L'élément chimique fer a pour numéro atomique 26 et pour symbole Fe (dérivé du latin ferrum). C'est un métal du groupe 8 du tableau périodique et de la première série de transition. Il constitue une grande partie du noyau externe et interne de la planète et est l'élément le plus courant en masse, juste devant l'oxygène (32,1 et 30,1%, respectivement). C'est le quatrième élément le plus commun de la croûte terrestre et a été déposé principalement par des météorites sous forme métallique, avec leurs minerais.
Les minerais de fer doivent être traités dans des fours pouvant atteindre des températures de 1.500 500 °C ou plus, soit environ 1200 °C de plus que la température requise pour faire fondre le cuivre. Les gens en Eurasie BC. L'utilisation d'outils et d'armes en fer a commencé au deuxième millénaire avant notre ère, alors qu'il commençait à maîtriser cette technique. Il a commencé à remplacer les alliages de cuivre à certains endroits jusqu'aux années XNUMX. Il est admis que la transition de l'âge du bronze à l'âge du fer a eu lieu pendant cette période. Les alliages de fer tels que l'acier, l'inox, la fonte et les aciers spéciaux sont aujourd'hui les métaux industriels les plus utilisés, en raison de leurs qualités mécaniques et de leur économie.
En conséquence, l'industrie sidérurgique est très importante pour l'économie. Le fer est également le métal le moins cher, ne coûtant que quelques dollars par kilogramme ou livre.
Les surfaces en fer pur sont impeccables et gris argenté comme un miroir. La rouille, également connue sous le nom d'oxydes de fer hydratés, est une simple réaction entre le fer, l'oxygène et l'eau. La rouille prend plus de place que le métal sur lequel elle se trouve et expose la nouvelle surface à la corrosion plus que les oxydes de certains autres métaux, qui exfolient et forment des couches passivantes. Le fer de haute pureté tel que le fer électrolytique est plus résistant à la corrosion.
Un corps humain adulte contient 4 grammes (0,005 % du poids corporel) de fer, dont la majeure partie se trouve dans l'hémoglobine et la myoglobine.
Ces deux protéines sont essentielles au métabolisme des vertébrés car elles permettent au sang de transporter l'oxygène et aux muscles de stocker l'oxygène. Le métabolisme du fer humain nécessite une quantité minimale de fer dans l'alimentation pour maintenir des niveaux appropriés. Plusieurs enzymes redox importantes impliquées dans la respiration cellulaire, l'oxydation et la réduction chez les plantes et les animaux contiennent également du fer en tant que métal dans le site actif.
Le fer se trouve le plus souvent dans les états d'oxydation du fer (II) et du fer (III). Avec les deux éléments du groupe 8, le ruthénium et l'osmium, le fer a certaines propriétés en commun avec d'autres métaux de transition. Le fer peut former des composés avec des niveaux d'oxydation allant de 2 à +7. Le fer peut également former une variété de composés de coordination, dont certains ont des utilisations importantes dans l'industrie, la médecine ou la recherche, comme le ferrocène, le ferrioxalate et le bleu de Prusse.
Propriétés et allotropes du fer
Le fer existe dans au moins quatre allotropes différents, traditionnellement identifiés par les lettres α, γ, δ et ε.
Les trois premières espèces peuvent être observées sous des pressions typiques. Lorsque le fer fondu refroidit en dessous de son point de congélation de 1538 ° C, il cristallise en son allotrope, qui a une structure cristalline cubique centrée (bcc). A 1394 °C, il se transforme en austénite, un allotrope de fer avec une structure cristalline cubique à faces centrées (fcc). La structure cristalline est reconvertie en allotrope bcc-fer à 912 ° C et à des températures inférieures.
En raison de son importance dans les hypothèses concernant les noyaux de la Terre et d'autres planètes, les propriétés physiques du fer à des pressions et des températures extrêmement élevées ont également été étudiées en détail.
