From Wikipedia, the free encyclopedia
Lo fèrre (var. fer, fèr, ferri, hèr[2]) es l'element quimic de simbòl Fe e de numèro atomic 26. Es lo metau pus frequent dins la vida vidanta car intra dins la fabricacion d'aliatges coma la fonda e l'acier.
| - ↑ Fe ↓ Ru |
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Generalitats | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Nom, Simbòl, Numèro | fèrre, Fe, 26 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Tièra quimica | metals de transicion | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Grop, Periòde, Blòc | 8, 4, d | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Aparéncia | lustrous metallic with a grayish tinge  | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Massa atomica | 55.845[1] g/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Configuracion electronica | [Ar] 3d6 4s2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Electrons per nivèl energetic | 2, 8, 14, 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Proprietats fisicas | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Fasa | solid | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Densitat (temperatura ambienta) | 7.86[1] g/cm³ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Densitat liquida al punt de fusion | 6.98 g/cm³ | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Punt de fusion | 1811 K (1538 °C, 2800 °F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Punt d'ebullicion | 3134 K (2861 °C, 5182 °F) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Calor de fusion | 13.81 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Calor de vaporizacion | 340 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Capacitat calorifica | (25 °C) 25.10 J/(mol·K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Proprietats atomicas | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Estructura cristallina | cubica de fàcia centrada | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Estat d'oxidacion | 2, 3, 4, 6 (oxid amfotèr) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Electronegativitat | 1.83 (Escala de Pauling) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Potencials d'ionizacion (mai) |
1èr : 762.5 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 2nd : 1561.9 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| 3en : 2957 kJ/mol | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Rai atomic | 140 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Rai atomic calculat | 156 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Rai covalent | 125 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Informacions divèrsas | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Magnetisme | ferromagnetic | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Resistivitat electrica | (20 °C) 96.1 nΩ·m | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Conductivitat termica | (300 K) 80.4 W/(m·K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Dilatacion termica | (25 °C) 11.8 µm/(m·K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Velocitat del son | (a temperatura ambienta) (electrolytic) 5120 m/s | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Modul de Young | 211 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Shear modulus | 82 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Modul de Bulk | 170 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Coeficient de Poisson | 0.29 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Duretat de Mohs | 4.0 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Vickers hardness | 608 MPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Duretat de Brinell | 490 MPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Numèro CAS | 7439-89-6 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Isotòps pus estables | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Lo fèrre es un element probablament conegut dempuei la Preïstòria car lo fèrre meteoritic es un materiau que se trabalha aisament. Sa metallurgia apareguèt durant l'Edat dau Bronze e venguèt preponderanta a partir de 1 200 avC. Sa difusion dins lo monde marca l'intrada dins l'Edat dau Fèrre qu'es una etapa importanta de l'istòria umana. Conoguèt de melhoraments nombrós coma l'invencion de l'aut-fornèu. Pasmens, lei progrès s'accelerèron amb la Revolucion Industriala, çò que permetèt d'aumentacions considerables de la produccion.
Au nivèu fisicoquimic, lo fèrre es un metau de transicion que tèn de proprietats ferromagneticas importantas. A l'estat pur, es ductil e fòrça sensible a la corrosion. Pasmens, leis aliatges a basa de fèrre e de carbòni, coma l'acier e la fonda, son fòrça resistents. La siderurgia es lo domeni industriau que s'ocupa de la produccion d'aqueleis aliatges. Ocupa una plaça importanta dins l'economia modèrna car, en 2023, la produccion cumulada d'acier e de fonda èra de 2,3 miliards de tonas.
Segon lei conoissenças actualas, lo fèrre meteoritic foguèt trabalhat per lo premier còp en 3500 avC en Egipte[3]. Pasmens, d'utilizacions pus ancianas son sospichadas car aqueu fèrre es ductil e relativament deformable[4]. L'aparicion de la metallurgia dau fèrre es pas clara. Quauqueis objèctes mòstran una aparicion durant l'Edat dau Bronze en Anatolia ò en Siria, probablament entre 3000 e 2700 avC[5]. Durant la segonda mitat dau millenari II avC, leis Ititas introduguèron l'usatge d'armas de fèrre sus lo prat batalhier, mai leis armas de bronze contunièron de largament dominar[6]. De mai, lei descubèrtas arqueologics permèton pas de ben comprendre lo nivèu de mestritge dei metallurgistas ititas. Ansin, lo començament de l'Edat dau Fèrre es donc encara fixat en Anatolia vèrs 1200 avC.
