Fier

Iso	AN	Perioadă	MD	Ed	PD
Iso	AN	Perioadă	MD	MeV	PD
54 Fe	5,845 %	stabil cu 28 de neutroni
55 Fe	{sin.}	2,73 a	ε	0,231	55 Mn
56 Fe	91,72 %	stabil cu 30 de neutroni
57 Fe	2,2 %	stabil cu 31 de neutroni
58 Fe	0,28 %	stabil cu 32 de neutroni
59 Fe	{sin.}	44,503 d	β -	0,231	59 Co
60 Fe	{sin.}	1,5 × 10 6 a	β -	3,978	60 Co

Proprietăți fizice simple ale corpului

Stare obișnuită

Solid feromagnetic

Alotropic în starea standard

Fier α ( cubic centrat )

Alte alotropi

Fier γ ( cubic centrat pe față ) δ fier ( cubic centrat pe corp )

Masa volumică

7.874 g · cm -3 până la ( 20 ° C )

Sistem de cristal

Cubic centrat

Duritate

Culoare

Alb argintiu; reflexii gri

Punct de fuziune

1538 ° C

Punct de fierbere

2.861 ° C

Energia de fuziune

13,8 kJ · mol -1

Energie de vaporizare

349,6 kJ · mol -1

Volumul molar

7,09 × 10 -6 m 3 · mol -1

Presiunea de vapori

7,05 Pa

Viteza sunetului

4910 m · s -1 până la 20 ° C

Căldură masică

440 J · kg -1 · K -1

Conductivitate electrică

9,93 x 10 6 S · m -1

Conductivitate termică

80,2 W · m -1 · K -1

Solubilitate

sol. în diluat H 2 SO 4 , HCI

Variat

7439-89-6

231-096-4

Precauții

SGH

Stare pulbere :

Pericol H228, P210, H228 : Solid inflamabil
P210 : A se păstra departe de căldură / scântei / flăcări deschise / suprafețe fierbinți. - Fumatul interzis.

WHMIS

Produs necontrolatAcest produs nu este controlat conform criteriilor de clasificare WHMIS.

Transport

3178

Număr ONU :
3178 : SOLID INORGANIC, INFLAMABIL,
Clasa NOS :
4.1
Etichetă: 4.1 : Solide inflamabile, substanțe autoreactive și solide explozive desensibilizate

Unități de SI & STP, cu excepția cazului în care se prevede altfel.

Fierul este elementul chimic din numărul atomic 26, a simbolului Fe.

Corpul simplu este cel mai frecvent material metalic și feromagnetic în viața de zi cu zi, cel mai adesea sub formă de diferite aliaje . Fierul pur este un metal de tranziție ductil , dar adăugarea unor cantități foarte mici de elemente suplimentare modifică considerabil proprietățile sale mecanice. Combinat cu carbon și cu alte elemente suplimentare, formează oțeluri , a căror sensibilitate la tratamentele termomecanice permite diversificarea în continuare a proprietăților materialului.

General

Fierul este membru al grupului de elemente la originea metalelor de tranziție , prezintă analogii caracteristice cu ruteniul , osmiul , cobaltul și nichelul .

Fierul 56 este stabil nuclid mai grea rezultată din topirea siliciului prin reacții alfa atunci când nucleosinteză , conducând , de fapt , la nichel-56 , care este instabil și dă 56 Fe cu două dezintegrări β + tăiate; elementele cu număr atomic mai mare sunt sintetizate prin reacții mai energetice care apar mai degrabă în timpul exploziei supernovei .

Proprietăți nucleare

Nucleul de fier 56 are cea mai mică masă pe nucleon dintre toți nuclizii, dar nu cea mai mare energie de legare, datorită unei proporții ușor mai mari de protoni decât nichelul 62, care are cea mai mare energie de legare. Cea mai mare energie de legare pe nucleon.

Fier 56 rezultate din dezintegrarea naturală a nichelului 56 , un izotop instabil produs în miez de stele masive prin fuziunea dintre siliciu 28 în timpul alfa în cascadă de reacții care nichel opri tocmai pentru că acesta din urmă are energia de legare de energie nucleară. Pe nucleon: continuarea fuziunea, de exemplu pentru a produce zinc 60 , ar consuma energie în loc să o elibereze.

Fierul are 28 de izotopi cunoscuți, cu numere de masă cuprinse între 45 și 72, precum și șase izomeri nucleari . Dintre acești izotopi, patru sunt stabili, 54 Fe, 56 Fe, 57 Fe și 58 Fe, 56 Fe fiind cel mai abundent (91,754%), urmat de 54 Fe (5,845% posibil ușor radioactiv cu un timp de înjumătățire mai mare de 3, 1 × 10 22 ani), 57 Fe (2,119%) și 58 Fe (0,282%). Masa atomică standard a fierului este de 55,845 (2) u .

