Obtention et propriétés chimiques du fer. Fer : sa structure et ses propriétés. Le début de l'histoire du fer

17.07.2022 Loger

DÉFINITION

Le fer est le vingt-sixième élément du tableau périodique. Désignation - Fe du latin "ferrum". Situé dans la quatrième période, groupe VIIIB. Désigne les métaux. La charge nucléaire est de 26.

Le fer est le métal le plus répandu sur le globe après l'aluminium : il représente 4 % (en masse) de la croûte terrestre. Le fer se présente sous forme de composés divers : oxydes, sulfures, silicates. Le fer ne se trouve à l'état libre que dans les météorites.

Les minerais de fer les plus importants comprennent le minerai de fer magnétique Fe 3 O 4 , le minerai de fer rouge Fe 2 O 3 , le minerai de fer brun 2Fe 2 O 3 × 3H 2 O et le minerai de fer FeCO 3 .

Le fer est un métal ductile argenté (Fig. 1). Il se prête bien au forgeage, au laminage et à d'autres types d'usinage. Les propriétés mécaniques du fer dépendent fortement de sa pureté - de la teneur même en très petites quantités d'autres éléments.

Riz. 1. Fer. Apparence.

Poids atomique et moléculaire du fer

Poids moléculaire relatif d'une substance(M r) est un nombre indiquant combien de fois la masse d'une molécule donnée est supérieure à 1/12 de la masse d'un atome de carbone, et masse atomique relative d'un élément(A r) - combien de fois la masse moyenne des atomes d'un élément chimique est supérieure à 1/12 de la masse d'un atome de carbone.

Comme à l'état libre le fer existe sous la forme de molécules monoatomiques de Fe, les valeurs de ses masses atomiques et moléculaires sont les mêmes. Ils sont égaux à 55,847.

Allotropie et modifications allotropiques du fer

Le fer forme deux modifications cristallines : le fer α et le fer γ. Le premier d'entre eux a un réseau cubique centré sur le corps, le second - un réseau cubique centré sur les faces. Le fer α est thermodynamiquement stable dans deux plages de température : en dessous de 912 o C et de 1394 o C au point de fusion. Le point de fusion du fer est de 1539 ± 5 o C. Entre 912 o C et 1394 o C, le fer γ est stable.

Les plages de température de stabilité du fer α et γ sont dues à la nature du changement de l'énergie de Gibbs des deux modifications avec un changement de température. À des températures inférieures à 912 o C et supérieures à 1394 o C, l'énergie de Gibbs du fer α est inférieure à l'énergie de Gibbs du fer γ, et dans la plage de 912 à 1394 o C - plus.

Isotopes du fer

On sait que le fer peut être présent dans la nature sous la forme de quatre isotopes stables 54Fe, 56Fe, 57Fe et 57Fe. Leurs nombres de masse sont respectivement de 54, 56, 57 et 58. Le noyau d'un atome de l'isotope de fer 54 Fe contient vingt-six protons et vingt-huit neutrons, et les isotopes restants ne s'en distinguent que par le nombre de neutrons.

Il existe des isotopes artificiels du fer avec des nombres de masse de 45 à 72, ainsi que 6 états isomères de noyaux. Parmi les isotopes ci-dessus, le plus longévive est le 60 Fe avec une demi-vie de 2,6 millions d'années.

ions de fer

La formule électronique montrant la distribution des électrons de fer sur les orbites est la suivante :

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 .

À la suite d'une interaction chimique, le fer cède ses électrons de valence, c'est-à-dire est leur donneur, et se transforme en un ion chargé positivement :

Fe 0 -2e → Fe 2+;

Fe 0 -3e → Fe 3+.

Molécule et atome de fer

A l'état libre, le fer existe sous forme de molécules monoatomiques de Fe. Voici quelques propriétés qui caractérisent l'atome et la molécule de fer :

alliages de fer

Jusqu'au XIXe siècle, les alliages de fer étaient principalement connus pour leurs alliages avec du carbone, qui recevaient les noms d'acier et de fonte. Cependant, à l'avenir, de nouveaux alliages à base de fer contenant du chrome, du nickel et d'autres éléments ont été créés. Actuellement, les alliages de fer sont divisés en aciers au carbone, fontes, aciers alliés et aciers à propriétés particulières.

En technologie, les alliages de fer sont généralement appelés métaux ferreux et leur production est appelée métallurgie ferreuse.

Exemples de résolution de problèmes

EXEMPLE 1

Exercer

La composition élémentaire de la substance est la suivante: la fraction massique de l'élément fer est de 0,7241 (ou 72,41%), la fraction massique d'oxygène est de 0,2759 (ou 27,59%). Déduire la formule chimique.

La solution

La fraction massique de l'élément X dans la molécule de la composition HX est calculée par la formule suivante :

ω (X) = n × Ar (X) / M (HX) × 100 %.

Notons le nombre d'atomes de fer dans la molécule par "x", le nombre d'atomes d'oxygène par "y".

Trouvons les masses atomiques relatives correspondantes des éléments de fer et d'oxygène (les valeurs des masses atomiques relatives tirées du tableau périodique de D.I. Mendeleev seront arrondies à des nombres entiers).

Ar(Fe) = 56 ; Ar(O) = 16.

Nous divisons le pourcentage d'éléments par les masses atomiques relatives correspondantes. Ainsi, nous trouverons la relation entre le nombre d'atomes dans la molécule du composé :

x:y= ω(Fe)/Ar(Fe) : ω(O)/Ar(O);

x:y = 72,41/56 : 27,59/16 ;

x:y = 1,29 : 1,84.

Prenons le plus petit nombre comme un (c'est-à-dire divisons tous les nombres par le plus petit nombre 1,29):

1,29/1,29: 1,84/1,29;

Par conséquent, la formule la plus simple pour la combinaison du fer avec l'oxygène est Fe 2 O 3.

Réponse

Fe2O3

Le corps humain contient environ 5 g de fer, dont la majeure partie (70%) fait partie de l'hémoglobine dans le sang.

Propriétés physiques

A l'état libre, le fer est un métal blanc argenté avec une teinte grisâtre. Le fer pur est ductile et possède des propriétés ferromagnétiques. En pratique, les alliages de fer sont couramment utilisés - fontes et aciers.

Fe est l'élément le plus important et le plus courant des neuf métaux d du sous-groupe secondaire du groupe VIII. Avec le cobalt et le nickel, il forme la "famille du fer".

Lors de la formation de composés avec d'autres éléments, il utilise souvent 2 ou 3 électrons (B \u003d II, III).

Le fer, comme presque tous les éléments d du groupe VIII, ne présente pas une valence supérieure égale au numéro de groupe. Sa valence maximale atteint VI et est extrêmement rare.

Les composés les plus typiques sont ceux dans lesquels les atomes de Fe sont dans les états d'oxydation +2 et +3.

Méthodes d'obtention du fer

1. Le fer commercial (dans un alliage avec du carbone et d'autres impuretés) est obtenu par réduction carbothermique de ses composés naturels selon le schéma :

La récupération se fait progressivement, en 3 étapes :

1) 3Fe 2 O 3 + CO = 2Fe 3 O 4 + CO 2

2) Fe 3 O 4 + CO = 3FeO + CO 2

3) FeO + CO \u003d Fe + CO 2

La fonte issue de ce procédé contient plus de 2% de carbone. A l'avenir, les aciers seront obtenus à partir de fonte - alliages de fer contenant moins de 1,5% de carbone.

2. Le fer très pur est obtenu de l'une des manières suivantes :

a) décomposition du pentacarbonyl Fe

Fe(CO) 5 = Fe + 5CO

b) réduction par l'hydrogène de FeO pur

FeO + H 2 \u003d Fe + H 2 O

c) électrolyse de solutions aqueuses de sels de Fe +2

FeC 2 O 4 \u003d Fe + 2СO 2

oxalate de fer(II)

Propriétés chimiques

Fe - un métal d'activité moyenne, présente des propriétés générales caractéristiques des métaux.

Une caractéristique unique est la capacité de "rouiller" dans l'air humide :

En l'absence d'humidité avec de l'air sec, le fer ne commence à réagir sensiblement qu'à T > 150°C ; lorsqu'il est calciné, il se forme une "calcaire de fer" Fe 3 O 4 :

3Fe + 2O 2 = Fe 3 O 4

Le fer ne se dissout pas dans l'eau en l'absence d'oxygène. À très haute température, Fe réagit avec la vapeur d'eau, déplaçant l'hydrogène des molécules d'eau :

3 Fe + 4H 2 O (g) \u003d 4H 2

Le processus de rouille dans son mécanisme est la corrosion électrochimique. Le produit de la rouille est présenté sous une forme simplifiée. En effet, une couche meuble d'un mélange d'oxydes et d'hydroxydes de composition variable se forme. Contrairement au film Al 2 O 3 , cette couche ne protège pas le fer d'une destruction ultérieure.

Types de corrosion

Protection contre la corrosion du fer

1. Interaction avec les halogènes et le soufre à haute température.

2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3

2Fe + 3F 2 = 2FeF 3

Fe + I 2 \u003d FeI 2

Des composés se forment dans lesquels le type de liaison ionique prédomine.

2. Interaction avec le phosphore, le carbone, le silicium (le fer ne se combine pas directement avec N 2 et H 2, mais les dissout).

Fe + P = Fe x P y

Fe + C = Fe x C y

Fe + Si = FexSiy

Des substances de composition variable se forment, puisque les berthollides (la nature covalente de la liaison prévaut dans les composés)

3. Interaction avec des acides "non oxydants" (HCl, H 2 SO 4 dil.)

Fe 0 + 2H + → Fe 2+ + H 2

Puisque Fe est situé dans la série d'activités à gauche de l'hydrogène (E ° Fe / Fe 2+ \u003d -0,44 V), il est capable de déplacer H 2 des acides ordinaires.

Fe + 2HCl \u003d FeCl 2 + H 2

Fe + H 2 SO 4 \u003d FeSO 4 + H 2

4. Interaction avec les acides "oxydants" (HNO 3 , H 2 SO 4 conc.)

Fe 0 - 3e - → Fe 3+

HNO 3 et H 2 SO 4 concentrés "passivent" le fer, de sorte qu'à des températures ordinaires, le métal ne s'y dissout pas. Avec un fort chauffage, une dissolution lente se produit (sans dégagement de H 2).