La metallurgia dau fèrre se difusèt, ò foguèt descubèrta d'un biais independent, dins mai d'una region d'Euròpa, d'Asia e d'Africa. Leis aciers e fondas produchas èran de qualitats relativament mediòcras segon lei critèris actuaus, mai la preséncia d'impuretats nombrosas permetiá sovent de protegir leis objèctes metallics còntra lo rovilh. Ansin, dins lei tèxtes de Plini lo Vièlh, lo fèrre es descrich coma un element comun au sen de la societat romana[7].
Au sègle I apC, l'aut-fornèu apareguèt en China. En Euròpa, aqueu sistèma apareguèt en Escandinàvia durant lo sègle XII. Son usatge se generalizèt sus lo continent a partir dau sègle XIV. Divèrsei metòdes, coma lo metòde valon, permetèron de produrre d'aciers naturaus d'una qualitat sufisenta per fabricar de canons. D'efiech, lei besonhs de l'artilhariá foguèron un vector important dau progrès de la metallurgia europèa durant aqueu periòde. Aquò necessitèt d'organizar de bacins protoindustriaus per gerir la produccion e l'extraccion dei matèrias premieras. En particular, de mesuras de proteccion dei seuvas foguèron presas car l'activitat èra a l'origina d'importants movements de deforestacion.
La produccion de fonda e d'acier foguèt un dei premiers sectors tocats per la Revolucion Industriala. En 1783, Henry Cort (1740-1800) descurbiguèt lo puddlage, una tecnica que permet de braçar la fonda per i favorizar la circulacion d'aire. Aquò permet de redurre son taus de carbòni e de facilitar l'afinatge. Regularament melhorat, aqueu procès marca la fondacion de la siderurgia modèrna en aumentant considerablament lei quantitats d'acier e de fonda disponiblas[8].
Durant la Revolucion Industriala, la siderurgia venguèt un sector estrategic que son importància s'observèt durant lei dos conflictes mondiaus. La produccion conoguèt d'aumentacions sensa precedents dins l'istòria umana e l'acier venguèt un element de basa de la tecnologia dei país desvolopats. Per sostenir aquela evolucion, fòrça trabalhs de recèrca aguèron luòc. Permetèron de concebre de procès capables d'esplechar de fònts novèlas de mineraus e d'aliatges adaptats a de besonhs novèus. Lo reciclatge venguèt tanben un element important de la siderurgia car lei ferralhas son desenant de materiaus comuns. Dempuei la fin dau sègle XX, aquela activitat s'intègra egalament dins lei preocupacions ecologicas car la produccion d'acier demòra una activitat polluenta.
Lo fèrre es lo seisen element quimic pus abondós de l'Univèrs[9]. Es l'element finau dei reaccions de fusion que se debanan dins leis estelas pus massisas. Es un compausant major de la Tèrra que constituís 5 % de la massa de la crosta terrèstra[10]. I forma aisament de mineraus amb l'oxigèn, lo sofre e l'idrogèn. Entre lei pus coneguts, se pòdon citar l'ematita (Fe2O3), la magnetita (Fe3O4), la limonita (Fe2O3, n H2O), la pirita (FeS2) e l'olivina ((Mg,Fe)2[SiO4])[11]. Aquelei mineraus son relativament frequents dins la natura.
Lo fèrre es un metau que se presenta sota diferentei formas en foncion de la temperatura e de la pression[12][13][14]. Dins lei condicions normalas de temperatura e de pression, es un substància solida que tèn una estructura cristallina cubica centrada. Dich fèrre α, a una massa volumica de 7,874 g.cm-3 a 20 °C e una duretat situada entre 4 e 5. Es relativament dur, mai es ductil e sa resisténcia mecanica es ben inferiora a l'acier.