Cel mai stabil radioizotop al fierului este de 60 Fe cu un timp de înjumătățire de 1,5 milioane de ani, urmat de 55 Fe (2,7 ani), 59 Fe (puțin sub 44,5 zile) și 52 Fe (8,5 ore).

Apariție și abundență naturală

Fierul este cel mai abundent metal din meteoriți, precum și din miezul planetelor , cum ar fi cel al Pământului .

Fierul mineral este prezent în natură în formă pură sau, mai rar , ca un aliaj cu nichel (5 până la 18%) , in original meteorit , ci și ca fier terestru numit „Pământ“. Prea rar și mai presus de toate difuzat, a fost fabricat artificial de către fierar și lucrătorul siderurgic și masiv în anumite civilizații caucaziene timp de peste trei milenii din principalele sale minerale. Combinațiile chimice și minerale care implică fier sunt pletorice, dar minereurile adevărate relativ pure cu un conținut ridicat de fier sunt mult mai puțin frecvente și adesea foarte localizate în minele de fier cunoscute din antichitate timpurie .

Fierul este cel de-al 6- lea cel mai abundent element din Univers , este format ca „elementul final” al fuziunii nucleare , prin fuziunea siliciului în stele masive. În timp ce reprezintă aproximativ 5% (în greutate) din crusta Pământului , miezul Pământului este considerat a fi în mare măsură un aliaj de fier-nichel, reprezentând 35% din masa Pământului ca întreg. Fierul este probabil, de fapt, cel mai abundent element de pe Pământ sau cel puțin comparabil (în doar a 2- a poziție) masă cu oxigenul , dar doar al 4- lea cel mai abundent element din scoarță.

Se crede că curenții de convecție din stratul exterior al miezului pământului ( miezul exterior), un „aliaj” lichid predominant fier- nichel , sunt sursa câmpului magnetic al Pământului .

Funcții în biosferă

Fierul joacă un rol major ca oligoelement sau micronutrienți pentru multe specii și ca element care reglează amplitudinea și dinamica productivității oceanului primar , făcându-l o componentă esențială a ciclurilor biogeochimice marine și a chiuvetelor de carbon .

Datele recente arată că ciclul oceanic al fierului presupus mai întâi legat de intrările de praf bogat în fier este de fapt mult mai complex și strâns biogeochimic cuplat cu substanțe nutritive majore (carbonice, azotate). În 2017, s-a arătat că în zonele sărace din fier din Antarctica, particulele de fier provenite din planificarea rocilor de către ghețari reprezintă o sursă alternativă de fier pe care fitoplanctonul știe să o exploateze. Studiile au arătat că unele fitoplancton pare să beneficieze de niveluri ridicate de CO 2., dar pentru a asimila acest CO 2au nevoie și de fier; se speculează de la sfârșitul al XX - lea secol care însămânțarea oceanul cu fier ar putea ajuta la schimbările climatice limită. Acum descoperim că, în majoritatea speciilor de fitoplancton, acest fier poate fi asimilat numai în prezența carbonaților. Problemă: acestea sunt distruse de acidificarea indusă de solubilizarea CO 2 in apa.

Corp simplu

Fierul dezvăluie un polimorfism metalic. Cu toate acestea, alotropia aplică o schimbare de bază în procesiunea proprietăților fizice (expansiune, rezistivitate, căldură specifică legată de structura cristalochimică etc. ).

Proprietăți fizice

Este un metal care, în funcție de temperatură, prezintă un polimorfism metalic evident. The alotropie face distincția:

în condiții normale de temperatură și presiune , adică la temperaturi scăzute sau „temperatură scăzută” înseamnă o structură cristalină solidă de cubic centrat pe corp (fier α, structură numită ferită în oțel). Α fierul este puternic feromagnetic : momentele magnetice ale atomilor se aliniază sub influența unui câmp magnetic extern și își păstrează noua orientare după dispariția acestui câmp. Sale Temperatura Curie este 770 ° C . Capacitatea sa de căldură este de 0,5 kJ kg −1 ° C −1 . La temperatura camerei, are o duritate cuprinsă între 4 și 5 pe scara Mohs . Densitatea sa este de aproximativ 7,86 g cm -3 acompaniat de de 20 ° C . Fierul alfa se caracterizează printr-o căldură de sublimare atomică echivalentă cu 99,6 kcal / gram atom la temperatura camerei ( 298 K );
beta fier β este o structură cubică cu fețe obținută deasupra punctului Curie, aproximativ 770 ° C sau 1042 K . Feromagnetismul fierului α dispare fără rearanjare atomică;
de la temperaturi ridicate la presiunea ambiantă, de la 912 ° C , fierul α devine un fier cubic centrat pe față (fierul γ, numit structură sau austenită în oțel), transformarea implică o variație a energiei interne de aproximativ 0,22 kcal / gram atom la 1184 K . Fierul γ este paramagnetic ;
peste 1394 ° C sau 1665 K , devine din nou un mineral de rețea cubică centrată (δ fier); această transformare implică o variație a energiei interne de aproximativ 0,27 kcal / gram atom ;
transformarea în ε fier (structură hexagonală compactă ) are loc la temperatura camerei la 130 kilobari .

