fer
Fer (lat. Ferrum) est élément chimique dans la Tableau périodique des éléments, qui a le symbole Fe et le numéro atomique 26. Le fer est assez mou, argenté métal. Il appartient aux éléments de transition. Chimiquement, il est assez réactif, réagit avec les acides en libérant de l'hydrogène. Sous l'effet de l'humidité de l'air et de l'oxygène il se oxyde en produisant un mélange d'oxydes et d'hydroxydes de fer, appelés rouille. Ce processus est un problème majeur pour l'industrie, car le fer est l'un des métaux les plus utilisés. Pour la protection, on utilise divers revêtements, passivation par l'action de l'acide phosphorique (formation d'une couche solide de phosphates), revêtement métallique, etc.
Composés
Le degré d'oxydation le plus courant des composés de fer est +2 et +3. Parmi les composés, on trouve principalement oxyde de fer (II) (FeO), oxyde de fer (III) (Fe2O3), et double oxyde de fer (II, III) (Fe3O4). Ils sont utilisés principalement pour la production de fer pur.
Le fer, en tant qu'élément de transition, forme une grande quantité de complexes, où il apparaît le plus souvent avec les nombres de coordination 4 et 6. Les complexes de fer sont assez stables. Parmi les plus connus, citons hexacyanoferrate de potassium (sel sanguin jaune) K4[Fe (CN)6], hexacyanoferrate (III) de potassium (sel sanguin rouge) K3[Fe (CN)6] – utilisés en chimie analytique, et pentacarbonyl de fer Fe (CO)5, utilisé pour la préparation en laboratoire du fer pur.
D'autres composés utilisés sont sulfate de fer (II) (FeSO4), chlorure de fer (III) (FeCl3).
Il est connu aussi l'existence des degrés d'oxydation +4, +5, +6 (K2FeO4). Ces composés sont des oxydants très puissants.
Occurrence
Le fer est l'un des éléments les plus répandus dans le corps terrestre (5 hm. %). Sa distribution n'est cependant pas uniforme, vers le centre de la Terre son contenu augmente, le noyau lui-même est composé d'une alliage de nickel et de fer dans le rapport ~85 % Fe: ~6 % Ni. En nature, le fer se trouve dans diverses, le plus souvent mafiqes roches – basalte et minéraux – pyroxènes, amphiboles, olivine. Les minéraux de minerais de fer, à partir desquels le fer est produit industriellement sont: hématite, limonite, magnétite, siderite[1]. Beaucoup d'autres minéraux contiennent aussi du fer, mais son extraction à partir d'eux n'est pas rentable ou énergétiquement très coûteuse, par exemple pyrite. Les gisements les plus importants de minerais de fer dans le monde sont appelés formations ferreuses bandedes.
L'occurrence du fer pur est rare (certains gisements dans la Groenlande et la Suède). Il se trouve aussi dans les météorites, sous forme d'alliages avec le nickel.
Production
Le fer est connu de l'humanité depuis l'antiquité (période Hallstatt et période laténe), sa production industrielle plus importante a commencé seulement au 18e siècle. Pour la production, on utilise les minerais mentionnés ci-dessus (hématite, magnétite, siderite, limonite).
La production est basée sur réactions d'oxydo-réduction avec l'oxyde de carbone, ou carbone dans les hauts fourneaux. Dans le haut fourneau, on charge les minerais traités, le coke et chaux, éventuellement l'oxyde de silice. La température dans le fourneau est d'environ 1 800 °C et plusieurs processus y ont lieu:
- combustion du coke avec formation d'oxyde de carbone ou de dioxyde de carbone
- C + O2 → CO2
- 2C + O2 → 2CO
- réduction du fer par l'oxyde de carbone
- 3 CO + Fe2O3 → 2 Fe + 3 CO2
- ou par le carbone
- 3 C + Fe2O3 → 2 Fe + 3 CO
- formation de la laitance (protection du fer fondu contre l'oxydation inverse)
CaO + SiO2 → CaSiO3
L'ensemble du processus se déroule de manière continue, on ajoute en haut la matière première, le coke, les additifs pour la laitance, et on retire régulièrement en bas le fer fondu (évacuation du fer).
La pyrite n'est pas utilisée comme matière première pour la production de fer, car elle contient du soufre, qui forme des sulfures indésirables.
Utilisation
Le fer est le métal le plus utilisé. Le fer brut contient, outre le carbone, diverses impuretés, donc il n'a pas les propriétés nécessaires pour une utilisation directe. En le traitant, on produit différents types de fontes. La fonte est assez dure, mais fragile, avec de faibles possibilités de traitement ultérieur. Elle a cependant de très bonnes propriétés de coulée. Elle est donc utilisée pour la production d'articles où une grande précision de traitement n'est pas demandée et qui peuvent être produits par fonderie (par exemple, couvercles, radiateurs). Il existe aussi des types de fonte avec des propriétés modifiées.
En éliminant le carbone du fer brut, on obtient acier, qui est nettement plus malléable, est malléable, flexible. En ajoutant d'autres métaux (manganèse, chrome, vanadium, tungstène, cobalt et d'autres) on modifie diverses propriétés mécaniques de l'acier (résistance, dureté, résistance chimique et beaucoup d'autres). On rencontre l'acier dans la vie quotidienne (transport, industrie, machines, construction).
Pour plus d'informations sur l'utilisation du fer, voir les catégories Fontes et Acier
Importance biologique
Le fer est un élément biogène important. En tant qu'atome central du complexe organométallique hème, intégré dans protéine hémoglobine il joue un rôle important dans l'organisme des animaux à sang chaud lors du transport d'oxygène des poumons vers les cellules.
L'hémoglobine est liée dans les globules rouges. L'oxygène est lié à l'hémoglobine par liaison de coordination. Le problème survient si un ligand avec une énergie de liaison plus grande (monoxyde de carbone) pénètre dans les poumons, qui déplace l'oxygène et provoque un blocage de son transport.
La source principale de fer dans l'alimentation sont les abats (foie, cœur) et viande, ainsi que légumineuses et les légumes feuillus.