En razb. Le fer HNO 3 se dissout, passe en solution sous forme de cations Fe 3+ et l'anion acide est réduit en NO * :

Fe + 4HNO 3 \u003d Fe (NO 3) 3 + NO + 2H 2 O

Il se dissout très bien dans un mélange de HCl et HNO 3

5. Attitude envers les alcalis

Fe ne se dissout pas dans les solutions aqueuses d'alcalis. Il ne réagit avec les alcalis fondus qu'à des températures très élevées.

6. Interaction avec des sels de métaux moins actifs

Fe + CuSO 4 \u003d FeSO 4 + Cu

Fe 0 + Cu 2+ = Fe 2+ + Cu 0

7. Interaction avec le monoxyde de carbone gazeux (t = 200°C, P)

Fe (poudre) + 5CO (g) \u003d Fe 0 (CO) 5 fer pentacarbonyle

Composés Fe(III)

Fe 2 O 3 - oxyde de fer (III).

Poudre rouge-brun, n. R dans H 2 O. Dans la nature - "minerai de fer rouge".

Façons d'obtenir :

1) décomposition de l'hydroxyde de fer (III)

2Fe(OH) 3 = Fe 2 O 3 + 3H 2 O

2) torréfaction de la pyrite

4FeS 2 + 11O 2 \u003d 8SO 2 + 2Fe 2 O 3

3) décomposition du nitrate

Propriétés chimiques

Fe 2 O 3 est un oxyde basique avec des signes d'amphotère.

I. Les principales propriétés se manifestent dans la capacité de réagir avec les acides:

Fe 2 O 3 + 6H + = 2Fe 3+ + ZN 2 O

Fe 2 O 3 + 6HCI \u003d 2FeCI 3 + 3H 2 O

Fe 2 O 3 + 6HNO 3 \u003d 2Fe (NO 3) 3 + 3H 2 O

II. Propriétés acides faibles. Fe 2 O 3 ne se dissout pas dans les solutions aqueuses d'alcalis, mais lorsqu'il est fusionné avec des oxydes solides, des alcalis et des carbonates, des ferrites se forment :

Fe 2 O 3 + CaO \u003d Ca (FeO 2) 2

Fe 2 O 3 + 2NaOH \u003d 2NaFeO 2 + H 2 O

Fe 2 O 3 + MgCO 3 \u003d Mg (FeO 2) 2 + CO 2

III. Fe 2 O 3 - matière première pour la production de fer en métallurgie :

Fe 2 O 3 + ZS \u003d 2Fe + ZSO ou Fe 2 O 3 + ZSO \u003d 2Fe + ZSO 2

Fe (OH) 3 - hydroxyde de fer (III)

Façons d'obtenir :

Obtenu par action des alcalis sur les sels solubles Fe 3+ :

FeCl 3 + 3NaOH \u003d Fe (OH) 3 + 3NaCl

Au moment de la réception de Fe(OH) 3 - précipité mucosamorphe rouge-brun.

L'hydroxyde de Fe(III) se forme également lors de l'oxydation de Fe et Fe(OH) 2 en air humide :

4Fe + 6H 2 O + 3O 2 \u003d 4Fe (OH) 3

4Fe(OH) 2 + 2Í 2 O + O 2 = 4Fe(OH) 3

L'hydroxyde de Fe(III) est le produit final de l'hydrolyse des sels de Fe 3+.

Propriétés chimiques

Fe(OH) 3 est une base très faible (beaucoup plus faible que Fe(OH) 2). Présente des propriétés acides notables. Ainsi, Fe(OH) 3 a un caractère amphotère :

1) les réactions avec les acides se déroulent facilement :

2) un précipité frais de Fe(OH) 3 est dissous dans du concentré chaud. solutions de KOH ou NaOH avec formation de complexes hydroxo :

Fe (OH) 3 + 3KOH \u003d K 3

En solution alcaline, Fe(OH) 3 peut être oxydé en ferrates (sels de fer acide H 2 FeO 4 non isolés à l'état libre) :

2Fe(OH) 3 + 10KOH + 3Br 2 = 2K 2 FeO 4 + 6KBr + 8H 2 O

Fe 3+ sels

Les plus importants dans la pratique sont: Fe 2 (SO 4) 3, FeCl 3, Fe (NO 3) 3, Fe (SCN) 3, K 3 4 - sel de sang jaune \u003d Fe 4 3 bleu de Prusse (précipité bleu foncé)

b) Fe 3+ + 3SCN - \u003d Fe (SCN) 3 Fe (III) thiocyanate (solution rouge sang)

Définition. Histoire. Géochimie. propriétés du fer. Lieu de naissance. Proprietes physiques et chimiques. Connexions. L'utilisation du fer.

Le fer

Le fer est un élément du huitième groupe (selon l'ancienne classification, un sous-groupe latéral du huitième groupe) de la quatrième période du système périodique des éléments chimiques. I. Mendeleïev de numéro atomique 26. Désigné par le symbole Fe(lat. Ferrum). L'un des métaux les plus courants de la croûte terrestre (deuxième place après l'aluminium).
La substance simple fer (numéro CAS : 7439-89-6) est un métal blanc argenté malléable à haute réactivité chimique : le fer se corrode rapidement à des températures élevées ou à une forte humidité de l'air. Dans l'oxygène pur, le fer brûle et, à l'état finement dispersé, il s'enflamme spontanément dans l'air.
En fait, le fer est généralement appelé ses alliages à faible teneur en impuretés (jusqu'à 0,8%), qui conservent la douceur et la ductilité du métal pur. Mais dans la pratique, les alliages de fer avec du carbone sont plus souvent utilisés: acier (jusqu'à 2,14% en poids de carbone) et fonte (plus de 2,14% en poids de carbone), ainsi que de l'acier inoxydable (allié) avec l'ajout d'un alliage métaux (chrome, manganèse, nickel, etc.). La combinaison des propriétés spécifiques du fer et de ses alliages en font le "métal n°1" en importance pour l'homme.
Dans la nature, le fer est rarement trouvé sous sa forme pure, le plus souvent il fait partie des météorites fer-nickel. La prévalence du fer dans la croûte terrestre est de 4,65% (4ème place après O, Si, Al). On pense également que le fer constitue la majeure partie du noyau terrestre.

Histoire. Le fer en tant que matériau instrumental est connu depuis l'Antiquité. Les produits en fer les plus anciens trouvés lors de fouilles archéologiques remontent au 4e millénaire avant notre ère. e. et appartiennent aux anciennes civilisations sumérienne et égyptienne. Ceux-ci sont faits de fer météorique, c'est-à-dire d'un alliage de fer et de nickel (la teneur de ce dernier varie de 5 à 30 %), de bijoux provenant de tombes égyptiennes (environ 3800 av. J.-C.) et d'un poignard de la ville sumérienne d'Ur (environ 3100 av. J.-C.). e.). Apparemment, l'un des noms du fer en grec et en latin vient de l'origine céleste du fer météorique : "sider" (qui signifie "étoilé").