Substanța pură se topește la 1538 ° C cu o căldură latentă de fuziune care este de ordinul a 3,7 kcal / gram atom . Fierberea fierului, caracterizat printr - o căldură latentă de fierbere , de ordinul 84,18 kcal / atom-gram apare în jurul 2860 ° C , în practică , pentru o mai puțin corp simplu mai mult sau impură între 2750 ° C și 3000 ° C .

Proprietăți chimice

Fierul este insolubil în apă și în baze. Este atacat de acizi.

Chimia fierului

Fierul are în esență trei grade de oxidare :

0 în corpul simplu de fier și aliajele sale ;
+ II în compuși feroși (ion feros Fe 2+ în compuși ionici);
+ III în compuși ferici (ion feric Fe 3+ în compuși ionici).

Oxidarea metalelor

Fierul, combinat cu oxigen, se oxidează, în funcție de condiții, în trei oxizi de fier :

oxidul de fier (II) FeO (" oxidul de fier ");
oxidul de fier (III) Fe 2 O 3(" Oxid feric ");
oxidul de fier (II, III) , Fe 3 O 4(„ Oxid magnetic ”).

În aer liber, în prezența umidității, se corodează formând rugina , formată din oxizi ferici hidrați și oxizi hidroxizi , care pot fi scrise Fe 2 O 3 · n H 2 O și FeO (OH) · n H 2 Orespectiv. Deoarece rugina este un material poros, reacția de oxidare se poate propaga către inima metalului, spre deosebire, de exemplu, de aluminiu, care formează un strat subțire de oxid impermeabil.

Spectroscopia Mössbauer oferă un instrument puternic pentru a distinge diferite grade de oxidare de fier. Cu această tehnică, este posibil să se facă o analiză cantitativă în prezența unui amestec de faze de fier.

Ionii de fier în soluție apoasă

În soluție apoasă, elementul chimic fier este prezent sub formă ionică cu două valențe principale:

Fe 2+ (ionul de fier (II), numit anterior feros ). În funcție de mediul chimic în soluție, acesta poate lua culori diferite. Soluția obținută prin dizolvarea sării Mohr , de exemplu, are o culoare verde pal. O astfel de soluție este stabilă pentru pH sub 6. Pentru un pH peste această valoare, hidroxidul de fier (II) Fe (OH) 2 precipitat;
Fe 3+ (ionul de fier (III), numit anterior feric ). Soluțiile de clorură de fier (III) sunt portocalii, iar soluțiile de nitrat de fier (III) sunt incolore. Aceste soluții trebuie să aibă un pH sub 2 deoarece hidroxidul de fier (III) Fe (OH) 3 este slab solubil.

Precipitare

Un anumit număr de ioni duce la precipitarea ionilor de fier în soluție. Ionul hidroxid HO - este unul dintre aceștia (vezi mai sus). S 2- sulfură de ioni de forme de fier (II) FeS sulfură de fier (III) sulfurat și Fe 2 S 3pentru pH nu prea acid. Într-adevăr, trebuie să fie prezentă o cantitate rezonabilă de ioni sulfură, ceea ce nu este cazul la pH acid, deoarece ionul sulfură este apoi în forma sa diacidă, hidrogen sulfurat H 2 S.

Oxidarea-reducerea ionilor de fier

Potențialele de referință ale cuplurilor de fier sunt :

Fe 2+ / Fe: E ° = -0,44 V Fe 3+ / Fe 2+ : E ° = +0,77 V

Acest lucru indică faptul că fierul metalic nu este stabil în mediul apos. Cu cât pH-ul este mai mic, se oxidează cu atât mai repede.

Acest lucru indică, de asemenea, că, în prezența oxigenului dizolvat ( E ° (O 2/ H 2 O) = 1,3 V ), nici ionii de fier (II) nu sunt stabili.

Aceste potențiale de referință se schimbă în funcție de ionii prezenți în soluție, mai ales dacă constantele de stabilitate ale complexelor Fe (II) și Fe (III) corespunzătoare sunt semnificativ diferite.

Redox este o modalitate de titrarea de fier (II) ioni, de exemplu , prin (IV) ionii de ceriu (Ce 4+ / Ce 3+ cuplu ) sau permanganat MnO 4 - ioni (MnO 4 - / Mn 2 cuplu + în mediu de acid sulfuric ).

Deși este posibilă reducerea ionilor de fier la fierul metalic, rareori se face dintr-o soluție apoasă.

