le fer est un métal de transition qui appartient au groupe 8 ou VIIIB du tableau périodique et est représenté par le symbole chimique Fe. C'est un métal grisâtre, ductile, malléable et très tenace, utilisé dans de nombreuses applications d'une grande utilité pour l'homme et la femme..
Il constitue 5% de la croûte terrestre et est également le deuxième métal le plus abondant après l'aluminium. De plus, son abondance est dépassée par l'oxygène et le silicium. Cependant, en ce qui concerne le noyau terrestre, 35% de celui-ci est composé de fer métallique et liquide.
En dehors du noyau terrestre, le fer n'est pas sous forme métallique, car il s'oxyde rapidement lorsqu'il est exposé à l'air humide. Il est localisé dans les roches basaltiques, les sédiments carbonifères et les météorites; généralement allié au nickel, comme dans la kamacite minérale.
Les principaux minéraux de fer utilisés pour l'exploitation minière sont les suivants: l'hématite (oxyde ferrique, FedeuxOU ALORS3), magnétite (oxyde ferro-ferrique, Fe3OU ALORS4), limonite (hydroxyde d'oxyde ferreux hydraté, [FeO (OH) · nHdeuxO]) et sidérite (carbonate de fer, FeCO3).
En moyenne, l'homme a une teneur de 4,5 g de fer, dont 65% sous forme d'hémoglobine. Cette protéine intervient dans le transport de l'oxygène dans le sang et dans sa distribution vers les différents tissus, pour son absorption ultérieure par la myoglobine et la neuroglobine.
Malgré les nombreux bienfaits du fer pour l'homme, l'excès de métal peut avoir des actions toxiques très graves, notamment sur le foie, le système cardiovasculaire et le pancréas; tel est le cas de l'hémochromatosie maladie héréditaire.
Le fer est synonyme de construction, de force et de guerres. D'autre part, en raison de son abondance, c'est toujours une alternative à considérer lorsqu'il s'agit de développer de nouveaux matériaux, catalyseurs, médicaments ou polymères; et malgré la couleur rouge de sa rouille, c'est un métal écologiquement vert.
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Le fer est transformé depuis des millénaires. Cependant, il est difficile de trouver des objets en fer de ces âges anciens en raison de leur susceptibilité à la corrosion, ce qui provoque leur destruction. Les objets en fer les plus anciens connus ont été fabriqués à partir de ceux trouvés dans les météorites.
C'est le cas d'une sorte de perles fabriquées en 3500 avant JC, trouvées à Gerzah, en Egypte, et d'un poignard retrouvé dans la tombe de Toutankhamon. Les météorites ferreuses sont caractérisées par une forte teneur en nickel, c'est pourquoi il a été possible d'identifier leur origine dans ces objets.
Des preuves de fonte ont également été trouvées à Asmar, en Mésopotamie et au Tail Chagar Bazaar, en Syrie, entre 3000 et 2700 avant JC. Bien que la fonte du fer ait commencé à l'âge du bronze, il a fallu des siècles pour qu'elle remplace le bronze.
En outre, des artefacts en fonte ont été trouvés en Inde, de 1800 à 1200 avant JC. et au Levant, vers 1500 avant JC. On pense que l'âge du fer a commencé en l'an 1000 avant JC, lorsque le coût de sa production a été réduit.
Il apparaît en Chine entre 700 et 500 avant JC, probablement transporté à travers l'Asie centrale. Les premiers objets en fer ont été trouvés à Luhe Jiangsu, Chine.
Le fer forgé a été produit en Europe grâce à l'utilisation de soi-disant forges de gala. Le processus nécessitait l'utilisation de charbon comme combustible.
Les hauts fourneaux médiévaux avaient une hauteur de 3,0 m, constitués de briques ignifuges, et l'air était fourni par des soufflets manuels. En 1709, Abraham Darby a établi un haut fourneau à coke pour produire du fer fondu, remplaçant le charbon de bois..
La disponibilité de fer bon marché a été l'un des facteurs qui ont conduit à la révolution industrielle. Dans cette période a commencé le raffinage de la fonte brute en fer forgé, qui a été utilisé pour construire des ponts, des navires, des entrepôts, etc..
L'acier utilise une concentration de carbone plus élevée que le fer forgé. L'acier a été produit au Luristan, en Perse, en 1000 av. Dans la révolution industrielle, de nouvelles méthodes ont été conçues pour produire des barres de fer sans carbone, qui ont ensuite été utilisées pour produire de l'acier..
À la fin des années 1850, Henry Bessemer a conçu le soufflage d'air dans la fonte en fusion pour produire de l'acier doux, ce qui a rendu la production d'acier plus économique. Cela a entraîné une diminution de la production de fer forgé..
Lustre métallique avec une teinte grisâtre.