La structure à empilement hexagonal (hcp), également appelée « Fer ε(Epsilon) », se forme lorsque la pression est supérieure à environ 10 GPa et que la température est inférieure ou égale à quelques centaines de kelvins. La transition de la phase alpha à haute température au fer epsilon se produit à une pression plus élevée.
Il existe des preuves expérimentales controversées pour soutenir l'existence d'une phase bêta stable à des pressions supérieures à 50 GPa et des températures d'au moins 1500 K. On s'attend à ce qu'il ait une structure double HCP ou une forme orthorhombique. (De manière confuse, le mot «fer -bêta» est parfois utilisé pour désigner le fer -alpha au-dessus du point de Curie lorsqu'il passe de ferromagnétique à paramagnétique, bien que sa structure cristalline n'ait pas changé).
On pense généralement qu'un alliage epsilon ou bêta fer-nickel avec (ou) structure forme le noyau interne de la Terre.
Points d'ébullition et de fusion du fer
Les points de fusion et d'ébullition du fer, ainsi que l'enthalpie d'atomisation, sont inférieurs à ceux des éléments 3D précédents, du scandium au chrome, indiquant que la contribution des électrons 3D à la liaison métallique diminue à mesure que les électrons 3D sont davantage attirés par le noyau dans le noyau inerte ; cependant, les valeurs de l'élément manganèse précédent sont plus élevées car cet élément a une sous-couche tridimensionnelle partiellement remplie et, par conséquent, le d-ruthénium montre la même tendance, mais pas l'osmium.
Pour des pressions inférieures à 50 GPa, le point de fusion du fer est bien établi expérimentalement. Les données publiées pour les pressions plus élevées depuis 2007 diffèrent encore de dizaines de gigapascals et de plus d'un millier de kelvins.
Propriétés magnétiques du fer
En dessous du point de Curie, qui est de 770 ° C (1.420 1.040 ° F; XNUMX XNUMX K), le fer passe généralement du paramagnétique au ferromagnétique lorsque deux électrons non appariés dans chaque atome s'alignent avec les spins de leurs voisins pour produire un champ magnétique général. En effet, ces deux électrons ne sont pas impliqués dans la liaison métallique et leurs orbitales ne sont pas dirigées vers des atomes proches dans le réseau.
Les atomes se divisent spontanément en champs magnétiques d'environ 10 micromètres de large en l'absence d'une source de champ magnétique externe. Les atomes de chaque domaine ont des spins parallèles, mais certains domaines ont des orientations différentes. En conséquence, le champ magnétique global d'un morceau de fer macroscopique sera presque nul.
Lorsqu'un champ magnétique externe est appliqué, la magnétisation dans la même direction générale fait augmenter les champs et renforce le champ externe aux dépens de ceux à proximité pointant dans d'autres directions. Les appareils qui doivent canaliser les champs magnétiques pour remplir leurs fonctions de conception, tels que les transformateurs électriques, les têtes d'enregistrement magnétiques et les moteurs électriques, tirent parti de ce phénomène. Les impuretés, les défauts de réseau ou les joints de grains et de particules peuvent "fixer" les champs dans de nouvelles positions, de sorte que l'effet persiste même après la suppression du champ externe - transformant ainsi l'objet en fer en un aimant (permanent).
Certains composés de fer, tels que la magnétite minérale, une forme cristalline de l'oxyde mixte de fer (II, III) Fe3O4, présentent des propriétés similaires (bien que le mécanisme à l'échelle atomique, le ferrimagnétisme, soit légèrement différent). Les premières boussoles utilisées pour la navigation étaient des magnétites, qui sont des morceaux de magnétite avec une propriété magnétique permanente naturelle. Avant de remplacer les matériaux à base de cobalt, les particules de magnétite étaient largement utilisées dans les supports d'enregistrement magnétiques tels que la mémoire centrale, les bandes magnétiques, les disquettes et les disques.
Source: Wikipedia
📩 03/04/2023 20:59