Complex de ioni de fier

Multe complexe de fier în soluție apoasă se formează cu ușurință prin simpla adăugare a ligandului (la pH corect). Printre complexele cele mai frecvente se numără cele care implică liganzi:

Ion cianură CN -

pentru Fe (II): Fe (CN) 64− , hexacianoferat (II) ion, diamagnetic , galben; pentru Fe (III): Fe (CN) 63− , hexacianoferat (III) ion, paramagnetic , portocaliu;

Aceste complexe fac posibilă prepararea albastrului prusac ;

ion fluor F -

pentru Fe (III): ion FeF 2+ , fluorofer incolor (III)

În chimia analitică, acest complex face posibilă marcarea culorii ionilor de fier (III);

1,10-fenantrolină (prescurtat o-fen)

pentru Fe (II): Fe (open) 3 2+ , roșu, ioni triforfenantrolinfer (II) pentru Fe (III): Fe (open) 3 3+ , ioni verzi, triorfofenantrolinefer (III)

Cuplul redox format din aceste două complexe este utilizat ca indicator de titrare a reducerii oxidării;

ioni tiocianat SCN -

pentru Fe (III): Fe (SCN) 2+ , roșu sânge, ion tiocianatofer (III)

Acest complex face posibilă evidențierea unei cantități mici de ion de fier (III) în soluție datorită culorii sale caracteristice.

Chimie organometalică

Primul complex organometalic izolat ca atare, în 1951, a fost un complex de fier: ferocen . Se compune dintr-un ion de fier (II) cu doi ioni ciclopentadienil C 5 H 5- . De atunci au fost produse multe alte complexe, fie derivate din ferocen, fie de o natură complet diferită.

Depozite

Cea mai mare parte a fierului din crustă este combinată cu oxigen, formând minereuri de oxid de fier, cum ar fi hematitul ( Fe 2 O 3), magnetită ( Fe 3 O 4) Și limonitul ( Fe 2 O 3 · n H 2 O). Oxidul magnetic sau magnetitul Fe 3 O 4 sunt cunoscute încă din Grecia antică. Își ia numele de la Muntele Magnetos (muntele cel mare), un munte grecesc deosebit de bogat în acest mineral .

Aproximativ unul din douăzeci de meteoriți conține tenit , unicul aliaj de fier-nichel mineral (35-80% fier) și kamacit (90-95% fier). Deși rare, meteoriții de fier sunt o sursă de fier nichelat, acest fier meteoric care ajunge la suprafața pământului fiind la originea industriei siderurgice în sens etimologic; cealaltă sursă naturală de fier ușor nichelat este zăcămintele de fier teluric sau de fier nativ ale mineralogilor, care sunt mai rare.

Culoarea roșie a suprafeței lui Marte se datorează unui regolit bogat în hematită amorfă; planeta roșie este într - un fel o „planetă ruginit“.

90% din zăcămintele de minereu de fier din lume sunt reținute într-un strat subțire foarte bogat în Fe (II), stratul de fier bandat. În primele etape ale vieții, la eonul arhean în jurul valorii de -2 până la -4 Ga , cianobacteriile trăiesc în oceanele Fe (II). Când încep să fotosinteze, oxigenul produs este dizolvat și reacționează cu Fe (II) pentru a forma oxizi de Fe (III) care precipită până la fundul oceanelor. După consumul de Fe (II), oxigenul este concentrat în oceane și apoi în atmosferă, acesta constituind apoi o otravă pentru proto-viață. Astfel, benzile de fier bandat se găsesc sistematic între straturile geologice ale masivelor cristaline (șisturi, gneise etc. ) și straturile de calcar dolomitic (corali) care constituie masivele prealpine.

Istoria metalurgiei fierului

Fier a fost cunoscut încă din eneolitic prin site - uri de fier telurice și mai ales meteoriți de fier cu fier adesea deja aliat de înaltă calitate, și nu este sigur că ei metalurgia a rămas confidențială ca este adesea estimat până la XII - lea lea î.Hr.. AD , o perioadă care tocmai mărcile începutul „ epoca fierului “ , în jurul XV - lea lea î.Hr.. AD hitiții, în Anatolia, a dezvoltat o măiestrie destul de bună de fierărie, tradiția lor de a determina originea în Caucaz regiune , iar aceasta tehnica , de asemenea , pare să fi fost cunoscut destul de devreme în nordul Indiei , în special în Uttar Pradesh .

În lumea elenistică fierul este atributul lui Hephaestus , zeul grec al metalurgiei și vulcanilor. Printre romani, întotdeauna falsificat de Vulcan, avatar italic al lui Hefaist, este un atribut princiar al lui Marte. De Alchimistii a dat fierul numele lui Marte, zeul războiului în mitologia romană .