Se la temperatura contunia d'aumentar, d'autrei fasas aparéisson. A partir de 912 °C, l'estructura cristallina vèn cubica fàcias centradas. Aquela fasa es dicha fèrre γ. Es a la basa de l'austenita, una forma d'acier qu'a un ròtle important en siderurgia dins la fabricacion d'aciers inoxidables. A partir de 1 384 °C, l'estructura vèn tornarmai cubica centrada. Aquela fasa es dicha fèrre δ. Son ponch de fusion, 1 538 °C, es aqueu dau fèrre sota pression atmosferica. Quand la temperatura demòra a 20 °C e que la pression aumenta, una estructura cristallina exagonala compacta se forma a partir de 130 kbar. Es dicha fèrre ε. Lo ponch triple dau fèrre se situa a 750 K e 10,5 GPa[15].
Lo fèrre es egalament ferromagnetic. Es a dire que lei moments magnetics deis atòms se pòdon alinhar sota l'influéncia d'un camp magnetic exterior e conservar aquela orientacion novèla après la disparicion d'aqueu camp. Aquela proprietat es a l'origina dei fenomèns d'aimantacion.
Lo fèrre es un metau de transicion que sei proprietats quimicas presentan de similituds amb lo rutèni, l'òsmi, lo cobalt e lo niquèl. Pòu prendre d'estats d'oxidacion anant de -IV a +VII, mai leis estats 0, +II e +III son lei pus importants per la quimia modèrna. Lo fèrre es donc un element que pòu s'engatjar dins mai d'una reaccion. Lo paragraf se limita donc a la presentacion dei proprietats pus frequentament utilizada ò observada.
A l'aire liure, lo fèrre es sensible a la corrosion. Aquò es lo resultat de la formacion d'oxids e d'idroxids onte lo fèrre es a l'estat +II ò +III[16][17]. Lo tèrme rovilh designa la mescla d'aquelei compausats. Coma es un materiau porós e fragil, l'oxidacion pòu se propagar dins la prefondor d'un materiau ferrós e o degrada pauc a cha pauc. La proteccion còntra la corrosion es donc un enjòc important per leis industriaus. Necessita l'utilizacion de produchs especiaus aplicats a la superficia dei materiaus (pintura, vernís, etc.), d'anòde sacrificiau (sovent de zinc) ò d'aliatges especiaus (aciers inoxidables, etc.).
En solucion aquosa, lo fèrre forma generalament leis ions ferrós (Fe2+) e ferric (Fe3+). Lo premier, a l'estat d'oxidacion +II, es estable en solucion per de pH inferiors a 6. Segon l'environament quimic, pòu prendre diferentei colors. Per exemple, la solucion eissida de la dissolucion d'una mòstra de sau de Mohr es de color verd clar. Per lei pH superiors a 6, l'ion ferrós precipita per formar d'idroxid de fèrre (II) (Fe(OH)2) mai, segon leis ions presents, pòu participar a la formacion d'autrei precipitats.
L'ion ferric es estable dins de solucions acidas de pH inferiors a 2. En delà, precipita per formar d'idroxid de fèrre (III) (Fe(OH)3). Pasmens, coma per l'ion ferrós, pòu integrar d'autrei precipitats segon leis ions presents. Lei solucions contenent d'ions ferrics presentan egalament una granda diversitat de coloracions.
Lo fèrre tèn dos pareus que sei potenciaus de referéncias son Fe2+ / Fe : E0 = -0,44 V e Fe3+ / Fe2+ = +0,77 V. Lo fèrre metallic es donc pas estable en solucion aquosa e son oxidacion es d'aitant mai importanta que lo pH es feble. D'autra part, aquelei valors mòstran egalament qu'en preséncia de dioxigèn O2, leis ions Fe2+ son pas estables en solucion.
Lo fèrre pòu formar un nombre important de complèxes, especialament en solucion aquosa. Lei pus frequents son leis ions CN-, F-, 1,10-fenantrolin (utilizat per la titracion deis ions Fe2+) e tiocianats SCN- (utilizat per detectar la preséncia de fèrre en solucion gràcias a una coloracion caracteristica).
