chrome au nickel , qui sont sensiblement plus abondants dans l'univers que ceux qui viennent après eux – ou juste avant eux – par ordre de numéro atomique . L'étude des abondances des éléments du groupe du fer par rapport aux autres éléments dans les étoiles et les supernovae permet d'affiner les modèles d' évolution stellaire .

Abondances des éléments chimiques dans le système solaire. Notez que l'échelle de l'axe vertical est logarithmique. L'hydrogène et l'hélium sont les plus courants, issus du Big Bang . Les trois éléments suivants (Li, Be, B) sont rares car mal synthétisés dans le Big Bang et aussi dans les étoiles. Les deux tendances générales des éléments stellaires restants sont : (1) une alternance d'abondance en éléments car ils ont des numéros atomiques pairs ou impairs, et (2) une diminution générale de l'abondance, à mesure que les éléments deviennent plus lourds. Le "pic de fer" peut être observé dans les éléments proches du fer comme effet secondaire, augmentant les abondances relatives d'éléments avec les noyaux les plus fortement liés.

L'explication de cette abondance relative peut être trouvée dans le processus de nucléosynthèse de certaines étoiles, en particulier celles d'environ 8 à 11  masses solaires . En fin de vie, une fois les autres combustibles épuisés, ces étoiles peuvent entrer dans une brève phase de « combustion du silicium ». Cela implique l'addition séquentielle de noyaux d' hélium4
2
Il
(un " processus alpha ") aux éléments les plus lourds présents dans l'étoile, à partir de28
14
Si
:

28
14
Si
 
4
2
Il
 
→  32
16
S
32
16
S
 
4
2
Il
 
→  36
18
Ar
36
18
Ar
 
4
2
Il
 
→  40
20
Californie
40
20
Californie
 
4
2
Il
 
→  44
22
Ti
 
44
22
Ti
 
4
2
Il
 
→  48
24
Cr
48
24
Cr
 
4
2
Il
 
→  52
26
Fe
52
26
Fe
 
4
2
Il
 
→  56
28
Ni

Toutes ces réactions nucléaires sont exothermiques : l'énergie libérée compense en partie la contraction gravitationnelle de l'étoile. Cependant, la série se termine à56
28
Ni
, comme la prochaine réaction de la série

56
28
Ni
 
4
2
Il
 
→  60
30
Zn

est endothermique. Sans aucune autre source d'énergie pour se soutenir, le noyau de l'étoile s'effondre sur lui-même tandis que les régions externes sont soufflées dans une supernova de type II .

Le nickel-56 est instable en ce qui concerne la désintégration bêta , et le produit stable final de la combustion du silicium est56
26
Fe
.

56
28
Ni
 
→  56
27
Co
 
β +   t 1/2  = 6,075(10) d
56
27
Co
 
→  56
26
Fe
 
β +   t 1/2  = 77,233(27) d
  Masse du nucléide Défaut de masse Énergie de liaison
par nucléon
62
28
Ni
61.9283451(6) 0.5700031(6) u 8.563872(10) MeV
58
26
Fe
57.9332756(8) 0.5331899(8) u 8.563158(12) MeV
56
26
Fe
55.9349375(7) ou 0.5141981(7) u 8.553080(12) MeV

Il est souvent dit à tort que le fer-56 est exceptionnellement commun car il est le plus stable de tous les nucléides. Ce n'est pas tout à fait vrai :62
28
Ni
et 58
26
Fe
ont des énergies de liaison par nucléon légèrement plus élevées - c'est-à-dire qu'ils sont légèrement plus stables en tant que nucléides - comme le montre le tableau de droite. Cependant, il n'existe pas de voies nucléosynthétiques rapides vers ces nucléides.

En fait, il existe plusieurs nucléides stables d'éléments allant du chrome au nickel autour du sommet de la courbe de stabilité, ce qui explique leur abondance relative dans l'univers. Les nucléides qui ne sont pas sur la voie directe du processus alpha sont formés par le processus s , la capture de neutrons lents dans l'étoile.

La courbe de l'énergie de liaison par nucléon (calculée à partir du défaut de masse nucléaire ) en fonction du nombre de nucléons dans le noyau. Le fer-56 est étiqueté tout en haut de la courbe : on peut voir que le "pic" est assez plat, ce qui explique l'existence de plusieurs éléments communs autour du fer.

Voir également

Notes et références

Remarques

Les références