Până la mijlocul Evului Mediu , Europa a rafinat fierul prin intermediul cuptoarelor , care nu produceau fontă ; tehnic furnal , care se produce fontă brută din cărbune și minereu de fier , a fost dezvoltat în China , în mijlocul V - lea lea î.Hr.. AD . Este comun în Europa de Vest de la mijlocul al XV - lea secol .

Occidentul este reinventeaza independent tehnica mai mult de o mie de ani după China. Potrivit vechiului doxograf Teofrast , Délas, un frigian , a inventat fierul.

Modificările minuscule ale părților metalice solide obținute prin munca fizică a fierarului (ciocănire, încălzire, aliaje de suprafață etc. ) sunt de foarte mică importanță pentru chimist . Chimia fierului uită în mare măsură aprecierea extrem de fină a fierarilor sau a iazurilor de forjare în lunga istorie tehnică a fierului.

Industria fierului

Exploatarea minereului de fier

Principalele țări producătoare de minereu de fier în 2013 sunt:

	Țară	Minereu (milioane de tone)	% lume minereu de fier	Conținut de fier (milioane de tone)	% lume conținut de fier
1	China	1450,0	45,9	436,0	29.5
2	Australia	609,0	19.3	377,0	25.5
3	Brazilia	386,27	12.2	245,67	16.6
4	India	150,0	4.7	96,0	6.5
5	Rusia	105,0	3.3	60.7	4.1
6	Africa de Sud	71,53	2.3	45,7	3.1
7	Ucraina	81,97	2.6	45.1	3.0
8	Statele Unite	53.0	1.7	32,8	2.2
9	Canada	42,8	1.4	26.0	1.8
10	Iran	50,0	1.6	24.0	1.6
11	Suedia	26.04	0,8	17.19	1.2
12	Kazahstan	25.5	0,8	14.5	1.0
13	Chile	17.11	0,5	9.09	0,6
14	Mauritania	13.0	0,4	7.8	0,5
15	Mexic	14.5	0,5	7.53	0,5
16	Venezuela	10.58	0,3	6,58	0,4
17	Malaezia	10.0	0,3	5.7	0,4
18	Peru	6,79	0,2	4.55	0,3
19	Mongolia	6.01	0,2	3,79	0,3
20	Curcan	4.45	0,1	2,98	0,2
Total mondial		3 160	100	1.480	100

Principalele companii producătoare de minereu de fier din lume în 2008 sunt:

BHP Billiton și Rio Tinto (39,6% din piața mondială estimată în 2008, în cazul unei fuziuni);
Vale (fost CVRD) (Brazilia) (35,7%);
Rio Tinto (24% singur);
BHP Billiton (16% singur);
Fortescue (5,4%);
Kumba (5,2%);
altele (LKAB, SNIM, CVG Ferrominera, Hierro Peru, Kudremukh, CAP) (13,7%).

În 2007, China a produs o treime din oțelul mondial și 50% din exporturile de minereu de fier.

Reciclarea

Majoritatea metalelor pe bază de fier sunt magnetice. Această proprietate simplifică sortarea acestora. În a doua jumătate a XX - lea secol, costul redus al însemnare face oțelăriilor electrice mai competitive decât cuptoare UPS .

Industria oțelului

Fierul se obține industrial prin reducerea oxizilor de fier conținuți în minereu folosind monoxid de carbon (CO) din carbon ; acest lucru poate fi realizat de la epoca fierului , până al XIX - lea secol în unele părți ale lumii, prin reducerea minereului cu cărbune într - un fund cuptor sau de jos acasă. Obținem, fără a trece printr-o fază lichidă, o masă eterogenă de fier, oțel sau chiar fontă, amestecată cu zgură , numită „ lupă ”, „massiot” sau „burete de fier”. Pentru a face metalul potrivit pentru elaborarea obiectelor, "lupa" poate fi spartă și sortată după tipul de conținut de carbon sau mai simplu poate fi compactată direct în forjă.

Odată cu dezvoltarea morilor și a puterii hidraulice, descendența tehnică a furnalului a putut să se dezvolte și, în general, a fost impusă în detrimentul celei a furnalului. Principala diferență în acest proces este că reducerea oxizilor de fier are loc în același timp cu topirea . Metalul este produs în fază lichidă sub formă de fontă care a absorbit o parte din carbonul din cocs și care se topește mai ușor decât fierul (temperatura de topire mai mică de cel puțin 200 ° C ). Dar fonta va trebui apoi transformată în fier.

De asemenea, prin adăugarea de silice la minereul de gangă calcaroasă sau de calcar la minereul de gangă silicioasă, ne-am dus la furnal: o proporție precisă de siliciu și calcar oferă o zgură ușor fuzibilă, care separă fonta lichidă natural . Mult timp furnalele au funcționat pe cărbune. Cocs , mai greu și mai abundente, a făcut posibilă pentru a face furnale mult mai mari , dar care produc o topire încărcată cu sulf .