55 845 unités.
26
1 533 ºC
2 862 ºC
-Température ambiante: 7,874 g / mL.
-Point de fusion (liquide): 6,980 g / mL.
13,81 kJ / mol
340 kJ / mol
25,10 J / (mol K)
-Premier niveau d'ionisation: 762,5 kJ / mol (Fe+ gazeux)
-Deuxième niveau d'ionisation: 1561,9 kJ / mol (Fedeux+ gazeux)
-Ionisation de troisième niveau: 2.957, kJ / mol (Fe3+ gazeux)
1,83 sur l'échelle de Pauling
Empirique 126 pm
80,4 W / (m K)
96,1 Ω · m (à 20 ºC)
770 ° C, environ. A cette température, le fer n'est plus ferromagnétique..
Isotopes stables: 54Fe, avec une abondance de 5,85%; 56Fe, avec une abondance de 91,75%; 57Fe, avec une abondance de 2,12%; Oui 57Fe, avec une abondance de 0,28%. Être le 56Fe est l'isotope le plus stable et le plus abondant, il n'est pas surprenant que le poids atomique du fer soit très proche de 56 u.
Alors que les isotopes radioactifs sont: 55Foi, 59Foi et 60Foi.
Le fer à température ambiante cristallise dans la structure cubique centrée sur le corps (bcc), également connue sous le nom de α-Fe ou ferrite (dans le jargon métallurgique). Puisqu'il peut adopter différentes structures cristallines en fonction de la température et de la pression, le fer est dit être un métal allotropique.
L'allotrope bcc est le fer commun (ferromagnétique), celui que les gens connaissent tant et vers lequel les aimants sont attirés. Lorsqu'il est chauffé au-dessus de 771 ºC, il devient paramagnétique, et bien que son cristal ne fait que se dilater, cette «nouvelle phase» était auparavant considérée comme β-Fe. Les autres allotropes du fer sont également paramagnétiques.
Entre 910 ° C et 1394 ° C, le fer se trouve sous forme d'allotrope d'austénite ou γ-Fe, dont la structure est cubique à faces centrées, fcc. La conversion entre l'austénite et la ferrite a un impact majeur sur la fabrication de l'acier; puisque les atomes de carbone sont plus solubles dans l'austénite que dans la ferrite.
Et puis, au-dessus de 1394 ºC jusqu'à son point de fusion (1538 ºC), le fer revient pour adopter la structure bcc, δ-Fe; mais contrairement à la ferrite, cet allotrope est paramagnétique.
En augmentant la pression à 10 GPa, à une température de quelques centaines de degrés centigrades, l'allotrope α ou ferrite évolue vers l'allotrope ε, epsilon, caractérisé par une cristallisation dans une structure hexagonale compacte; c'est-à-dire avec les atomes de Fe les plus compactés. C'est la quatrième forme allotropique de fer.
Certaines études théorisent l'existence possible d'autres allotropes de fer sous de telles pressions, mais à des températures encore plus élevées.
Indépendamment de l'allotrope de fer et de la température qui «secoue» ses atomes de Fe, ou de la pression qui les compacte, ils interagissent les uns avec les autres avec les mêmes électrons de valence; ce sont, ceux représentés dans leur configuration électronique:
[Ar] 3d6 4 sdeux
Par conséquent, huit électrons participent à la liaison métallique, qu'elle soit affaiblie ou renforcée lors des transitions allotropiques. De même, ce sont ces huit électrons qui définissent les propriétés du fer telles que sa conductivité thermique ou électrique..
Les indices d'oxydation du fer les plus importants (et les plus courants) sont +2 (Fedeux+) et le +3 (Fe3+). En fait, la nomenclature conventionnelle ne considère que ces deux nombres ou états. Cependant, il existe des composés dans lesquels le fer peut gagner ou perdre un autre nombre d'électrons; c'est-à-dire que l'existence d'autres cations est supposée.
Par exemple, le fer peut également avoir un indice d'oxydation de +1 (Fe+), +4 (Fe4+), +5 (Fe5+), +6 (Fe6+) et +7 (Fe7+). L'espèce anionique ferrate, FeO4deux-, contient du fer avec un indice d'oxydation de +6, car les quatre atomes d'oxygène l'ont oxydé à un tel point.
De même, le fer peut avoir des indices d'oxydation négatifs; tels que: -4 (Fe4-), -2 (Fedeux-) et -1 (Fe-). Cependant, les composés avec des centres de fer avec ces gains d'électrons sont très rares. C'est pourquoi, bien qu'il surpasse le manganèse à cet égard, ce dernier forme des composés beaucoup plus stables avec sa gamme d'états d'oxydation..
Le résultat, à des fins pratiques, il suffit de considérer le Fedeux+ o foi3+; les autres cations sont réservés à des ions ou composés un peu spécifiques.
