Caractéristiques de fer (élément), structure chimique, utilisation

Il fer Il s'agit d'un métal de transition qui appartient au groupe 8 ou viiib du tableau périodique et est représenté avec le symbole chimique Fe. C'est un métal grisâtre, ductile, malléable et d'une grande ténacité, utilisé dans de nombreuses applications très utile pour l'homme et la société.

Il représente 5% de la croûte terrestre et est également le deuxième métal le plus abondant après l'aluminium. De plus, son abondance est surmontée par l'oxygène et le silicium. Cependant, en ce qui concerne le noyau de la Terre, 35% d'entre eux sont composés de fer métallique et liquide.

Alchemist-HP (Talk) (www.Pse-mendelejew.de) [fal ou gfdl 1.2 (http: // www.gnou.Org / licences / anciens licences / fdl-1.2.html)]

En dehors du noyau terrestre, le fer n'est pas du métal, car il est rapidement oxydé lorsqu'il est exposé à l'air humide. Il est situé dans les roches basaltiques, les sédiments carbonifères et les météorites; Généralement en alliage avec nickel, comme dans le minéral Kamacita.

Les principaux minéraux de fer utilisés pour l'exploitation minière sont les suivants: Hématite (oxyde ferrique, foi₂SOIT₃), Magnétite (oxyde ferrosopherrique, foi₃SOIT₄), Limonite (hydroxyde d'oxyde ferreux hydraté, [moche (OH) · NH₂O]), et la sidérite (carbonate de fer, feco₃).

En moyenne, l'homme a une teneur en fer de 4,5 g, dont 65% sous forme d'hémoglobine. Cette protéine intervient dans le transport de l'oxygène dans le sang et dans sa distribution aux différents tissus, pour une collecte ultérieure par la myoglobine et la neuroglobine.

Malgré les nombreux avantages du fer pour l'être humain, l'excès de métal peut avoir des actions toxiques très graves, en particulier sur le foie, le système cardiovasculaire et le pancréas; C'est le cas d'une maladie héréditaire de l'hématochromatisme.

Le fer est synonyme de construction, de force et de guerres. D'un autre côté, après son abondance, il est toujours une alternative à considérer en ce qui concerne le développement de nouveaux matériaux, catalyseurs, médicaments ou polymères; Et malgré la couleur rouge de ses rusés, c'est un métal écologiquement vert.

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Histoire

Antiquité

Le fer a été poursuivi pendant des millénaires. Cependant, il est difficile de trouver des objets de fer de ces âges anciens en raison de leur sensibilité au corrozé. Les objets de fer les plus anciens ont été fabriqués avec celui trouvé dans les météorites.

Telle est une sorte de comptes élaborés en 3500 à.c., Trouvé à Gerzah, en Égypte, et un poignard trouvé dans le tombeau de Tutankhamun. Les météorites de fer sont caractérisées par une teneur élevée en nickel, il a donc été possible d'identifier leur origine dans ces objets.

Des preuves de fonte à Asmar, en Mésopotamie et au bazar de la queue Chagar, en Syrie, ont également été trouvés entre 3000 et 2700 à 2700.c. Bien que la fonderie de fer ait commencé à l'âge du bronze, il a fallu des siècles dans lesquels il pourrait se déplacer vers le bronze.

De plus, des artefacts en fonte en Inde ont été trouvés, 1800 à 1200 à.c. Et à Levante, environ 1500 à.c. On pense que l'âge du fer a commencé en 1000.c., En réduisant le coût de sa production.

Apparaît en Chine entre 700 et 500 à.c., Probablement transporté par l'Asie centrale. Les premiers objets de fer ont été trouvés à Luhe Jiangsu, en Chine.

L'Europe 

Le fer forgé a été produit en Europe en utilisant des appels de gala. Pour le processus, l'utilisation du charbon était nécessaire comme carburant.

Les fours médiévaux élevés mesuraient 3,0 m de haut, ils étaient faits de briques allumées et l'air a été fourni par des soufflets manuels. En 1709, Abraham Darby a établi un court four à coke pour produire de la fonte, remplaçant le charbon végétal.