Pentru a obține un metal uitat, este necesar să rafinați fonta. Această etapă, realizată într-o oțelărie , constă în esență în decarburarea fontei pentru a obține un aliaj cu carbon mai redus: fier sau oțel. Fonta este transformată în oțel la convertor . În acest rezervor, oxigenul este suflat pe sau în fontă pentru a elimina carbonul .

În timp ce îndepărtarea carbonului prin combustie cu oxigen este pasul principal în rafinarea fontei, oțelaria va:

îndepărtarea sulfului din cocsul încărcat în furnal; prin injectarea de carbură de calciu , magneziu și / sau sodă , sulful formează sulfuri care plutesc printre zgura fontei; această zgură va fi apoi îndepărtată folosind un răzuitor;
arderea siliciului dizolvat în fontă; această combustie este prima reacție chimică care are loc într-un convertor ; este urmată imediat de arderea carbonului ;
îndepărtarea fosforului din minereu; cum ar fi sulf, acest alt element fragilizante, se procedează prin reacția cu var în convertorul pentru a forma P 2 O 5 care, mergând în zgură, vor fi îndepărtate prin separarea de fier lichid; reacția de defosforizare este a treia și ultima reacție chimică căutată în convertor .

În anumite cazuri, abundența gazelor naturale sau dificultatea de adaptare a minereului de fier la furnal, au dus la adoptarea așa-numitului proces de „ reducere directă ”. Principiul constă în reducerea fierului prezent în minereuri fără a trece prin etapa de topire (ca într-un furnal), prin utilizarea gazelor reducătoare obținute din hidrocarburi sau cărbune . Un număr mare de metode au fost dezvoltate. În 2010, 5% din oțelul produs provenea din fierul obținut prin reducere directă.

Aliaje

Fierul este greu folosit în stare pură (cu excepția pentru a rezolva anumite probleme de sudabilitate, în special pe oțeluri inoxidabile ). Topire și oțel ( 1000 Mt ) sunt principalele aliaje:

fonta conține 2,1% până la 6,67% carbon ;
oțelul conține 0,025% până la 2,1% carbon, fierul fiind elementul principal în compoziția sa;
sub 0,025% carbon, vorbim de „fiare de călcat industriale”.

Adăugarea diferitelor elemente de adăugare face posibilă obținerea fontelor și a oțelurilor speciale, dar elementul care are cea mai mare influență asupra proprietăților acestor aliaje rămâne carbonul.

Oțelurile inoxidabile își datorează proprietățile de rezistență la coroziune prezenței cromului care, prin oxidare, va forma o peliculă subțire de protecție.

Produse

Denumirea „sârmă” nu înseamnă sârmă pură, sârmă este de fapt realizată din oțel moale, foarte maleabil.

Fierul metalic și oxizii săi sunt folosiți de zeci de ani pentru a fixa informații analogice sau digitale pe suporturi adecvate ( benzi magnetice , casete audio și video, dischete ). Cu toate acestea, utilizarea acestor materiale este acum înlocuită de compuși cu o permitivitate mai bună , de exemplu pe hard disk-uri .

Utilizare biochimică

Fierul este un element esențial în corpul uman. În primii ani de viață ai unui copil, nevoia de fier alimentar este foarte mare, în condițiile în care suferă de deficit alimentar ( anemie feriprivă ). În plus, o supradoză de fier este, de asemenea, dăunătoare pentru sănătate. Într-adevăr, prea mult fier ar crește riscul de hepatită , cancer și ar putea fi implicat în boala Parkinson .

Complex bioinorganic

Hemoglobinei de sângelui este un metaloproteină compus dintr - un fier (II). Acest complex permite globulelor roșii să transporte oxigenul din plămâni către celulele din corp. Solubilitatea oxigenului în sânge este într-adevăr insuficientă pentru a furniza celulele în mod eficient. Acest complex constă dintr-un cation Fe (II) complexat de cei patru atomi de azot al unei porfirine și de azotul unui reziduu de histidină aparținând lanțului proteic. Al șaselea sit de complexare a fierului este fie vacant, fie ocupat de o moleculă de oxigen.

Este remarcabil faptul că fierul (II) leagă o moleculă de oxigen fără a fi oxidat. Acest lucru se datorează împiedicării fierului de către proteină.

În mâncare

Fierul este un oligoelement și este unul dintre sărurile minerale esențiale găsite în alimente , dar poate fi toxic în anumite forme. Un deficit de fier este o sursă de anemie și poate afecta dezvoltarea cognitivă și socio-emoțională a creierului copilului sau poate exacerba efectele anumitor otrăviri ( de exemplu, otrăvirea cu plumb ).