Les produits en fer obtenus par fusion sont connus depuis l'époque de l'installation des tribus aryennes de l'Europe à l'Asie, des îles de la mer Méditerranée et au-delà (fin des 4e et 3e millénaires av. J.-C. Les plus anciens outils en fer connus sont des lames d'acier trouvées dans la maçonnerie de la pyramide de Khéops en Égypte (construite vers 2530 av. minerai avec du son et des substances similaires contenant du carbone. En conséquence, une couche de fer pâteux flottait à la surface de l'or fondu, qui était traité séparément. Des outils ont été forgés à partir de ce fer, y compris ceux trouvés dans la pyramide de Khéops. Cependant, après le petit-fils de Khéops Menkaur (2471-2465 av. J.-C.), l'Égypte commença à s'agiter : la noblesse, dirigée par les prêtres du dieu Ra, renversa la dynastie régnante, et un saute-mouton d'usurpateurs commença, se terminant par l'avènement du pharaon de la dynastie suivante, Ouserkar, que les prêtres annonçaient et le fils et l'incarnation du dieu Ra lui-même (c'est depuis devenu le statut officiel des pharaons). Au cours de cette tourmente, les connaissances culturelles et techniques des Égyptiens tombèrent en déclin, et, tout comme l'art de construire les pyramides se dégrada, la technologie de production du fer se perdit, au point que plus tard, maîtrisant la péninsule du Sinaï à la recherche du cuivre minerai, les Égyptiens ne prêtaient aucune attention aux gisements de minerai de fer là-bas, mais recevaient du fer des Hittites et des Mitanniens voisins.
Les premiers maîtrisèrent la méthode de fonte du fer du Hatti, ceci est indiqué par la plus ancienne (IIe millénaire avant J.-C.) mention du fer dans les textes des Hittites, qui fondèrent leur empire sur le territoire du Hatti (Anatolie moderne en Turquie). Ainsi, dans le texte du roi hittite Anitta (vers 1800 av. J.-C.), il est dit :
Dans les temps anciens, les Khalibs étaient réputés être les maîtres des produits en fer. La légende des Argonautes (leur campagne à Colchis a eu lieu environ 50 ans avant la guerre de Troie) raconte que le roi de Colchis, Eet, a donné à Jason une charrue en fer pour labourer le champ d'Ares, et ses sujets, les halibers, sont décrits :
Ils ne labourent pas la terre, ne plantent pas d'arbres fruitiers, ne font pas paître les troupeaux dans de riches prairies ; ils extraient le minerai et le fer des terres incultes et leur troquent de la nourriture. La journée ne commence pas pour eux sans travail acharné, ils passent dans l'obscurité de la nuit et une épaisse fumée, à travailler toute la journée...
Aristote a décrit leur méthode d'obtention de l'acier: «les Khalibs ont lavé plusieurs fois le sable des rivières de leur pays - séparant ainsi le concentré noir (une fraction lourde composée principalement de magnétite et d'hématite) et l'ont fondu dans des fours; le métal ainsi obtenu avait une couleur argentée et était inoxydable."
Les sables de magnétite, que l'on trouve souvent sur toute la côte de la mer Noire, étaient utilisés comme matières premières pour la fonte de l'acier : ces sables de magnétite sont constitués d'un mélange de petits grains de magnétite, de titano-magnétite ou d'ilménite, et de fragments d'autres roches, de sorte que l'acier fondu par les Khalibs était allié et avait d'excellentes propriétés. Une façon aussi particulière d'obtenir du fer suggère que les Khalibs n'ont répandu le fer que comme matériau technologique, mais leur méthode ne pouvait pas être une méthode pour la production industrielle généralisée de produits en fer. Cependant, leur production a donné une impulsion au développement ultérieur de la métallurgie du fer.
Clément d'Alexandrie dans son ouvrage encyclopédique Stromata mentionne que, selon les légendes grecques, du fer (apparemment, en le fondant à partir de minerai) a été découvert sur le mont Ida - c'était le nom de la chaîne de montagnes près de Troie (dans l'Iliade, il est mentionné comme le mont Ida , d'où Zeus assista à la bataille des Grecs contre les Troyens). Cela s'est produit 73 ans après le déluge de Deucalion, et ce déluge, selon la Chronique de Parian, a eu lieu en 1528 av. e., c'est-à-dire que la méthode de fusion du fer à partir de minerai a été découverte vers 1455 av. e. Cependant, d'après la description de Clément, il n'est pas clair s'il parle de cette montagne en Asie Mineure (Ida Phrygian in Virgile), ou du mont Ida sur l'île de Crète, à propos de laquelle le poète romain Virgile écrit dans l'Énéide comme le patrie ancestrale des Troyens :
"L'île de Jupiter, la Crète, est située au milieu d'une vaste mer,
Notre tribu est le berceau où s'élève Ida..."
Il est plus probable que Clément d'Alexandrie parle spécifiquement de l'Ida phrygienne près de Troie, car d'anciennes mines de fer et des centres de production de fer y ont été trouvés. La première preuve écrite de fer se trouve dans les tablettes d'argile des archives des pharaons égyptiens Amenhotep III et Akhenaton, et remonte à la même époque (1450-1400 avant JC). Il mentionne la fabrication du fer dans le sud de la Transcaucasie, que les Grecs appelaient Colchis (et il est possible que le mot "kolhidos" soit une modification du mot "halibos") - à savoir que le roi du pays de Mitanni et le souverain de l'Arménie et de la Transcaucasie du Sud envoya au pharaon égyptien Amenhotep II "avec 318 concubines, des poignards et des anneaux de bon fer". Les Hittites offraient les mêmes cadeaux aux pharaons.
Dans l'antiquité la plus profonde, le fer avait plus de valeur que l'or, et selon la description de Strabon, les tribus africaines donnaient 10 livres d'or pour 1 livre de fer, et selon les études de l'historien G. Areshyan, le coût du cuivre, de l'argent , l'or et le fer chez les anciens Hittites étaient dans le rapport 1: 160 : 1280: 6400. À cette époque, le fer était utilisé comme métal de bijouterie, des trônes et autres insignes du pouvoir royal en étaient fabriqués: par exemple, dans la Bible livre Deutéronome 3.11, un "lit de fer" du roi Rephaïm Og est décrit.
Dans la tombe de Toutankhamon (vers 1350 avant JC) a été trouvé un poignard en fer dans un cadre en or - peut-être un cadeau des Hittites à des fins diplomatiques. Mais les Hittites n'ont pas lutté pour la diffusion à grande échelle du fer et de ses technologies, ce qui ressort également de la correspondance du pharaon égyptien Toutankhamon et de son beau-père Hattusil, le roi des Hittites, qui nous est parvenue. Le pharaon demande d'envoyer plus de fer, et le roi des Hittites répond évasivement que les réserves de fer sont épuisées et que les forgerons sont occupés par des travaux agricoles, il ne peut donc pas répondre à la demande du gendre royal et envoie un seul poignard en «bon fer» (c'est-à-dire en acier). Comme vous pouvez le voir, les Hittites ont essayé d'utiliser leurs connaissances pour obtenir des avantages militaires et n'ont pas donné aux autres l'occasion de les rattraper. Apparemment, par conséquent, les produits en fer ne se sont répandus qu'après la guerre de Troie et la chute des Hittites, lorsque, grâce à l'activité commerciale des Grecs, la technologie du fer est devenue connue de beaucoup et que de nouveaux gisements et mines de fer ont été découverts. Ainsi, l'âge du bronze a été remplacé par l'âge du fer.
Selon les descriptions d'Homère, bien que pendant la guerre de Troie (vers 1250 av. J.-C.) les armes étaient principalement en cuivre et en bronze, le fer était déjà bien connu et très demandé, bien que davantage en tant que métal précieux. Par exemple, dans le 23e chant de l'Iliade, Homère raconte qu'Achille a récompensé le vainqueur d'un concours de lancer de disque avec un disque de cri de fer. Les Achéens extrayaient ce fer des Troyens et des peuples voisins (Iliade 7.473), y compris des Khalibs.
Le fer a peut-être été l'une des raisons qui ont poussé les Grecs achéens à s'installer en Asie Mineure, où ils ont appris les secrets de sa production. Et des fouilles à Athènes ont montré que déjà vers 1100 av. e. et plus tard, les épées de fer, les lances, les haches et même les clous de fer étaient déjà répandus. Le livre biblique de Josué 17:16 (cf. Juges 14:4) décrit que les Philistins ("PILISTIM" biblique, et c'étaient des tribus proto-grecques liées aux derniers Hellènes, principalement des Pélasges) avaient de nombreux chars de fer, c'est-à-dire, dans ce fer est déjà devenu largement utilisé en grandes quantités.
Homère appelle le fer difficile, car dans les temps anciens, la principale méthode d'obtention était le processus de fabrication du fromage: des couches alternées de> minerai de fer et de charbon de bois étaient calcinées dans des fours spéciaux (forges - de l'ancienne "Corne" - une corne, une pipe , à l'origine ce n'était qu'un tuyau creusé dans le sol, généralement horizontalement dans la pente d'un ravin). Dans le foyer, les oxydes de fer sont réduits en métal par le charbon chaud, qui enlève l'oxygène, s'oxydant en monoxyde de carbone, et à la suite d'une telle calcination du minerai avec du charbon, du fer pâteux (spongieux) a été obtenu. Kritsu a été nettoyé des scories en forgeant, en éliminant les impuretés avec de puissants coups de marteau. Les premiers foyers avaient une température relativement basse - sensiblement inférieure au point de fusion de la fonte, de sorte que le fer s'est avéré être relativement pauvre en carbone. Pour obtenir de l'acier solide, il était nécessaire de calciner et de forger le kritsa de fer avec du charbon à plusieurs reprises, tandis que la couche superficielle du métal était en outre saturée de carbone et durcie. C'est ainsi qu'on obtenait du «bon fer» - et bien que cela demandait beaucoup de travail, les produits ainsi obtenus étaient nettement plus résistants et plus durs que ceux en bronze.
Plus tard, ils ont appris à fabriquer des fours plus efficaces (en russe - haut fourneau, domnitsa) pour la production d'acier et ont utilisé des fourrures pour fournir de l'air au four. Déjà les Romains ont pu amener la température dans le four à la fusion de l'acier (environ 1400 degrés, et le fer pur fond à 1535 degrés). Dans ce cas, la fonte est formée avec un point de fusion de 1100-1200 degrés, ce qui est très fragile à l'état solide (même pas forgeable) et n'a pas l'élasticité de l'acier. Au départ, elle était considérée comme un sous-produit nocif, mais on a ensuite découvert que lorsqu'elle était refondue dans un four avec une augmentation de l'air soufflé à travers elle, la fonte se transformait en acier de bonne qualité, car l'excès de carbone brûlait. Un tel procédé en deux étapes pour la production d'acier à partir de fonte s'est avéré plus simple et plus rentable que la floraison, et ce principe a été utilisé sans grand changement pendant de nombreux siècles, restant à ce jour la principale méthode de production de fer. matériaux.

isotopes

Le fer naturel est composé de quatre isotopes stables : 54Fe (abondance isotopique 5,845 %), 56Fe (91,754 %), 57Fe (2,119 %) et 58Fe (0,282 %). Plus de 20 isotopes de fer instables avec des nombres de masse de 45 à 72 sont également connus, dont les plus stables sont 60Fe (la demi-vie selon les données mises à jour en 2009 est de 2,6 millions d'années), 55Fe (2,737 ans), 59Fe (44,495 jours ) et 52Fe (8,275 heures) ; les isotopes restants ont une demi-vie inférieure à 10 minutes.
L'isotope du fer 56Fe fait partie des noyaux les plus stables : tous les éléments suivants peuvent réduire l'énergie de liaison par nucléon par désintégration, et tous les éléments précédents, en principe, pourraient réduire l'énergie de liaison par nucléon due à la fusion. On pense que la série de synthèse d'éléments dans les noyaux d'étoiles normales se termine par du fer et que tous les éléments suivants ne peuvent être formés qu'à la suite d'explosions de supernova.

Géochimie du fer

Le fer est l'un des éléments les plus courants du système solaire, en particulier sur les planètes telluriques, en particulier sur la Terre. Une partie importante du fer des planètes terrestres se trouve dans les noyaux des planètes, où sa teneur est estimée à environ 90 %. La teneur en fer de la croûte terrestre est de 5% et celle du manteau d'environ 12%. Parmi les métaux, le fer vient juste après l'aluminium en abondance dans la croûte. Dans le même temps, environ 86% de tout le fer se trouve dans le noyau et 14% dans le manteau. La teneur en fer augmente significativement dans les roches ignées de la composition de base, où il est associé au pyroxène, à l'amphibole, à l'olivine et à la biotite. Dans les concentrations industrielles, le fer s'accumule au cours de presque tous les processus exogènes et endogènes se produisant dans la croûte terrestre. L'eau de mer contient du fer en très petites quantités de 0,002 à 0,02 mg/l. Dans l'eau de rivière, elle est légèrement supérieure - 2 mg / l.