La disponibilité du fer bon marché était l'un des facteurs qui ont conduit à la révolution industrielle. Au cours de cette période, le raffinage du fer à fer de fer a commencé, qui a été utilisé pour construire des ponts, des navires, des dépôts, etc.

Acier

L'acier utilise une concentration en carbone supérieure à celle de fer forgé. L'acier s'est produit à Luristan, en Perse, en 1000.c. Dans la révolution industrielle, de nouvelles méthodes ont été conçues pour produire des barres de fer sans charbon, qui ont ensuite été utilisées pour produire de l'acier.

À la fin des années 1850, Henry Bessemer a conçu pour faire sauter l'air jusqu'à l'arrabio fondu pour produire de l'acier sucré, ce qui a fait la production de l'acier le plus économique. Cela a entraîné une diminution de la production de fer forgé.

Propriétés

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Apparence

Un éclat métallique avec une teinture grisâtre.

Poids atomique

55 845 u.

Numéro atomique (z)

26

Point de fusion

1.533 ºC

Point d'ébullition

2.862 ºC

Densité

-Température ambiante: 7 874 g / ml.

-Point de fusion (liquide): 6 980 g / ml.

Chaleur de fusion

13,81 kJ / mol

Chaleur de vaporisation

340 kJ / mol

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Capacité calorique molaire

25.10 J / (mol · k)

Énergie d'ionisation

-Premier niveau d'ionisation: 762,5 kJ / mol (foi⁺ gazeux)

-Deuxième niveau d'ionisation: 1.561,9 kJ / mol (foi²⁺ gazeux)

-Ionisation de troisième niveau: 2.957, KJ / Mol (Faith³⁺ gazeux)

Électronégativité

1,83 sur l'échelle Pauling

Radio atomique

Empirique 126 h

Conductivité thermique

80,4 w / (m · k)

Résistivité électrique

96.1 Ω · m (à 20 ºC)

Curie Point

770 ° C, approximativement. À cette température, le fer cesse d'être ferromagnétique.

Isotopes

Isotopes stables: ⁵⁴La foi, avec une abondance de 5,85%; ⁵⁶La foi, avec une abondance de 91,75%; ⁵⁷La foi, avec une abondance de 2,12%; et ⁵⁷Foi, avec une abondance de 0,28%. Être le ⁵⁶Foi L'isotope le plus stable et le plus abondant n'est pas surpris que le poids atomique du fer soit très proche de 56 U.

Tandis que les isotopes radioactifs sont: ⁵⁵Foi, ⁵⁹Foi et ⁶⁰Foi.

Structure et configuration électroniques

-Alotropes

Le fer à température ambiante cristallise dans la structure cubique focalisée sur le corps (BCC), également connu sous le nom de α-FE ou de ferrite (dans le jargon métallurgique). Puisque vous pouvez adopter différentes structures cristallines en fonction de la température et de la pression, il est dit que le fer est un métal allotrope.

L'alotrope BCC est le fer commun (ferromagnétique), que les gens en savent tellement et sont attirés par les aimants. Lorsqu'il est chauffé au-dessus de 771 ºC, il devient paramagnétique, et bien que leur cristal ne se dilate, ils considéraient cette «nouvelle phase» comme β-FE. Les autres alotropes de fer sont également paramagnétiques.

Entre 910 ºC et 1394 ºC, le fer est comme le alotrope austénite ou γ-Fe, dont la structure est centrée sur les faces, FCC. La conversion entre Austenita et Ferrita a un impact important sur la fabrication d'acier; Depuis, les atomes de carbone sont plus solubles dans la austénite que dans la ferrite.

Et puis, au-dessus de 1394 ºC à son point de fusion (1538 ºC), le fer réadopte la structure BCC, δ-Fe; Mais contrairement à la ferrite, cet alotrope est paramagnétique.

Fer opsilon

En augmentant la pression à 10 GPa, à une température de quelques centaines de degrés Celsius, l'all alotrope α ou ferrite évolue vers l'alotrope ε, epsilon, caractérisé par la cristallisation dans une structure hexagonale compacte; c'est-à-dire avec les atomes de foi les plus compactés. Ceci est la quatrième forme de fer allotrope.

Certaines études théorisent l'existence possible d'autres fers de fer sous de telles pressions, mais à des températures encore plus élevées.