Fierul este esențial pentru transportul oxigenului și pentru formarea globulelor roșii din sânge . Acesta este un constituent esențial al mitocondriilor , deoarece în compoziția de hem a citocromului c . De asemenea, joacă un rol în producerea de noi celule , hormoni și neurotransmițători . Fierul conținut în plante (așa-numitul fier "non-hem") Fe 3+ sau fierul feric este mai puțin absorbit de organism decât cel conținut în alimentele crude de origine animală (fierul "hem") Fe 2+ sau fierul fier . Gătitul cărnii transformă o parte din fierul hem în fier non-hem, care este mai puțin biodisponibil . Cu toate acestea, absorbția fierului este îmbunătățită dacă este consumată cu anumiți nutrienți , cum ar fi vitamina C sau sucul de lămâie. A pune suc de lămâie pe mâncare este, prin urmare, un obicei culinar excelent dacă îți lipsește fierul; pe de altă parte, un supliment de vitamina C este inutil dacă nu suferiți de deficit de vitamina C (deficitul extrem este scorbutul), chiar dacă acest lucru nu poate duce la hipervitaminoză, deoarece vitamina C este solubilă în apă (și, prin urmare, surplusul său este eliminat prin transpirație iar tractul urinar). La fel ca carnea de vită, insectele sunt o sursă bună de fier.

Pe de altă parte, absorbția sa este inhibată de consumul de ceai și / sau cafea, deoarece taninurile (polifenoli) sunt chelatori de fier. Acesta este motivul pentru care este recomandat persoanelor expuse riscului (adolescenți, femei însărcinate, femei în vârstă fertilă, vegetarieni) și băutorilor de ceai sau cafea să-l bea în schimb cu o oră înainte de masă sau la două ore după.

Acumularea de fier în corp duce la moartea celulelor. Cercetătorii de la Inserm suspectează că, din cauza acestuia, excesul de fier ar putea fi implicat în degenerarea neuronilor la pacienții cu boala Parkinson.

Pentru femeile aflate la menopauză și bărbații adulți, aportul zilnic recomandat de fier este de 10 mg ; această cerință nutrițională este de 16-18 mg pentru femeile de la pubertate până la menopauză .

În farmacie

Fierul este folosit ca medicament. Se utilizează în cazurile de deficit de fier (numit „deficit de fier”) care poate provoca astenie sau chiar anemie cu deficit de fier . Poate fi administrat oral sau sub formă de injecție.

Producția mondială

Producția globală de minereu de fier sa ridicat la 2,4 miliarde de tone în 2010, în mare parte determinată de China (37,5%), înaintea Australiei (17,5%), a Braziliei (15,4%), a Indiei (10,8%), a Rusiei (4,2%) și a Ucrainei (3,0%); Rezervele mondiale de minereu de fier sunt estimate la 180 de miliarde de tone, conținând 87 de miliarde de tone de fier și sunt deținute în principal de Ucraina (16,7%), Brazilia (16,1%) și Rusia (13,9%). China a produs 60% din fierul metalic mondial în 2010 (aproximativ 600 de milioane din 1 miliard de tone) și 45% din oțelul mondial (aproximativ 630 milioane din 1,4 miliarde de tone), înaintea Japoniei (8,2% din fier și 7,9% de oțel produs în lume).