Propriétés géochimiques du fer

La caractéristique géochimique la plus importante du fer est qu'il a plusieurs états d'oxydation. Le fer sous une forme neutre - métallique - compose le noyau de la terre, peut-être présent dans le manteau et très rarement trouvé dans la croûte terrestre. Le fer ferreux FeO est la principale forme de fer dans le manteau et la croûte terrestre. L'oxyde de fer Fe2O3 est caractéristique des parties les plus élevées et les plus oxydées de la croûte terrestre, en particulier les roches sédimentaires.
En termes de propriétés chimiques cristallines, l'ion Fe2+ est proche des ions Mg2+ et Ca2+, les autres éléments principaux qui constituent une part importante de toutes les roches terrestres. En raison de leur similitude chimique cristalline, le fer remplace le magnésium et, en partie, le calcium dans de nombreux silicates. La teneur en fer des minéraux de composition variable augmente généralement avec la diminution de la température.
minéraux de fer. Dans la croûte terrestre, le fer est largement distribué - il représente environ 4,1% de la masse de la croûte terrestre (4e place parmi tous les éléments, 2e parmi les métaux). Dans le manteau et la croûte terrestre, le fer est concentré principalement dans les silicates, alors que sa teneur est importante dans les roches basiques et ultrabasiques, et faible dans les roches acides et intermédiaires.
Un grand nombre de minerais et minéraux contenant du fer sont connus. De la plus grande importance pratique sont le minerai de fer rouge (hématite, Fe2O3; contient jusqu'à 70% Fe), le minerai de fer magnétique (magnétite, FeFe2O4, Fe3O4; contient 72,4% Fe), le minerai de fer brun ou la limonite (goethite et hydrogoethite, respectivement FeOOH et FeOOH nH2O ). La goethite et l'hydrogoethite se trouvent le plus souvent dans des croûtes d'altération, formant les soi-disant "chapeaux de fer", dont l'épaisseur atteint plusieurs centaines de mètres. Ils peuvent également être d'origine sédimentaire, tombant de solutions colloïdales dans des lacs ou des zones côtières des mers. Dans ce cas, des minerais de fer oolithiques ou légumineux se forment. Ils contiennent souvent de la vivianite Fe3(PO4)2 8H2O, qui forme des cristaux allongés noirs et des agrégats rayonnants radialement.
Dans la nature, les sulfures de fer sont également répandus - pyrite FeS2 (pyrites de soufre ou de fer) et pyrrhotite. Ce ne sont pas du minerai de fer - la pyrite est utilisée pour produire de l'acide sulfurique, et la pyrrhotite contient souvent du nickel et du cobalt.
En termes de réserves de minerai de fer, la Russie se classe au premier rang mondial.
La teneur en fer de l'eau de mer est de 1·10−5—1·10−8 %.
Les autres minéraux de fer courants sont :

La sidérite - FeCO3 - contient environ 35 % de fer. Il a une couleur blanc jaunâtre (avec une teinte grise ou brune en cas de contamination). La densité est de 3 g / cm³ et la dureté est de 3,5 à 4,5 sur l'échelle de Mohs.
Marcassite - FeS2 - contient 46,6% de fer. Il se présente sous forme de cristaux rhombiques bipyramidaux jaunes, comme le laiton, d'une densité de 4,6 à 4,9 g / cm³ et d'une dureté de 5 à 6 sur l'échelle de Mohs.
La lollingite - FeAs2 - contient 27,2% de fer et se présente sous la forme de cristaux rhombiques bipyramidaux blanc argenté. La densité est de 7-7,4 g / cm³, la dureté est de 5-5,5 sur l'échelle de Mohs.
Mispicel - FeAsS - contient 34,3% de fer. Il se présente sous forme de prismes monocliniques blancs avec une densité de 5,6–6,2 g/cm³ et une dureté de 5,5–6 sur l'échelle de Mohs.
La mélantérite - FeSO4 7H2O - est moins commune dans la nature et est un cristal monoclinique vert (ou gris à cause des impuretés) à éclat vitreux, fragile. La densité est de 1,8-1,9 g/cm³.
Vivianite - Fe3 (PO4) 2 8H2O - se présente sous la forme de cristaux monocliniques bleu-gris ou vert-gris avec une densité de 2,95 g / cm³ et une dureté de 1,5-2 sur l'échelle de Mohs.

Principaux gisements

Selon l'US Geological Survey (estimation 2011), les réserves mondiales prouvées de minerai de fer sont d'environ 178 milliards de tonnes. Les principaux gisements de fer se trouvent au Brésil (1ère place), en Australie, aux États-Unis, au Canada, en Suède, au Venezuela, au Libéria, en Ukraine, en France et en Inde. En Russie, le fer est extrait de l'anomalie magnétique de Koursk (KMA), de la péninsule de Kola, en Carélie et en Sibérie, en Ukraine - Krivbass, région de Poltava, péninsule de Kertch. Récemment, les dépôts océaniques de fond ont acquis un rôle important, dans lequel le fer, ainsi que le manganèse et d'autres métaux précieux, se trouvent dans les nodules.

Reçu. Dans l'industrie, le fer est obtenu à partir de minerai de fer, principalement à partir d'hématite (Fe2O3) et de magnétite (FeO·Fe2O3).

Il existe différentes manières d'extraire le fer des minerais. Le plus courant est le processus de domaine.
La première étape de production est la réduction du fer avec du carbone dans un haut fourneau à une température de 2000 °C. Dans un haut fourneau, le carbone sous forme de coke, le minerai de fer sous forme d'aggloméré ou de boulettes et le fondant (par exemple le calcaire) sont alimentés par le haut et sont accueillis par un flux d'air chaud injecté par le bas.
Dans le four, le carbone sous forme de coke est oxydé en monoxyde de carbone. Cet oxyde se forme lors de la combustion en manque d'oxygène :

À son tour, le monoxyde de carbone récupère le fer du minerai. Pour accélérer cette réaction, du monoxyde de carbone chauffé est passé à travers de l'oxyde de fer (III):

Le fondant est ajouté pour éliminer les impuretés indésirables (principalement des silicates, par exemple le quartz) dans le minerai extrait. Un flux typique contient du calcaire (carbonate de calcium) et de la dolomite (carbonate de magnésium). D'autres flux sont utilisés pour éliminer d'autres impuretés.
L'effet du fondant (dans ce cas, le carbonate de calcium) est que lorsqu'il est chauffé, il se décompose en son oxyde :

L'oxyde de calcium se combine avec le dioxyde de silicium, formant un laitier - métasilicate de calcium :

Le laitier, contrairement au dioxyde de silicium, est fondu dans un four. Plus léger que le fer, le laitier flotte à la surface - cette propriété permet de séparer le laitier du métal. Le laitier peut ensuite être utilisé dans la construction et l'agriculture. La fonte en fusion obtenue dans un haut fourneau contient beaucoup de carbone (fonte). Sauf dans de tels cas, lorsque la fonte est utilisée directement, elle nécessite un traitement supplémentaire.
Le carbone en excès et les autres impuretés (soufre, phosphore) sont éliminés de la fonte par oxydation dans des fours à foyer ouvert ou dans des convertisseurs. Les fours électriques sont également utilisés pour fondre les aciers alliés.
En plus du processus de haut fourneau, le processus de production directe de fer est courant. Dans ce cas, le minerai pré-concassé est mélangé avec de l'argile spéciale pour former des boulettes. Les granulés sont torréfiés et traités dans un four à cuve avec des produits chauds de conversion du méthane contenant de l'hydrogène. L'hydrogène réduit facilement le fer :
,
tandis qu'il n'y a pas de contamination du fer par des impuretés telles que le soufre et le phosphore, qui sont des impuretés courantes dans le charbon. Le fer est obtenu sous forme solide, puis fondu dans des fours électriques.
Le fer chimiquement pur est obtenu par électrolyse de solutions de ses sels.

Propriétés physiques

Le fer est un métal typique, à l'état libre il est de couleur blanc argenté avec une teinte grisâtre. Le métal pur est ductile, diverses impuretés (en particulier le carbone) augmentent sa dureté et sa fragilité. Il a des propriétés magnétiques prononcées. La soi-disant "triade de fer" est souvent distinguée - un groupe de trois métaux (fer Fe, cobalt Co, nickel Ni) qui ont des propriétés physiques, des rayons atomiques et des valeurs d'électronégativité similaires.
Le fer est caractérisé par un polymorphisme, il présente quatre modifications cristallines :

jusqu'à 769 °C, il y a α-Fe (ferrite) avec un réseau cubique centré et les propriétés d'un ferromagnétique (769 °C ≈ 1043 K est le point de Curie du fer) ;
dans la plage de températures de 769 à 917 ° C, β-Fe existe, qui ne diffère de α-Fe que par les paramètres du réseau cubique centré sur le corps et les propriétés magnétiques du paramagnétique;
dans la plage de température 917–1394 ° C, il y a γ-Fe (austénite) avec un réseau cubique à faces centrées;
au-dessus de 1394 °C δ-Fe stable avec un réseau cubique centré.

La science des métaux ne distingue pas le β-Fe comme une phase distincte et le considère comme une variété de α-Fe. Lorsque le fer ou l'acier est chauffé au-dessus du point de Curie (769 ° C ≈ 1043 K), le mouvement thermique des ions perturbe l'orientation des moments magnétiques de spin des électrons, le ferromagnétique devient un paramagnétique - une transition de phase de second ordre se produit, mais une transition de phase de premier ordre ne se produit pas avec un changement des paramètres physiques de base des cristaux.
Pour le fer pur à pression normale, du point de vue de la métallurgie, il existe les modifications stables suivantes :

du zéro absolu à 910 ° C, la modification α avec un réseau cristallin cubique centré (bcc) est stable;
de 910 à 1400 °C, la modification γ avec un réseau cristallin cubique à faces centrées (fcc) est stable ;
de 1400 à 1539 °C, la modification δ avec un réseau cristallin cubique centré (bcc) est stable.

La présence de carbone et d'éléments d'alliage dans l'acier modifie considérablement les températures de transition de phase (voir le diagramme de phase fer-carbone).Une solution solide de carbone dans le fer α et δ est appelée ferrite. Parfois, une distinction est faite entre la ferrite δ à haute température et la ferrite α à basse température (ou simplement la ferrite), bien que leurs structures atomiques soient les mêmes. Une solution solide de carbone dans le fer γ est appelée austénite.