La quimia organometallica de fèrre apareguèt en 1951 amb la sintèsi de ferrocèn. Dempuei aquela descubèrta, divèrsei compausats son estats trobats, siá a partir de l'estructura dau ferrocèn, siá a partir d'assemblatges diferents.
En 2024, lo fèrre aviá 28 isotòps coneguts que sei nombras de massa anavan de 45 a 72. Entre aqueleis isotòps, quatre son estables (54Fe, 56Fe, 57Fe e 58Fe). Lo pus abondós es lo fèrre-56 (91,574 %) seguit per lo fèrre-54 (5,845 %[18]), lo fèrre-57 (2,119 %) e lo fèrre-58 (0,282 %). La crosta oceanica contèn tanben de traças de fèrre-60, un isotòp de periòde radioactiu egau a 2,6 milions d'ans. La massa atomica dau fèrre naturau es ansin de 55,845 u.
En causa de l'importància dau fèrre dins la societat umana, fòrça procès d'extraccion d'aqueu metau existisson. Lor desvolopament permetèt l'esplecha de mineraus de qualitat variabla e necessitèt d'adaptacions frequentas per tractar una impuretat donada. Pasmens, quauquei principis generaus dictan lo debanament d'aquelei metòdes. Per començar, lo fèrre es obtengut per una reaccion d'oxidoreduccion entre lo monoxid de carbòni e leis oxids de fèrre presents dins lo minerau[19]. Dempuei lo sègle XIX, aquela procès a sistematicament luòc dins un aut-fornèu en preséncia de silici. Aquela installacion permet de realizar d'un biais simultanèu la reduccion dau minerau e la recuperacion de la fonda liquida. Lo silici permet la separacion espontanèa de la fonda e de la màger part deis impuretats que forman una fasa, dicha lachier, que floteja au dessüs dau metau en fusion[20]. Lo monoxid de carbòni necessari a la reduccion es eissit de la combustion de còc[21]. En lei país productors de gas naturau, es tanben possible d'utilizar una partida d'aquelei gas.
Puei, per obtenir un metau utilizable per fabricar de pèças metallicas utilizablas, es necessària de purificar la fonda. Dos ensembles de procès de purificacion son més en òbra. Lei premiers son basats sus l'injeccion d'oxigèn per entraïnar de reaccions de combustion. Aquò permet de redurre la preséncia de carbòni e de transformar la fonda en acier[22]. Leis autrei procès de purificacion son destinats a eliminar d'impuretats non desideradas. Lo sofre es eliminat per injeccion de soda, de calci ò de magnèsi, lo silici per una reaccion de combustion[23] e lo fosfòr per injeccion de cauç.
Uei, lo reciclatge dei pèças d'acier e de fonda ocupa egalament una plaça importanta dins la produccion. D'efiech, coma la màger part deis aliatges a basa de fèrre son magnetics, sa triada es relativament simpla. De forns electrics son utilizats per fondre la ferralha, sovent en vista de fabricar d'aciers especiaus.
Representant 90 % de la produccion de l'industria metallurgica mondiala, lo fèrre es lo metau pus utilizat per la societat modèrna. Pasmens, l'utilizacion dau fèrre pur es relativament rara e limitada a quauquei domenis coma la fabricacion de produchs alimentaris ò de supòrts d'enregistrament magnetics. Aquò es una consequéncia dei proprietats dau metau pur qu'es sensible a la corrosion e que se deforma quand es somés a de fòrças importantas. La màger part de la produccion de minerau de fèrre es ansin destinada a la fabricacion d'aliatges.
Leis aliatges principaus a basa de fèrre son d'aliatges fèrre-carbòni :
Aqueleis aliatges pòdon contenir d'autreis elements quimics, de còps dins de proporicions importantas. Per exemple, l'acier inoxidable es constituït de mens de 1,2 % de carbòni e de mai de 10,5 % de cròme[25].