Note și referințe

(ro) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics , CRC Press Inc,2009, Ediția a 90- a . , 2804 p. , Hardcover ( ISBN 978-1-420-09084-0 )
(în) Beatriz Cordero Verónica Gómez, Ana E. Platero-Prats, Marc Revés Jorge Echeverría, Eduard Cremades, Flavia și Santiago Barragan Alvarez , " Raze covalente revizuite " , Dalton Transactions , 2008, p. 2832-2838 ( DOI 10.1039 / b801115j )
(în) David R. Lide, Manualul de chimie și fizică al CRC, TF-CRC,2006, 87 th ed. ( ISBN 0849304873 ) , p. 10-202
(în) Manualul metalelor , vol. 10: Caracterizarea materialelor , ASM International,1986, 1310 p. ( ISBN 0-87170-007-7 ) , p. 343
(în) Thomas R. Dulski, Un manual pentru analiza chimică a metalelor , vol. 25, ASTM International,1996, 251 p. ( ISBN 0803120664 , citit online ) , p. 71
Baza de date Chemical Abstracts interogată prin intermediul SciFinder Web 15 decembrie 2009 ( rezultate căutare )
SIGMA-ALDRICH
„ Fier ” în baza de date cu produse chimice Reptox a CSST (organizația din Quebec responsabilă de securitatea și sănătatea în muncă), accesată la 25 aprilie 2009
(în) Cel mai stramte Nucleelor ( „nuclizi cel mai strâns legat“).
Alessandro Tagliabue, Rolul integral al fierului în biogeochimia oceanelor , Nature , 543, 51-59, 2 martie 2017, DOI : 10.1038 / nature21058 ( abstract )
Kristen French, Chimia fierului contează pentru absorbția carbonului oceanic , 26 iunie 2017, Earth Institute, Columbia University
Starea gazelor cu efect de seră în atmosferă pe baza observațiilor globale până în 2013 (accesat la 11 septembrie 2014), a se vedea în special cap. Acidificarea oceanelor , p. 4 .
(în) RL și HG Clendenen Drickamer, " Efectul presiunii asupra parametrilor de volum și de zăbrele de ruteniu și fier " , Journal of Physics and Chemistry of Solids , vol. 25, n o 8,1964, p. 865-868 ( DOI 10.1016 / 0022-3697 (64) 90098-8 ).
(în) Ho-Kwang Mao, William A. Bassett și Taro Takahashi, " Efectul presiunii asupra structurii cristaline și a parametrilor de rețea a fierului până la 300 kbar " , Journal of Applied Physics , vol. 38, n o 1,1967, p. 272-276 ( DOI 10.1063 / 1.1708965 ).
„ Hefaist, zeul grec al focului și al fierului ” , pe mythology.ca
Pliniu cel Bătrân , Istorie naturală [ detaliu al edițiilor ] [ citit online ] : Cartea VII
William S. Kirk , „ USGS Minerals Information: Iron Ore ” , la minerals.usgs.gov (accesat la 23 octombrie 2016 )
Bernstein Resaerch în Les Echos , 5 februarie 2008, p. 35
Alain Faujas, „Minereul de fier va crește cu cel puțin 65% în 2008”, Le Monde , 20 februarie 2008, postat pe 19 februarie 2008, [ citește online ]
Exces de fier implicat în boala Parkinson , Google / AFP , 28 octombrie 2008
R. Colin Carter, Joseph L. Jacobson, Matthew J. Burden, Rinat Armony-Sivan, Neil C. Dodge, Mary Lu Angelilli, Betsy Lozoff și Sandra W. Jacobson, Anemia cu deficit de fier și funcția cognitivă în copilărie , pediatrie , august 2010, vol. 126, nr . 2, E427-E434, rezumat
Gladys O. Latunde-Dada , Wenge Yang și Mayra Vera Aviles , „ Disponibilitatea fierului in vitro de la insecte și carne de vită ”, Journal of Agricultural and Food Chemistry , vol. 64, nr . 44,9 noiembrie 2016, p. 8420–8424 ( ISSN 0021-8561 , DOI 10.1021 / acs.jafc.6b03286 , citit online , accesat la 16 noiembrie 2016 )
Vezi de exemplu manual Ferrostrane ( feredetate de sodiu ) de TEOFARMA sau Timoferol ( vitamina C + Fe) de Elerte.
„ Anemie cu deficit de fier ” , pe passportsante.net ,august 2011(accesat la 23 aprilie 2015 )
„ Exces de fier în celulele nervoase implicate în boala Parkinson ” , pe Inserm ,28 octombrie 2008(accesat la 23 aprilie 2015 )
(în) „ Minereu de fier ” , USGS Minerals.
(în) http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/iron_&_steel/mcs-2011-feste.pdf „ Iron and Steel ”], USGS Minerals.

Vezi și tu

Bibliografie

Elie Bertrand, Dicționar universal de fosile curate și fosile accidentale care conține o descriere a terenurilor, nisipurilor, sărurilor ... , la Louis Chambeau, Avignon, 1763, 606 p. , în special intrarea de fier p. 239-256 .
Robert Luft, Dicționar de substanțe simple pure în chimie , Nantes, Association Cultures et Techniques,1997, 392 p. ( ISBN 978-2-9510168-3-5 ), în special cap. 26 fier p. 132-134 .
Bruce Herbert Mahan , Chimie , InterEdition, Paris, 1977, 832 p. ( Trans. From University Chemistry , ed. A 2- a , Addison-Wesley Publishing Company, Massachusetts, în 1969 ( ISBN 978-2-7296-0065-5 ) ), în special p. 673-676 .
Paul Pascal , P. Bothorel, Adolphe Pacault, Guy Pannetier (ed.), New treatise on mineral chimie: Iron and iron complexes , vol. 17-18, Masson, 1958.

Articole similare

linkuri externe

Rezumatul descriptiv al chimiei fierului, Facultatea de Științe a Universității din Maine
Pila pe fier: Fierul cade masca , Futura-Sciences
(ro) Mineralogia elementului fier: Sur Mindat
(ro) „ Date tehnice pentru fier ” (accesat la 12 august 2016 ) , cu datele cunoscute pentru fiecare izotop în subpagini

Hei

Născut

n / A

Aceasta

Vezi

Sr.

În

Acest

P.m

Citit

A.m

Este

Mt.

119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

129

130

131

132

133

134

135

136

137

138

139

140

141

142

Metale alcaline	Pământ alcalin	Lantanide	Metale de tranziție	Metale slabe	metal- loids	Non metale	gene halo	Gazele nobile	Elemente neclasificate
		Actinide
		Superactinide