Dans la région des hautes pressions (plus de 13 GPa, 128 300 atm.), une modification du fer ε avec un réseau hexagonal compact (HCP) apparaît.

Le phénomène de polymorphisme est extrêmement important pour la métallurgie de l'acier. C'est grâce aux transitions α-γ du réseau cristallin que se produit le traitement thermique de l'acier. Sans ce phénomène, le fer en tant que base de l'acier n'aurait pas reçu une utilisation aussi répandue.
Le fer est un métal moyennement réfractaire. Dans une série de potentiels d'électrode standard, le fer se tient devant l'hydrogène et réagit facilement avec les acides dilués. Ainsi, le fer fait partie des métaux d'activité moyenne.
Le point de fusion du fer est de 1539 °C, le point d'ébullition est de 2862 °C.

Propriétés chimiques

États d'oxydation caractéristiques

Pour le fer, les états d'oxydation du fer sont caractéristiques - +2 et +3.
L'état d'oxydation +2 correspond à l'oxyde noir FeO et à l'hydroxyde vert Fe(OH)2. Ils sont basiques. Dans les sels, Fe (+2) est présent sous forme de cation. Fe (+2) est un réducteur faible.
+3 états d'oxydation correspondent à l'oxyde rouge-brun Fe2O3 et à l'hydroxyde brun Fe(OH)3. Ils sont de nature amphotère, bien que leurs propriétés acides et basiques soient faiblement exprimées. Ainsi, les ions Fe3+ sont complètement hydrolysés même en milieu acide. Fe (OH) 3 se dissout (et même alors pas complètement), uniquement dans les alcalis concentrés. Fe2O3 ne réagit avec les alcalis que lorsqu'il est fusionné, donnant des ferrites (sels formels de l'acide HFeO2, qui n'existe pas sous forme libre) :

Le fer (+3) présente le plus souvent de faibles propriétés oxydantes.
Les états d'oxydation +2 et +3 passent facilement entre eux lorsque les conditions redox changent.
De plus, il existe de l'oxyde Fe3O4, l'état d'oxydation formel du fer dans lequel est +8/3. Cependant, cet oxyde peut également être considéré comme de la ferrite de fer (II) Fe+2(Fe+3O2)2.
Il existe également un état d'oxydation de +6. L'oxyde et l'hydroxyde correspondants n'existent pas sous forme libre, mais des sels de ferrate (par exemple, K2FeO4) ont été obtenus. Le fer (+6) s'y trouve sous forme d'anion. Les ferrates sont des oxydants puissants.

Composés de fer(II)

L'oxyde de fer (II) FeO a des propriétés basiques, il correspond à la base Fe(OH) 2. Les sels de fer (II) ont une couleur vert clair. Lorsqu'ils sont stockés, en particulier à l'air humide, ils brunissent en raison de l'oxydation en fer (III). Le même processus se produit lors du stockage de solutions aqueuses de sels de fer(II) :

Parmi les sels de fer(II) en solutions aqueuses, le sel de Mohr est stable - sulfate double d'ammonium et de fer(II) (NH4)2Fe(SO4)2 6H2O.
L'hexacyanoferrate de potassium (III) K3 (sel de sang rouge) peut servir de réactif pour les ions Fe2+ en solution. Lorsque les ions Fe2+ et 3− interagissent, l'hexacyanoferrate de potassium-fer (II) (III) précipite (bleu de Prusse) :

qui se réarrange intramoléculairement en hexacyanoferrate (II) de potassium et de fer (III) :

Pour la détermination quantitative du fer (II) en solution, on utilise la phénanthroline Phen, qui forme un complexe FePhen3 rouge avec le fer (II) (absorption lumineuse maximale - 520 nm) dans une large plage de pH (4-9).

Composés de fer(III)

L'oxyde de fer (III) Fe2O3 est faiblement amphotère, il correspond à une base encore plus faible que Fe(OH)2, Fe(OH)3, qui réagit avec les acides :

Les sels de Fe3+ ont tendance à former des hydrates cristallins. En eux, l'ion Fe3+ est généralement entouré de six molécules d'eau. Ces sels sont de couleur rose ou violette.
L'ion Fe3+ est complètement hydrolysé même en milieu acide. A pH>4, cet ion précipite presque complètement sous forme de Fe(OH)3 :

Avec l'hydrolyse partielle de l'ion Fe3+, des oxo- et hydroxocations polynucléaires se forment, à cause desquels les solutions deviennent brunes.
Les principales propriétés de l'hydroxyde de fer(III) Fe(OH)3 sont très faiblement exprimées. Il est capable de réagir uniquement avec des solutions alcalines concentrées :

Les hydroxocomplexes de fer (III) résultants ne sont stables que dans des solutions fortement alcalines. Lorsque les solutions sont diluées avec de l'eau, elles sont détruites et Fe (OH) 3 précipite.
Lorsqu'il est fusionné avec des alcalis et des oxydes d'autres métaux, Fe2O3 forme une variété de ferrites :

Les composés de fer(III) en solution sont réduits par le fer métallique :

Le fer(III) est capable de former des sulfates doubles avec des cations de type alun à charge unique, par exemple, KFe(SO4)2 - alun fer-potassium, (NH4)Fe(SO4)2 - alun fer-ammonium, etc.
Pour la détection qualitative des composés de fer(III) en solution, la réaction qualitative des ions Fe3+ avec les thiocyanates inorganiques SCN− est utilisée. Dans ce cas, un mélange de complexes de thiocyanate rouge vif de fer 2+, +, Fe(SCN)3, - se forme. La composition du mélange (et donc l'intensité de sa couleur) dépend de divers facteurs, de sorte que cette méthode n'est pas applicable pour la détermination qualitative précise du fer.
Un autre réactif de haute qualité pour les ions Fe3+ est l'hexacyanoferrate de potassium (II) K4 (sel de sang jaune). Lorsque les ions Fe3+ et 4− interagissent, un précipité bleu vif d'hexacyanoferrate (II) de potassium et de fer (III) précipite :

Les ions Fe3+ sont dosés quantitativement par la formation de complexes rouges (en milieu légèrement acide) ou jaunes (en milieu légèrement alcalin) avec l'acide sulfosalicylique. Cette réaction nécessite une sélection compétente de tampons, car certains anions (en particulier l'acétate) forment des complexes mixtes avec le fer et l'acide sulfosalicylique avec leurs propres caractéristiques optiques.

Composés de fer(VI)

Les ferrates sont des sels de l'acide ferrique H2FeO4 qui n'existe pas sous forme libre. Ce sont des composés de couleur violette, rappelant les permanganates par leurs propriétés oxydantes et les sulfates par leur solubilité. Les ferrates sont obtenus par action du chlore gazeux ou de l'ozone sur une suspension de Fe(OH)3 dans un alcali :

Les ferrates peuvent également être obtenus par électrolyse d'une solution alcaline à 30% sur une anode en fer :

Les ferrates sont des oxydants puissants. En milieu acide, ils se décomposent avec dégagement d'oxygène :

Les propriétés oxydantes des ferrates sont utilisées pour désinfecter l'eau.

Application

Le fer est l'un des métaux les plus utilisés, représentant jusqu'à 95 % de la production métallurgique mondiale.

Le fer est le composant principal des aciers et des fontes, les matériaux de structure les plus importants.
Le fer peut être inclus dans des alliages à base d'autres métaux, comme le nickel.
L'oxyde de fer magnétique (magnétite) est un matériau important dans la fabrication de dispositifs de mémoire informatique à long terme : disques durs, disquettes, etc.
La poudre de magnétite ultrafine est utilisée dans de nombreuses imprimantes laser noir et blanc mélangées à des granulés de polymère comme toner. Il utilise à la fois la couleur noire de la magnétite et sa capacité à adhérer à un rouleau de transfert aimanté.
Les propriétés ferromagnétiques uniques d'un certain nombre d'alliages à base de fer contribuent à leur utilisation généralisée en génie électrique pour les circuits magnétiques des transformateurs et des moteurs électriques.
Le chlorure de fer (III) ( chlorure ferrique ) est utilisé dans la pratique des radioamateurs pour graver les cartes de circuits imprimés .
Le sulfate ferreux (sulfate de fer) mélangé avec du sulfate de cuivre est utilisé pour contrôler les champignons nocifs dans le jardinage et la construction.
Le fer est utilisé comme anode dans les batteries fer-nickel, les batteries fer-air.
Les solutions aqueuses de chlorures de fer divalent et ferrique, ainsi que ses sulfates, sont utilisées comme coagulants dans la purification des eaux naturelles et usées dans le traitement des eaux des entreprises industrielles.

Histoire

Le fer en tant que matériau instrumental est connu depuis l'Antiquité. Les produits en fer les plus anciens trouvés lors de fouilles archéologiques remontent au 4e millénaire avant notre ère. e. et appartiennent aux anciennes civilisations sumérienne et égyptienne. Ceux-ci sont faits de fer météorique, c'est-à-dire d'un alliage de fer et de nickel (la teneur de ce dernier varie de 5 à 30 %), de bijoux provenant de tombes égyptiennes (environ 3800 av. J.-C.) et d'un poignard de la ville sumérienne d'Ur (environ 3100 av. J.-C.). e.). Apparemment, l'un des noms du fer en grec et en latin vient de l'origine céleste du fer météorique : "sider" (qui signifie "étoilé").