Il est nécessaire de procéder à la localisation des minerais des minéraux les plus appropriés pour l'extraction du fer. Les minéraux les plus utilisés pour l'obtenir sont les suivants: l'hématite (FedeuxOU ALORS3), magnétite (Fe3OU ALORS4) limonite (FeO · OH · nHdeuxO) et sidérite (FeCO3).
Ensuite, la première étape de l'extraction consiste à collecter les roches avec les minerais de fer. Ces roches sont écrasées pour les briser en petits morceaux. Par la suite, il y a une phase de sélection des fragments de roche avec du minerai de fer.
Dans la sélection, deux stratégies sont suivies: l'utilisation d'un champ magnétique et la sédimentation dans l'eau. Les fragments de roche sont soumis à un champ magnétique et les fragments minéraux y sont orientés, pouvant ainsi être séparés.
Dans la deuxième méthode, les fragments rocheux sont jetés dans l'eau et ceux qui contiennent du fer, car ils sont plus lourds, se déposent au fond de l'eau, laissant la gangue dans la partie supérieure de celle-ci car elle est plus légère..
Les minerais de fer sont transportés vers les hauts fourneaux, où ils sont déversés avec du charbon à coke qui joue le rôle de fournisseur de combustible et de carbone. De plus, du calcaire ou du calcaire est ajouté, qui remplit la fonction de flux.
Dans le haut fourneau, avec le mélange précédent, de l'air chaud est injecté à une température de 1 000 ºC. Le fer est fondu par la combustion du charbon qui porte la température à 1 800 ºC. Une fois liquide, elle est appelée fonte brute, qui s'accumule au fond du four..
La fonte brute est retirée du four et versée dans des conteneurs pour être transportée vers une nouvelle fonderie; tandis que le laitier, une impureté située à la surface de la fonte, est rejeté.
La fonte brute est versée à l'aide de poches dans un four de conversion, avec du calcaire comme fondant, et de l'oxygène est introduit à des températures élevées. Ainsi, la teneur en carbone est réduite, raffinant la fonte pour la transformer en acier.
Par la suite, l'acier passe dans des fours électriques pour la production d'aciers spéciaux.
Parce qu'il s'agit d'un métal à faible coût de production, malléable, ductile et résistant à la corrosion, il a été fabriqué le métal le plus utile pour l'homme, sous ses différentes formes: forgé, coulé et acier de différents types.
Le fer est utilisé pour la construction de:
-Des ponts
-Bases pour bâtiments
-Portes et fenêtres
-Coques de navire
-Différents outils
-Tuyaux pour l'eau potable
-Tuyaux pour collecter les eaux usées
-Mobilier de jardin
-Barres pour la sécurité de la maison
Il est également utilisé dans la production d'ustensiles ménagers, tels que casseroles, poêles, couteaux, fourchettes. De plus, il est utilisé dans la fabrication de réfrigérateurs, cuisinières, machines à laver, lave-vaisselle, mixeurs, fours, grille-pain.
Bref, le fer est présent dans tous les objets qui entourent l'homme.
Le fer métallique peut également être préparé sous forme de nanoparticules, qui sont hautement réactives et conservent les propriétés magnétiques du solide macroscopique..
Ces sphères de Fe (et leurs multiples morphologies supplémentaires) sont utilisées pour purifier les eaux de composés organochlorés et comme vecteurs de médicaments dirigés pour sélectionner des régions du corps par l'application d'un champ magnétique..
De même, ils peuvent servir de supports catalytiques dans les réactions où les liaisons carbone sont rompues, C-C.
L'oxyde ferreux, FeO, est utilisé comme pigment pour les cristaux. Oxyde ferrique, FedeuxOU ALORS3, C'est la base d'une série de pigments allant du jaune au rouge, connus sous le nom de rouge vénitien. La forme rouge, appelée rouge, est utilisée pour polir les métaux précieux et les diamants.
Oxyde ferro-ferrique, Fe3OU ALORS4, Il est utilisé dans les ferrites, substances à haute accessibilité magnétique et résistivité électrique, utilisables dans certaines mémoires informatiques et dans le revêtement de bandes magnétiques. Il a également été utilisé comme pigment et agent de polissage.
Sulfate ferreux heptahydraté, FeSO47HdeuxOu, c'est la forme la plus courante de sulfate ferreux, connue sous le nom de vitriol vert ou de cuivre. 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 du fer..
Sulfate ferrique, Fedeux(SW4)3, Il est utilisé pour obtenir de l'alun de fer et d'autres composés ferriques. Il sert de coagulant dans la purification des eaux usées et de mordant dans la teinture des textiles.