-Lien métallique

Quel que soit le fer alotropo et la température qui "agite" ses atomes de foi, ou la pression qui les compacte, ils interagissent les uns avec les autres avec les mêmes électrons de Valencia; Ce sont ceux montrés dans leur configuration électronique:

[Ar] 3d⁶ 4s²

Par conséquent, huit électrons participent à la liaison métal. Ce sont également ces huit électrons qui définissent les propriétés de fer telles que leur conductivité thermique ou électrique.

-Nombres d'oxydation

Les nombres d'oxydation les plus importants (et communs) du fer sont +2 (foi²⁺) et le +3 (foi³⁺). En fait, la nomenclature conventionnelle ne considère que ces deux nombres ou états. Cependant, il y a des composés où le fer peut gagner ou perdre une autre quantité d'électrons; c'est-à-dire que l'existence d'autres cations est supposée.

Par exemple, le fer peut également avoir +1 nombres d'oxydation (foi⁺), +4 (foi⁴⁺), +5 (foi⁵⁺), +6 (foi⁶⁺) et +7 (foi⁷⁺). Les espèces anioniques ferrato, laides₄^2-, Il a du fer avec un nombre d'oxydation de +6, car les quatre atomes d'oxygène l'ont oxydé à un tel extrême.

De même, le fer peut avoir des nombres d'oxydation négatifs; comme: -4 (foi^4-), -2 (foi^2-) et -1 (foi^-). Cependant, les composés qui ont des centres de fer avec ces gains d'électrons sont très rares. C'est pourquoi, bien qu'il dépasse le manganèse dans cet aspect, cette dernière forme de composés beaucoup plus stables avec sa gamme d'états d'oxydation.

Le résultat, à des fins pratiques, considérez simplement la foi²⁺ ou la foi³⁺; Les autres cations sont réservés à certains ions ou composés spécifiques.

Comment est-il obtenu?

Ornements en acier, l'alliage de fer le plus important. Source: pxhere.

Collection de matières premières

Il doit passer à l'emplacement des minéraux les plus appropriés pour l'exploitation minérale du fer. Les minéraux les plus utilisés pour obtenir sont les suivants: Hématite (foi₂SOIT₃), Magnétite (foi₃SOIT₄) Limonite (moche · OH · NH₂O) et sidérite (feco₃).

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Ensuite, la première étape de l'extraction consiste à collecter les rochers avec du minerai de fer Orenas. Ces roches sont écrasées pour les fragmenter en morceaux de petites tailles. Par la suite, il y a une phase de sélection des fragments des roches avec du minéral de fer.

Dans la sélection, deux stratégies sont suivies: utilisation d'un champ magnétique et sédimentation dans l'eau. Les fragments de roche sont soumis à un champ magnétique et les fragments avec minéraux y sont orientés, pouvant être séparé.

Dans la deuxième méthode, les fragments rocheux sont déchargés dans l'eau et ceux qui contiennent du fer car ils sont plus lourds sont sédimentés au fond de l'eau, étant au sommet de cela, car il est de moins de poids.

Haut fourneau

Four haut où l'acier est produit. Source: Pixabay.

Les minéraux en fer sont transportés vers les fours élevés, où ils sont débordés avec du charbon coke qui a le papier de carburant et le fournisseur de carbone. De plus, un calcaire ou un calcaire est ajouté, qui répond à la fonction du fondateur.

Au four court, avec le mélange précédent, l'air chaud est injecté à une température de 1.000 ºC. Le fer fond par la combustion du charbon qui transporte la température à 1.800 ºC. Une fois que le liquide est appelé Arrabio, qui s'accumule au bas du four.

L'arrabio est extrait du four et versé dans des conteneurs pour être transporté pour une nouvelle fonderie; Tandis que les scories, l'impureté située à la surface de l'Arrabio, est jetée.

L'arrabio est versé par l'utilisation de cuillères de pièces moulées dans un four de convertisseur, ainsi que la pierre calcaire comme fonte, et l'oxygène est introduit à haute température. Ainsi, la teneur en carbone est réduite, affinant l'arabio pour la transformer en acier.

Par la suite, l'acier passe par des fours électriques pour la production d'aciers spéciaux.