Les produits du fer obtenus par fusion sont connus depuis l'époque de l'installation des tribus aryennes de l'Europe à l'Asie, des îles de la mer Méditerranée et au-delà (fin des IVe et IIIe millénaires av. J.-C.). Les plus anciens outils en fer connus sont des lames d'acier trouvées dans la maçonnerie de la pyramide de Khéops en Égypte (construite vers 2530 av. J.-C.). Comme l'ont montré des fouilles dans le désert de Nubie, déjà à cette époque, les Égyptiens essayaient de séparer l'or extrait du sable de magnétite lourde, du minerai calciné avec du son et des substances similaires contenant du carbone. En conséquence, une couche de fer pâteux flottait à la surface de l'or fondu, qui était traité séparément. Des outils ont été forgés à partir de ce fer, y compris ceux trouvés dans la pyramide de Khéops. Cependant, après le petit-fils de Cheops Menkaur (2471-2465 av. J.-C.), des troubles se produisirent en Égypte : la noblesse, dirigée par les prêtres du dieu Ra, renversa la dynastie régnante, et un saute-mouton d'usurpateurs commença, se terminant par l'avènement du pharaon de la dynastie suivante, Ouserkar, que les prêtres ont déclaré être le fils et l'incarnation du dieu Ra lui-même (depuis lors, c'est devenu le statut officiel des pharaons). Au cours de cette tourmente, les connaissances culturelles et techniques des Égyptiens tombèrent en décadence, et, tout comme l'art de construire les pyramides se dégrada, la technologie de production de fer se perdit, au point que plus tard, en explorant la péninsule du Sinaï à la recherche de minerai de cuivre, les Égyptiens ne prêtaient aucune attention aux gisements de minerai de fer là-bas, mais recevaient du fer des Hittites et des Mitanniens voisins.

Les premiers maîtrisèrent la production de fer Hatt, ceci est indiqué par la plus ancienne (IIe millénaire avant J.-C.) mention du fer dans les textes des Hittites, qui fondèrent leur empire sur le territoire du Hatt (Anatolie moderne en Turquie). Ainsi, dans le texte du roi hittite Anitta (vers 1800 av. J.-C.), il est dit :

Lorsque je suis parti en campagne dans la ville de Puruskhanda, un homme de la ville de Puruskhanda est venu s'incliner devant moi (...?) et il m'a présenté 1 trône de fer et 1 sceptre de fer (?) en signe d'humilité (?) ...

(la source: Giorgadze G.G.// Bulletin d'histoire ancienne. 1965. N° 4.)

Dans les temps anciens, les khalibs étaient réputés être les maîtres des produits en fer. La légende des Argonautes (leur campagne à Colchis a eu lieu environ 50 ans avant la guerre de Troie) raconte que le roi de Colchis, Eet, a donné à Jason une charrue en fer pour labourer le champ d'Ares, et ses sujets, les halibers, sont décrits :

Ils ne labourent pas la terre, ne plantent pas d'arbres fruitiers, ne font pas paître les troupeaux dans de riches prairies ; ils extraient le minerai et le fer des terres incultes et leur troquent de la nourriture. La journée ne commence pas pour eux sans travail acharné, ils passent dans l'obscurité de la nuit et une épaisse fumée, à travailler toute la journée...

Aristote a décrit leur méthode d'obtention de l'acier: «les Khalibs ont lavé plusieurs fois le sable des rivières de leur pays - séparant ainsi le concentré noir (une fraction lourde composée principalement de magnétite et d'hématite) et l'ont fondu dans des fours; le métal ainsi obtenu avait une couleur argentée et était inoxydable."

Les sables de magnétite, que l'on trouve souvent sur toute la côte de la mer Noire, étaient utilisés comme matières premières pour la fonte de l'acier : ces sables de magnétite sont constitués d'un mélange de grains fins de magnétite, de magnétite-titane ou d'ilménite, et de fragments d'autres roches, de sorte que l'acier fondu par les Khalibs était allié et avait d'excellentes propriétés. Une façon aussi particulière d'obtenir du fer suggère que les Khalibs n'ont répandu le fer que comme matériau technologique, mais leur méthode ne pouvait pas être une méthode pour la production industrielle généralisée de produits en fer. Cependant, leur production a donné une impulsion au développement ultérieur de la métallurgie du fer.

Dans la plus haute antiquité, le fer avait plus de valeur que l'or, et selon la description de Strabon, les tribus africaines donnaient 10 livres d'or pour 1 livre de fer, et selon les études de l'historien G. Areshyan, le coût du cuivre, l'argent, l'or et le fer chez les anciens Hittites étaient dans le rapport 1: 160 : 1280: 6400. À cette époque, le fer était utilisé comme métal de bijouterie, des trônes et autres insignes du pouvoir royal en étaient fabriqués: par exemple, dans le livre biblique Deutéronome 3.11, un «lit de fer» du roi Rephaïm Og est décrit.

Dans la tombe de Toutankhamon (vers 1350 avant JC) a été trouvé un poignard en fer dans un cadre en or - peut-être un cadeau des Hittites à des fins diplomatiques. Mais les Hittites n'ont pas lutté pour la diffusion à grande échelle du fer et de ses technologies, ce qui ressort également de la correspondance du pharaon égyptien Toutankhamon et de son beau-père Hattusil, le roi des Hittites, qui nous est parvenue. Le pharaon demande d'envoyer plus de fer, et le roi des Hittites répond évasivement que les réserves de fer sont épuisées et que les forgerons sont occupés par des travaux agricoles, il ne peut donc pas répondre à la demande du gendre royal et envoie un seul poignard en «bon fer» (c'est-à-dire en acier). Comme vous pouvez le voir, les Hittites ont essayé d'utiliser leurs connaissances pour obtenir des avantages militaires et n'ont pas donné aux autres l'occasion de les rattraper. Apparemment, par conséquent, les produits en fer ne se sont répandus qu'après la guerre de Troie et la chute des Hittites, lorsque, grâce à l'activité commerciale des Grecs, la technologie du fer est devenue connue de beaucoup et que de nouveaux gisements et mines de fer ont été découverts. Ainsi, l'âge du bronze a été remplacé par l'âge du fer.

Selon les descriptions d'Homère, bien que pendant la guerre de Troie (vers 1250 av. J.-C.) les armes étaient principalement en cuivre et en bronze, le fer était déjà bien connu et très demandé, bien que davantage en tant que métal précieux. Par exemple, dans la 23e chanson de l'Iliade, Homère dit qu'Achille a récompensé le vainqueur d'un concours de lancer de disque avec un disque de cri de fer. Les Achéens extrayaient ce fer des Troyens et des peuples voisins (Iliade 7.473), y compris des Khalibs, qui combattaient aux côtés des Troyens :

"D'autres hommes des Achéens ont acheté du vin avec moi,
Ceux pour sonner le cuivre, pour la fonte grise changés,
Ceux pour les peaux de bœuf ou les bœufs à cornes hautes,
Ceux pour leurs captifs. Et un joyeux festin se prépare..."

Le fer a peut-être été l'une des raisons qui ont poussé les Grecs achéens à s'installer en Asie Mineure, où ils ont appris les secrets de sa production. Et des fouilles à Athènes ont montré que déjà vers 1100 av. e. et plus tard, les épées de fer, les lances, les haches et même les clous de fer étaient déjà répandus. Le livre biblique de Josué 17:16 (cf. Juges 14:4) décrit que les Philistins ("PILISTIM" biblique, et c'étaient des tribus proto-grecques liées aux derniers Hellènes, principalement des Pélasges) avaient de nombreux chars de fer, c'est-à-dire, dans ce fer est déjà devenu largement utilisé en grandes quantités.

Homère dans l'Iliade et l'Odyssée appelle le fer "un métal dur", et décrit le durcissement des outils :

« Un faussaire prompt, ayant fait une hache ou une hache,
Du métal dans l'eau, la chauffant pour qu'elle double
Il avait une forteresse, plonge..."

Homère appelle le fer difficile, car dans les temps anciens, la principale méthode d'obtention était le processus de soufflage brut: des couches alternées de minerai de fer et de charbon de bois étaient calcinées dans des fours spéciaux (forges - de l'ancienne "Corne" - une corne, une pipe, à l'origine ce n'était qu'un tuyau creusé dans le sol, généralement horizontalement dans la pente d'un ravin). Dans le foyer, les oxydes de fer sont réduits en métal par le charbon chaud, qui enlève l'oxygène, s'oxydant en monoxyde de carbone, et à la suite d'une telle calcination du minerai avec du charbon, du fer pâteux (spongieux) a été obtenu. Kritsu a été nettoyé des scories en forgeant, en éliminant les impuretés avec de puissants coups de marteau. Les premiers foyers avaient une température relativement basse - sensiblement inférieure au point de fusion de la fonte, de sorte que le fer s'est avéré être relativement pauvre en carbone. Pour obtenir de l'acier solide, il était nécessaire de calciner et de forger le kritsa de fer avec du charbon à plusieurs reprises, tandis que la couche superficielle du métal était en outre saturée de carbone et durcie. C'est ainsi qu'on obtenait du «bon fer» - et bien que cela demandait beaucoup de travail, les produits ainsi obtenus étaient nettement plus résistants et plus durs que ceux en bronze.

À l'avenir, ils ont appris à fabriquer des fours plus efficaces (en russe - haut fourneau, domnitsa) pour la production d'acier et ont utilisé des fourrures pour fournir de l'air au four. Déjà les Romains ont pu amener la température dans le four à la fusion de l'acier (environ 1400 degrés, et le fer pur fond à 1535 degrés). Dans ce cas, la fonte est formée avec un point de fusion de 1100-1200 degrés, ce qui est très fragile à l'état solide (même pas forgeable) et n'a pas l'élasticité de l'acier. Il était à l'origine considéré comme un sous-produit nocif. fonte, en russe, fonte brute, lingots, d'où vient en fait le mot fonte), mais il s'est ensuite avéré que lorsqu'elle est refondue dans un four avec une augmentation de l'air soufflé à travers elle, la fonte se transforme en acier de bonne qualité, en excès le carbone brûle. Un tel procédé en deux étapes pour la production d'acier à partir de fonte s'est avéré plus simple et plus rentable que la floraison, et ce principe a été utilisé sans grand changement pendant de nombreux siècles, restant à ce jour la principale méthode de production de fer. matériaux.

Bibliographie: Karl Bucks. Richesse de l'intérieur de la terre. M.: Progress, 1986, p.244, chapitre "Fer"

origine du nom

Il existe plusieurs versions de l'origine du mot slave "fer" (zhalez biélorusse, zalizo ukrainien, vieux slave. le fer, renflement. fer, Serbohorv. zhezo, polonais. Zélazo, tchèque železo, slovène zelezo).