Leis aliatges entre lo fèrre e un autre element (a l'excepcion dau carbòni) son dichs ferroaliatges. Lei pus produchs son lo ferrocròme, lo ferromanganès, lo ferroniquèl e lo ferrosilici. Son utilizats en siderurgia coma « ingredients » per la fabricacion d'aciers especiaus[26].
Coma lo fèrre es pauc utilizat a l'estat pur, sa produccion es pas dirèctament mesurada. En plaça, son puslèu mesuradas lei produccions de minerau de fèrre e deis aliatges a basa de fèrre. En 2023, la produccion de minerau de fèrre èra estimada a 2,5 miliards de tonas. Aqueu minerau conteniá una quantitat de fèrre estimada a 1,5 miliards de tonas. Lei país productors principaus èran Austràlia (960 Mt), Brasil (440 Mt), China (280 Mt), Índia (270 Mt), Russia (88 Mt), Iran (77 Mt), Canadà (70 Mt) e Sud-Africa (61 Mt). Lei resèrvas actualament esplechablas èran estimadas a 190 miliards de tonas e se trobavan mai que mai en Austràlia (58 Gt), en Brasil (34 Gt), en Russia (29 Gt), en China (20 Gt), en Ucraïna (6,5 Gt) e en Canadà (6 Gt). La quantitat de fèrre dins aquelei resèrvas seriá de 87 miliards de tonas. Lei resèrvas totalas de minerau, esplechablas e non esplechablas amb lei mejans actuaus, serián d'aperaquí 800 miliards de tonas[27].
La produccion de fonda bruta èra estimada a 1,3 miliards de tonas en 2023. Amb 890 milions de tonas, China èra largament lo premier productor mondiau. Leis autrei productors importants èra Índia (80 Mt), Japon (63 Mt), Russia (54 Mt), la Corèa dau Sud (44 Mt), Brasil (26 Mt), Alemanha (22 Mt) e leis Estats Units (21 Mt). Per l'acier, lei país productors èran relativament similars. China produguèt un miliard de tonas en 2023, siá 53 % de la produccion mondiala. Leis autrei productors importants èran Índia (140 Mt), Japon (87 Mt), leis Estats Units (80 Mt), Russia (75 Mt), la Corèa dau Sud (68 Mt), Turquia (42 Mt), Brasil (34 Mt), Alemanha (33 Mt) e Iran (30 Mt)[28].
La produccion de ferroaliatges es pus limitada. En 2015, èra estimada a 52,8 milions de tonas. China, Sud-Africa, Índia, Russia e Cazacstan èran a l'origina de 84 % de la produccion mondiala[29].
Lo fèrre es un element indispensable au còrs uman, especialament per fabricar l'emoglobina que permet lo transpòrt de l'oxigèn per lei globuls roges e la mioglobina que permet l'estocatge de l'oxigèn dins lei muscles[30]. 95 % d'aqueu fèrre es reciclat. Lei besonhs nutritius son donc relativament febles e l'èsser uman en bòna santat absorbís e excreta de quantitats fòrça feblas de fèrre.
Tot desequilibri pòu aver de consequéncias negativas. Lei caréncias pòdon menar a una anemia. En l'enfant, aquò es egalament susceptible de redurre lei facultats cognitivas (anemia ferripriva). Leis excès de fèrre favorizan l'aparicion de patologias epaticas, pulmonaras e renalas e aurián un ròtle dins lo desvolopament de la malautiá de Parkinson e de formas raras de cancèr. De transfusions sanguinas frequentas, certanei malautiás e certaneis aliments favorizan l'aumentacion de la concentracion de fèrre dins l'organisme[31]. De mai, fau nòtar que la consumacion excessiva d'aliments animaus contenent de quantitats importantas de fèrre (carn roja e carnsalada) aumenta la probabilitat de formacion d'un cancèr dau colon.
Seamless Wikipedia browsing. On steroids.
Every time you click a link to Wikipedia, Wiktionary or Wikiquote in your browser's search results, it will show the modern Wikiwand interface.
Wikiwand extension is a five stars, simple, with minimum permission required to keep your browsing private, safe and transparent.