Applications

-Fer métallique

Iron Bridge en Angleterre, l'une des constructions de soja faites avec du fer ou ses alliages. Source: Aucun auteur lisible par machine fourni. Jasonjsmith a supposé (sur la base des réclamations du droit d'auteur). [Domaine public]

Parce qu'il s'agit d'un métal à faible production, malléable, ductile et transformé en corrosion, il a été obtenu qu'il est le métal le plus utile pour l'homme, sous ses différentes formes: forgé, fondu et acier de différents types.

Le fer est utilisé pour la construction de:

-Des ponts

-Bases pour les bâtiments

-Portes et fenêtres

-Bateaux

-Différents outils

-Tuyaux pour l'eau potable

-Tubes pour la collecte des eaux usées

-Meubles de jardins

-Grades pour la sécurité des ménages

Il est également utilisé dans l'élaboration des ustensiles ménagers, tels que des pots, des casseroles, des couteaux, des détenteurs. De plus, il est utilisé dans la fabrication de réfrigérateurs, de cuisines, de machines à laver, de lave-vaisselle, de mélangeurs, de fours, de grille-pain.

En bref, le fer est présent dans tous les objets entourant l'homme.

Nanoparticules

Le fer métallique se prépare également sous forme de nanoparticules, qui sont très réactives et conservent les propriétés magnétiques du solide macroscopique.

Ces sphères de foi (et ses multiples morphologies supplémentaires) sont utilisées pour purifier l'eau des composés organochlorés, et comme le médicament soutient les régions de sélection du corps en appliquant un champ magnétique.

Ils peuvent également servir de supports catalytiques dans les réactions où les liaisons en carbone sont cassées, c-c.

-Composés de fer

Oxydes

L'oxyde ferreux et laid est utilisé comme pigment pour les cristaux. Oxyde ferrique, foi₂SOIT₃, C'est la base d'une série de pigments qui vont du jaune au rouge, connu sous le nom de rouge vénitien. La forme rouge, appelée rouge, est utilisée pour polir les métaux et diamants précieux.

Oxyde ferrosopherrique, foi₃SOIT₄, Il est utilisé dans les ferritas, des substances avec une accessibilité magnétique élevée et une résistivité électrique, utilisable dans certaines souvenirs informatiques et dans le revêtement de bande magnétique. Il a également été utilisé comme agent pigmentaire et polissage.

Sulfates

Heptahydrate sulfate ferreux, feso₄· 7h₂Ou, c'est la forme la plus courante de sulfate ferreux, connu sous le nom de vitriol vert ou de coppera. Il est utilisé comme agent réducteur et dans la fabrication d'encres, d'engrais et de pesticides. Il trouve également une utilisation dans la galvanoplastie de fer.

Sulfate ferrique, foi₂(SW₄)₃, Il est utilisé pour obtenir de l'alumine de fer et d'autres composés ferriques. Il sert de coagulant dans la purification des eaux usées et comme mordant dans le colorant textile.

Chlorures

Chlorure ferreux, fecl₂, Il est utilisé comme un agent mordant et réducteur. Pendant ce temps, le chlorure ferrique, FECL₃, Il est utilisé comme agent de chloration métallique (argent et cuivre) et certains composés organiques.

Le traitement de la foi³⁺ Avec l'ion hexocianoferrato [Fe (CN)₆]]^-4 produit un précipité bleu, appelé bleu de la Prusse, utilisé dans les peintures et les laques.

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Nourriture de fer

Les palourdes sont une source de nourriture riche en fer. Source: pxhere.

En général, une consommation de 18 mg / jour de fer est recommandée. Parmi les aliments qui le fournissent dans le régime alimentaire quotidien sont les suivants:

Les fruits de mer contribuent au fer dans l'hémin, il n'y a donc pas d'inhibition dans l'absorption intestinale de la même. La palourde contribue jusqu'à 28 mg de fer pour 100 g de celui-ci; Par conséquent, cette quantité de palourde suffirait à fournir l'exigence quotidienne en fer.

Les épinards contient 3,6 mg de fer pour 100 g. Les vaccins de la viande d'organe, par exemple le foie de veau, contient 6,5 mg de fer pour 100 g. Il est probable que la contribution du boudin noir soit quelque peu plus élevée. Le boudin noir se compose de parties de l'intestin grêle, remplies de sang de boeuf.