L'une des étymologies relie Praslav. *ZelEzo avec le mot grec χαλκός , qui signifiait fer et cuivre, selon une autre version *ZelEzo semblable à des mots *zély"tortue" et *œil"rock", avec le sème général "stone". La troisième version suggère un emprunt ancien à une langue inconnue.

Les langues germaniques ont emprunté le nom de fer (gothique. eisarn, Anglais le fer, Allemand Eisen, Pays-Bas. ijzer, dat. jern, suédois pot) du celtique.

mot pra-celtique *isarno-(> OE iarn, OE Bret hoiarn), remonte probablement à Proto-IE. *h 1 esh 2 r-non- « sanglant » avec le développement sémantique « sanglant » > « rouge » > « fer ». Selon une autre hypothèse, ce mot remonterait à pra-i.e. *(H)ish 2ro- "fort, saint, possédant un pouvoir surnaturel".

mot grec ancien σίδηρος , peut avoir été emprunté à la même source que les mots slaves, germaniques et baltes pour l'argent.

Le nom du carbonate de fer naturel (sidérite) vient du lat. sidereus- stellaire ; en effet, le premier fer qui est tombé entre les mains des gens était d'origine météorique. Cette coïncidence n'est peut-être pas fortuite. En particulier, le mot grec ancien sideros (σίδηρος) pour fer et latin côté, signifiant "étoile", ont probablement une origine commune.

isotopes

Le fer naturel est constitué de quatre isotopes stables : 54 Fe (abondance isotopique 5,845 %), 56 Fe (91,754 %), 57 Fe (2,119 %) et 58 Fe (0,282 %). Plus de 20 isotopes de fer instables avec des nombres de masse de 45 à 72 sont également connus, dont les plus stables sont 60 Fe (la demi-vie selon les données mises à jour en 2009 est de 2,6 millions d'années), 55 Fe (2,737 ans), 59 Fe (44,495 jours) et 52 Fe (8,275 heures) ; les isotopes restants ont des demi-vies inférieures à 10 minutes.

L'isotope du fer 56 Fe fait partie des noyaux les plus stables : tous les éléments suivants peuvent réduire l'énergie de liaison par nucléon par désintégration, et tous les éléments précédents, en principe, pourraient réduire l'énergie de liaison par nucléon en raison de la fusion. On pense qu'une série de synthèses d'éléments dans les noyaux d'étoiles normales se termine par du fer (voir Étoile de fer), et tous les éléments suivants ne peuvent être formés qu'à la suite d'explosions de supernova.

Géochimie du fer

Source hydrothermale à eau ferrugineuse. Les oxydes de fer brunissent l'eau

Le fer est l'un des éléments les plus courants du système solaire, en particulier sur les planètes telluriques, en particulier sur la Terre. Une partie importante du fer des planètes terrestres se trouve dans les noyaux des planètes, où sa teneur est estimée à environ 90 %. La teneur en fer de la croûte terrestre est de 5% et celle du manteau d'environ 12%. Parmi les métaux, le fer est le deuxième après l'aluminium en termes d'abondance dans la croûte. Dans le même temps, environ 86% de tout le fer se trouve dans le noyau et 14% dans le manteau. La teneur en fer augmente significativement dans les roches ignées de la composition de base, où il est associé au pyroxène, à l'amphibole, à l'olivine et à la biotite. Dans les concentrations industrielles, le fer s'accumule au cours de presque tous les processus exogènes et endogènes se produisant dans la croûte terrestre. Dans l'eau de mer, le fer est contenu en très petites quantités de 0,002-0,02 mg/l. Dans l'eau de rivière, elle est légèrement supérieure - 2 mg / l.

Propriétés géochimiques du fer

La caractéristique géochimique la plus importante du fer est la présence de plusieurs états d'oxydation. Le fer sous une forme neutre - métallique - compose le noyau de la terre, peut-être présent dans le manteau et très rarement trouvé dans la croûte terrestre. Le fer ferreux FeO est la principale forme de fer dans le manteau et la croûte terrestre. L'oxyde de fer Fe 2 O 3 est caractéristique des parties les plus élevées et les plus oxydées de la croûte terrestre, en particulier les roches sédimentaires.

En termes de propriétés chimiques cristallines, l'ion Fe 2+ est proche des ions Mg 2+ et Ca 2+, autres éléments principaux qui constituent une partie importante de toutes les roches terrestres. En raison de leur similitude chimique cristalline, le fer remplace le magnésium et, en partie, le calcium dans de nombreux silicates. La teneur en fer des minéraux de composition variable augmente généralement avec la diminution de la température.

minéraux de fer

Un grand nombre de minerais et minéraux contenant du fer sont connus. De la plus grande importance pratique sont le minerai de fer rouge (hématite, Fe 2 O 3; contient jusqu'à 70% Fe), le minerai de fer magnétique (magnétite, FeFe 2 O 4, Fe 3 O 4; contient 72,4% Fe), le minerai de fer brun ou limonite (goethite et hydrogoethite, FeOOH et FeOOH nH 2 O, respectivement). La goethite et l'hydrogoethite se trouvent le plus souvent dans des croûtes d'altération, formant les soi-disant "chapeaux de fer", dont l'épaisseur atteint plusieurs centaines de mètres. Ils peuvent également être d'origine sédimentaire, tombant de solutions colloïdales dans des lacs ou des zones côtières des mers. Dans ce cas, des minerais de fer oolithiques ou légumineux se forment. On y trouve souvent de la vivianite Fe 3 (PO 4) 2 8H 2 O, formant des cristaux allongés noirs et des agrégats à rayonnement radial.

Les sulfures de fer sont également répandus dans la nature - pyrite FeS 2 (soufre ou pyrite de fer) et pyrrhotite. Ce ne sont pas du minerai de fer - la pyrite est utilisée pour produire de l'acide sulfurique, et la pyrrhotite contient souvent du nickel et du cobalt.

En termes de réserves de minerai de fer, la Russie se classe au premier rang mondial. La teneur en fer de l'eau de mer est de 1·10 −5 -1·10 −8 %.

Les autres minéraux de fer courants sont :

La sidérite - FeCO 3 - contient environ 35 % de fer. Il a une couleur blanc jaunâtre (avec une teinte grise ou brune en cas de contamination). La densité est de 3 g / cm³ et la dureté est de 3,5 à 4,5 sur l'échelle de Mohs.
Marcassite - FeS 2 - contient 46,6% de fer. Il se présente sous la forme de cristaux rhombiques bipyramidaux jaunes, comme le laiton, d'une densité de 4,6 à 4,9 g / cm³ et d'une dureté de 5 à 6 sur l'échelle de Mohs.
La lollingite - FeAs 2 - contient 27,2% de fer et se présente sous la forme de cristaux rhombiques bipyramidaux blanc argenté. La densité est de 7-7,4 g / cm³, la dureté est de 5-5,5 sur l'échelle de Mohs.
Mispikel - FeAsS - contient 34,3% de fer. Il se présente sous la forme de prismes monocliniques blancs d'une densité de 5,6 à 6,2 g / cm³ et d'une dureté de 5,5 à 6 sur l'échelle de Mohs.
La mélantérite - FeSO 4 7H 2 O - est moins commune dans la nature et est un cristal monoclinique vert (ou gris à cause des impuretés) à éclat vitreux, fragile. La densité est de 1,8-1,9 g / cm³.
Vivianite - Fe 3 (PO 4) 2 8H 2 O - se présente sous la forme de cristaux monocliniques bleu-gris ou gris-vert avec une densité de 2,95 g / cm³ et une dureté de 1,5-2 sur l'échelle de Mohs.

En plus des minéraux de fer ci-dessus, il y a, par exemple :

Principaux gisements

Selon l'US Geological Survey (estimation 2011), les réserves mondiales prouvées de minerai de fer sont d'environ 178 milliards de tonnes. Les principaux gisements de fer se trouvent au Brésil (1ère place), en Australie, aux États-Unis, au Canada, en Suède, au Venezuela, au Libéria, en Ukraine, en France et en Inde. En Russie, le fer est extrait de l'anomalie magnétique de Koursk (KMA), de la péninsule de Kola, de la Carélie et de la Sibérie. Récemment, les dépôts océaniques de fond ont acquis un rôle important, dans lequel le fer, ainsi que le manganèse et d'autres métaux précieux, se trouvent dans les nodules.

Reçu

Dans l'industrie, le fer est obtenu à partir de minerai de fer, principalement à partir d'hématite (Fe 2 O 3) et de magnétite (FeO Fe 2 O 3).

Il existe différentes manières d'extraire le fer des minerais. Le plus courant est le processus de domaine.

La première étape de production est la réduction du fer avec du carbone dans un haut fourneau à une température de 2000°C. Dans un haut fourneau, le carbone sous forme de coke, le minerai de fer sous forme d'aggloméré ou de boulettes et le flux (tel que le calcaire) sont introduits par le haut et sont rencontrés par un flux d'air chaud injecté par le bas.

Dans le four, le carbone sous forme de coke est oxydé en monoxyde de carbone. Cet oxyde se forme lors de la combustion en manque d'oxygène :

À son tour, le monoxyde de carbone récupère le fer du minerai. Pour accélérer cette réaction, du monoxyde de carbone chauffé est passé à travers de l'oxyde de fer (III):

L'oxyde de calcium se combine avec le dioxyde de silicium, formant un laitier - métasilicate de calcium :

Le laitier, contrairement au dioxyde de silicium, est fondu dans un four. Plus léger que le fer, le laitier flotte à la surface - cette propriété permet de séparer le laitier du métal. Le laitier peut ensuite être utilisé dans la construction et l'agriculture. La fonte de fonte obtenue dans un haut fourneau contient beaucoup de carbone (fonte). Sauf dans de tels cas, lorsque la fonte est utilisée directement, elle nécessite un traitement supplémentaire.

Le carbone en excès et les autres impuretés (soufre, phosphore) sont éliminés de la fonte par oxydation dans des fours à foyer ouvert ou dans des convertisseurs. Les fours électriques sont également utilisés pour fondre les aciers alliés.