Chlorure ferreux, FeCldeux, Il est utilisé comme agent mordant et réducteur. Pendant ce temps, le chlorure ferrique, FeCl3, Il est utilisé comme agent de chloration pour les métaux (argent et cuivre) et certains composés organiques.
Le traitement Fe3+ avec l'ion hexocyanoferrate [Fe (CN)6]-4 produit un précipité bleu, appelé bleu de Prusse, utilisé dans les peintures et laques.
En général, un apport de 18 mg / jour de fer est recommandé. Parmi les aliments qui l'apportent dans l'alimentation quotidienne, on trouve les suivants:
Les crustacés fournissent du fer sous forme d'hème, il n'y a donc pas d'inhibition de l'absorption intestinale de celui-ci. La palourde fournit jusqu'à 28 mg de fer pour 100 g de celui-ci; par conséquent, cette quantité de palourde serait suffisante pour fournir les besoins quotidiens en fer.
Les épinards contiennent 3,6 mg de fer pour 100 g. La viande d'organe de boeuf, par exemple le foie de veau, contient 6,5 mg de fer pour 100 g. Il est probable que la contribution du boudin soit un peu plus élevée. Le boudin se compose de parties de l'intestin grêle, remplies de sang de bœuf.
Les légumineuses, comme les lentilles, contiennent 6,6 mg de fer pour 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 pour 185 g. La viande brune de la dinde contient 2,3 mg pour 100 g. Le brocoli contient 2,3 mg par 156 mg.
Le tofu contient 3,6 mg pour 126 g. Pendant ce temps, le chocolat noir contient 3,3 mg par 28 g.
Les fonctions que remplit le fer, en particulier chez les êtres vivants vertébrés, sont innombrables. On estime que plus de 300 enzymes ont besoin de fer pour leur fonction. Parmi les enzymes et protéines qui l'utilisent, les suivantes sont citées:
-Protéines qui ont le groupe hème et n'ont pas d'activité enzymatique: hémoglobine, myoglobine et neuroglobine.
-Enzymes avec le groupe hème impliqué dans le transport d'électrons: cytochromes a, b et f, et cytochrome oxydases et / ou activité oxydase; sulfite oxydase, cytochrome P450 oxydase, myéloperoxydase, peroxydase, catalase, etc..
-Protéines fer-soufrées, liées aux activités oxyréductase, 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-polymérase et ADN-héliclases.
-Enzymes non héminiques qui utilisent le fer comme cofacteur pour leur activité catalytique: phénylalanine hydrolase, tyrosine hydrolase, tryptophane hydrolase et lysine hydrolase.
-Protéines non héminiques responsables du transport et du stockage du fer: ferritine, transferrine, haptoglobine, etc..
Les risques d'une exposition à un excès de fer peuvent être aigus ou chroniques. Une des causes d'intoxication aiguë par le fer peut être une consommation excessive de comprimés de fer, sous forme de gluconate, fumarate, etc..
Le fer peut provoquer une irritation de la muqueuse intestinale, dont l'inconfort apparaît immédiatement après l'ingestion et disparaît au bout de 6 à 12 heures. Le fer absorbé se dépose dans différents organes. Cette accumulation peut provoquer des perturbations métaboliques..
Si la quantité de fer ingérée est toxique, elle peut provoquer une perforation intestinale avec péritonite.
Dans le système cardiovasculaire, il produit une hypovolémie qui peut être causée par des saignements gastro-intestinaux et la libération par le fer de substances vasoactives, telles que la sérotonine et l'histamine. En fin de compte, une nécrose massive du foie et une insuffisance hépatique peuvent survenir.
L'hémochromatosie est une maladie héréditaire qui présente une altération du mécanisme de régulation du fer du corps, qui se manifeste par une augmentation de la concentration sanguine de fer et son accumulation dans différents organes; y compris le foie, le cœur et le pancréas.
Les premiers symptômes de la maladie sont les suivants: douleurs articulaires, douleurs abdominales, fatigue et faiblesse. Avec les symptômes suivants et les signes ultérieurs de la maladie: diabète, perte de désir sexuel, impuissance, insuffisance cardiaque et insuffisance hépatique.
L'hémosidérose est caractérisée, comme son nom l'indique, par l'accumulation d'hémosidérine dans les tissus. Cela ne cause pas de lésions tissulaires, mais peut évoluer vers des lésions similaires à celles observées dans l'hémochromatosie.
L'hémosidérose peut être causée par les causes suivantes: augmentation de l'absorption du fer provenant de l'alimentation, anémie hémolytique qui libère le fer des globules rouges et transfusions sanguines excessives.
L'hémosidérose et l'hémochromatosie pourraient être dues à un fonctionnement inadéquat de l'hormone hepcidine, une hormone sécrétée par le foie et impliquée dans la régulation du fer corporel.
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