Les légumineuses, comme la lentilles, contiennent 6,6 mg de fer pendant 198 g. La viande rouge contient 2,7 mg de fer pour 100 g. Les graines de citrouille contiennent 4,2 mg par 28 g. Le quinoa contient 2,8 mg de fer par 185 g. La viande de dinde foncée contient 2,3 mg par 100 g. Le brocoli contient 2,3 mg par 156 mg.

Le tofu contient 3,6 mg par 126 g.  Pendant ce temps, le chocolat noir contient 3,3 mg par 28 g.

Papier biologique

Les fonctions que le fer joue, en particulier dans les êtres vivants vertébrés, sont innombrables. On estime que plus de 300 enzymes nécessitent du fer pour son opération. Parmi les enzymes et les protéines qui l'utilisent sont les suivantes:

-Protéines qui ont le groupe hémo et n'ont pas d'activité enzymatique: l'hémoglobine, la myoglobine et la neuroglobine.

-Enzymes avec le groupe Hemo impliqué dans le transport des électrons: cytochromes A, B et F et cytochrome oxydases et / ou activité oxydase; sulfite oxydase, cytochrome p450 oxydase, myéloperoxydase, peroxydase, catalase, etc.

-Protéines contenant du sucre de fer, liées aux activités oxyréientes, impliquées dans la production d'énergie: succinate déshydrogénase, isocitrate déshydrogénase et aconitase, ou enzymes impliquées dans la réplication et la réparation de l'ADN: ADN-polimerasa et ADN-héliclasasasasasasas.

-Les enzymes n'héritent pas qu'ils utilisent le fer comme cofacteur pour leur activité catalytique: la phénylalanine hydrolase, l'hydrolase tyrosine, l'hydrolase tryptophane et l'hydrolase mensonge.

-Pas de protéines hémo responsables du transport et du stockage du fer: ferritine, transferrine, haptoglobine, etc.

Des risques

Toxicité

Les risques d'exposition à un excès de fer peuvent être aigus ou chroniques. Une cause d'intoxication au fer aigu peut être l'apport excessif de comprimés de fer, sous forme de gluconate, de fumarate, etc.

Le fer peut provoquer une irritation de la muqueuse intestinale, dont l'inconfort se manifeste immédiatement après la consommation et disparaît à 6 à 12 heures. Le fer absorbé est déposé dans différents organes. Cette accumulation peut provoquer des altérations métaboliques.

Si la quantité de fer ingérée est toxique, elle peut provoquer une perforation intestinale avec une péritonite.

Dans le système cardiovasculaire, produit une hypovolémie qui peut être causée par une hémorragie gastro-intestinale et la libération de fer à partir de substances vasoactives, telles que la sérotonine et l'histamine. Il peut finalement se produire, une nécrose hépatique massive et une insuffisance hépatique.

Hémochromatisme

L'hémochromatisme est une maladie héréditaire qui a une altération du mécanisme de régulation du fer corporel, qui se manifeste dans une augmentation de la concentration sanguine du fer et de son accumulation dans différents organes; parmi eux le foie, le cœur et le pancréas.

Les symptômes initiaux de la maladie sont les suivants: douleurs articulaires, douleurs abdominales, fatigue et faiblesse. Avec les symptômes suivants et les signes suivants de la maladie: diabète, perte de désir sexuel, impuissance, insuffisance cardiaque et insuffisance hépatique.

Hososidérose

L'hermosidérose est caractérisée, comme indiqué par son nom, par l'accumulation d'Hososidérine dans les tissus. Cela ne cause pas de lésions tissulaires, mais elle peut évoluer vers des dommages similaires à ceux observés dans l'hémochromatisme.

L'hosérose peut être produite par les causes suivantes: Augmentation de l'absorption du fer à tôles, anémie hémolytique qui libère du fer des érythrocytes et des transfusions sanguines excessives.

L'hermosyrose et l'hémochromatisme pourraient être dus au fonctionnement inapproprié de l'hormone de l'hépcidine, hormone sécrétée par le foie qui intervient dans la régulation du fer corporel.

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