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化学や物理学において、鉄族とは、何らかの形で鉄と関連のある元素、主に周期表の第4周期（第4行）に属する元素を指します。この用語は、文脈によって異なる意味を持ちます。
化学では、この用語は大部分が廃れていますが、鉄、コバルト、ニッケル、いわゆる鉄三元素を指すことが多いです。[ 1 ]また、化学的に鉄に似た他の元素、例えば安定な第8族元素（Fe、Ru、Os）を指す場合もあります。[ 2 ] [ 3 ]
天体物理学や原子核物理学では、この用語は今でもかなり一般的で、通常はこれら3つに加えてクロムとマンガン、つまり周期表上の隣の元素と比べて地球上や宇宙の他の場所で非常に豊富に存在する5つの元素を意味します。チタンとバナジウムもIa型超新星で生成されます。[ 4 ]
化学では、「鉄族」とは、鉄と周期表の次の 2 つの元素、すなわちコバルトとニッケルを指していました。これら 3 つの元素は「鉄の三位一体」を構成していました。[ 1 ]これらは周期表の 8、9、10族の最上位の元素です。または、古い (1990 年以前の) IUPAC システムの「第 VIII 族」の最上段、またはCASシステムの「第 VIIIB 族」です。[ 5 ]これら 3 つの金属 (およびそれらのすぐ下にある白金族の 3 つの金属) は、化学的に明らかな類似性があるものの、他のどのグループとも明らかに関連がないため、他の元素とは区別されています。鉄族とその合金は強磁性を示します。
化学における類似性は、 1859年にデーベライナーの三位一体の一つとして、またアドルフ・シュトレッカーによって指摘された。 [ 6 ]実際、ニューランズの「オクターブ」（1865年）は、鉄をコバルトやニッケルから分離したことで厳しく批判された。[ 7 ]メンデレーエフは、1869年の原著論文[ 8 ]と1889年のファラデー講演[ 9 ]の両方で、「化学的に類似した元素」のグループは、原子量が類似しているだけでなく、原子量が等間隔で増加する可能性があることを強調した。
従来の定性無機分析法では、鉄族は、
鉄族の主な陽イオンは、鉄自体（Fe 2+および Fe 3+）、アルミニウム（Al 3+）、クロム（Cr 3+）です。[ 10 ]サンプルにマンガンが存在する場合、少量の水和二酸化マンガンが鉄族水酸化物とともに沈殿することがよくあります。[ 10 ]鉄族とともに沈殿するあまり一般的ではない陽イオンには、ベリリウム、チタン、ジルコニウム、バナジウム、ウラン、トリウム、セリウムなどがあります。[ 11 ]
天体物理学における鉄族元素とは、クロムからニッケルまでの元素群であり、原子番号順でそれより後、あるいは直前の元素よりも宇宙にかなり多く存在する元素群である。[ 12 ]恒星や超新星における鉄族元素と他の元素の存在量の関係を研究することで、恒星進化のモデルを改良することができる。
この相対的な存在量の理由は、特定の恒星、特に太陽質量の約 8〜11 倍以上の恒星における元素合成の過程にある。恒星は寿命の終わりに他の燃料が枯渇すると、「シリコン燃焼」と呼ばれる短い段階に入ることがある。[ 13 ]これは、恒星に存在するより重い元素にヘリウム原子核4 2 He (「アルファ過程」) を順次追加していく過程であり、最初は28 14 Siから始まる。
これらの核反応はすべて発熱反応であり、放出されるエネルギーは恒星の重力収縮を部分的に相殺します。しかし、この系列は56 28 Niで終了し、次の反応は
吸熱反応である。それを支えるエネルギー源がなくなると、星の中心部は崩壊し、外側の領域はII型 超新星爆発で吹き飛ばされる。[ 13 ]
ニッケル56はベータ崩壊に対して不安定であり、シリコン燃焼の最終的な安定生成物は56 26 Feである。
鉄56は、すべての核種の中で最も安定しているため、非常にありふれた核種であると誤って述べられることが多い。[ 12 ]これは必ずしも正しくない。右の表からわかるように、 62 28 Niと58 26 Feは核子あたりの結合エネルギーがわずかに高く、つまり核種としてわずかに安定している。[ 17 ]しかし、これらの核種への迅速な核合成経路はない。
実際、クロムからニッケルまでの元素には、安定性曲線の頂点付近にいくつかの安定核種が存在し、それが宇宙におけるそれらの相対的な存在量を説明する。直接アルファ過程経路上にない核種は、恒星内部での低速中性子の捕獲であるs過程によって形成される。
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