En plus du processus de haut fourneau, le processus de production directe de fer est courant. Dans ce cas, le minerai pré-concassé est mélangé avec de l'argile spéciale pour former des boulettes. Les granulés sont torréfiés et traités dans un four à cuve avec des produits chauds de conversion du méthane contenant de l'hydrogène. L'hydrogène réduit facilement le fer :

tandis qu'il n'y a pas de contamination du fer par des impuretés telles que le soufre et le phosphore, qui sont des impuretés courantes dans le charbon. Le fer est obtenu sous forme solide, puis fondu dans des fours électriques.

Le fer chimiquement pur est obtenu par électrolyse de solutions de ses sels.

Propriétés physiques

Le fer est un métal moyennement réfractaire. Dans une série de potentiels d'électrode standard, le fer se tient devant l'hydrogène et réagit facilement avec les acides dilués. Ainsi, le fer fait partie des métaux d'activité moyenne.

Le point de fusion du fer est de 1539 °C, le point d'ébullition est de 2862 °C.

Propriétés chimiques

États d'oxydation caractéristiques

L'acide n'existe pas sous sa forme libre - seuls ses sels ont été obtenus.

Pour le fer, les états d'oxydation du fer sont caractéristiques - +2 et +3.

L'état d'oxydation +2 correspond à l'oxyde noir FeO et à l'hydroxyde vert Fe(OH) 2 . Ils sont basiques. Dans les sels, Fe (+2) est présent sous forme de cation. Fe (+2) est un réducteur faible.

Les degrés d'oxydation +3 correspondent à l'oxyde de Fe 2 O 3 rouge-brun et à l'hydroxyde de Fe(OH) 3 brun. Ils sont de nature amphotère, bien que leurs propriétés acides et basiques soient faiblement exprimées. Ainsi, les ions Fe 3+ sont complètement hydrolysés même en milieu acide. Fe (OH) 3 se dissout (et même alors pas complètement), uniquement dans les alcalis concentrés. Fe 2 O 3 ne réagit avec les alcalis que lorsqu'il est fusionné, donnant des ferrites (sels formels d'un acide qui n'existe pas sous forme libre d'acide HFeO 2) :

Le fer (+3) présente le plus souvent de faibles propriétés oxydantes.

Les états d'oxydation +2 et +3 passent facilement entre eux lorsque les conditions redox changent.

De plus, il existe de l'oxyde Fe 3 O 4 , l'état d'oxydation formel du fer dans lequel est +8/3. Cependant, cet oxyde peut également être considéré comme de la ferrite de fer (II) Fe +2 (Fe +3 O 2 ) 2 .

Il existe également un état d'oxydation de +6. L'oxyde et l'hydroxyde correspondants n'existent pas sous forme libre, mais des sels - ferrates (par exemple, K 2 FeO 4) ont été obtenus. Le fer (+6) s'y trouve sous forme d'anion. Les ferrates sont des oxydants puissants.

Propriétés d'une substance simple

Lorsqu'il est stocké à l'air à des températures allant jusqu'à 200 ° C, le fer est progressivement recouvert d'un film dense d'oxyde, ce qui empêche une nouvelle oxydation du métal. Dans l'air humide, le fer est recouvert d'une couche lâche de rouille, ce qui n'empêche pas l'accès de l'oxygène et de l'humidité au métal et sa destruction. La rouille n'a pas une composition chimique constante; approximativement sa formule chimique peut être écrite comme Fe 2 O 3 xH 2 O.

Composés de fer(II)

Parmi les sels de fer (II) en solutions aqueuses, le sel de Mohr est stable - sulfate double d'ammonium et de fer (II) (NH 4) 2 Fe (SO 4) 2 6H 2 O.

L'hexacyanoferrate de potassium (III) K 3 (sel de sang rouge) peut servir de réactif pour les ions Fe 2+ en solution. Lorsque les ions Fe 2+ et 3− interagissent, le bleu Turnbull précipite :

Pour la détermination quantitative du fer (II) en solution, on utilise la phénanthroline Phen, qui forme un complexe FePhen 3 rouge avec le fer (II) (absorption lumineuse maximale - 520 nm) dans une large gamme de pH (4-9).

Composés de fer(III)

Les composés de fer(III) en solution sont réduits par le fer métallique :

Le fer (III) est capable de former des sulfates doubles avec des cations de type alun à charge unique, par exemple, KFe (SO 4) 2 - alun de fer de potassium, (NH 4) Fe (SO 4) 2 - alun de fer et d'ammonium, etc.

Pour la détection qualitative des composés de fer(III) en solution, la réaction qualitative des ions Fe 3+ avec les ions thiocyanate SCN − est utilisée. Lorsque les ions Fe 3+ interagissent avec les anions SCN − , un mélange de complexes de thiocyanate de fer rouge vif 2+ , + , Fe(SCN) 3 , - se forme. La composition du mélange (et donc l'intensité de sa couleur) dépend de divers facteurs, de sorte que cette méthode n'est pas applicable pour la détermination qualitative précise du fer.

Un autre réactif de haute qualité pour les ions Fe 3+ est l'hexacyanoferrate de potassium (II) K 4 (sel de sang jaune). Lorsque les ions Fe 3+ et 4− interagissent, un précipité bleu vif de bleu de Prusse se forme :

Composés de fer(VI)

Les propriétés oxydantes des ferrates sont utilisées pour désinfecter l'eau.

Composés de fer VII et VIII

Il existe des rapports sur la préparation électrochimique de composés de fer (VIII). , , , cependant, il n'y a pas de travaux indépendants confirmant ces résultats.

Application

Minerai de fer

Le fer est l'un des métaux les plus utilisés, représentant jusqu'à 95 % de la production métallurgique mondiale.

Le fer est le composant principal des aciers et des fontes - les matériaux de structure les plus importants.
Le fer peut faire partie d'alliages à base d'autres métaux - par exemple, le nickel.
L'oxyde de fer magnétique (magnétite) est un matériau important dans la fabrication de dispositifs de mémoire informatique à long terme : disques durs, disquettes, etc.
La poudre de magnétite ultrafine est utilisée dans de nombreuses imprimantes laser noir et blanc mélangées à des granulés de polymère comme toner. Il utilise à la fois la couleur noire de la magnétite et sa capacité à adhérer à un rouleau de transfert aimanté.
Les propriétés ferromagnétiques uniques d'un certain nombre d'alliages à base de fer contribuent à leur utilisation généralisée en génie électrique pour les circuits magnétiques des transformateurs et des moteurs électriques.
Le chlorure de fer (III) (chlorure ferrique) est utilisé dans la pratique des radioamateurs pour graver les cartes de circuits imprimés.
Le sulfate ferreux (sulfate de fer) mélangé avec du sulfate de cuivre est utilisé pour contrôler les champignons nocifs dans le jardinage et la construction.
Le fer est utilisé comme anode dans les batteries fer-nickel, les batteries fer-air.
Les solutions aqueuses de chlorures de fer divalent et ferrique, ainsi que ses sulfates, sont utilisées comme coagulants dans la purification des eaux naturelles et usées dans le traitement des eaux des entreprises industrielles.

L'importance biologique du fer

Dans les organismes vivants, le fer est un oligo-élément important qui catalyse les processus d'échange d'oxygène (respiration). Le corps d'un adulte contient environ 3,5 grammes de fer (environ 0,02%), dont 78% sont le principal élément actif de l'hémoglobine sanguine, le reste fait partie des enzymes d'autres cellules, catalysant les processus de respiration dans les cellules. La carence en fer se manifeste par une maladie de l'organisme (chlorose chez les plantes et anémie chez les animaux).

Normalement, le fer pénètre dans les enzymes sous la forme d'un complexe appelé hème. En particulier, ce complexe est présent dans l'hémoglobine, la protéine la plus importante qui assure le transport de l'oxygène avec le sang vers tous les organes des humains et des animaux. Et c'est lui qui tache le sang d'une couleur rouge caractéristique.

Des complexes de fer autres que l'hème se trouvent, par exemple, dans l'enzyme méthane monooxygénase, qui oxyde le méthane en méthanol, dans l'importante enzyme ribonucléotide réductase, qui est impliquée dans la synthèse de l'ADN.

Des composés de fer inorganiques se trouvent dans certaines bactéries et sont parfois utilisés par celles-ci pour lier l'azote atmosphérique.

Le fer pénètre dans le corps des animaux et des humains avec de la nourriture (le foie, la viande, les œufs, les légumineuses, le pain, les céréales, les betteraves en sont les plus riches). Fait intéressant, une fois que les épinards ont été inclus par erreur dans cette liste (en raison d'une faute de frappe dans les résultats de l'analyse - le zéro "supplémentaire" après la virgule a été perdu).

Une dose excessive de fer (200 mg ou plus) peut être toxique. Une surdose de fer déprime le système antioxydant du corps, il n'est donc pas recommandé d'utiliser des préparations de fer pour les personnes en bonne santé.

Remarques

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Sources (vers la section Historique)

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Lomonossov M.V. Les premiers fondements de la métallurgie.

voir également

Catégorie : Composés de fer

Liens

Maladies causées par une carence et un excès de fer dans le corps humain

Système périodique des éléments chimiques de D. I. Mendeleïev




																						Fe

C'est l'un des éléments les plus communs de la croûte terrestre.

Propriétés physiques du fer.

Le fer- métal blanc argenté malléable à haute résistance chimique. Il tolère bien les températures élevées et l'humidité. Il se ternit (rouille) rapidement dans l'air et dans l'eau. Très plastique, cède bien au forgeage et au laminage. Il a une bonne conductivité thermique et électrique, un excellent ferromagnétique.

Propriétés chimiques du fer.

Le fer métal de transition. Il peut avoir un état d'oxydation de +2 et +3. Réagit avec la vapeur d'eau :

3 Fe + 4 H 2 O = Fe 3 O 4 + 4 H 2 .

Mais en présence d'humidité, le fer rouille :

4 Fe + 3 O 2 + 6 H 2 O = 4 Fe(Oh) 3 .

2 Fe + 3 CL 2 = 2 FeCl 3 .

Fe + H 2 ALORS 4 = FeSO 4 + H 2 .

Les acides concentrés passivent le fer à froid, mais se dissolvent à chaud :

2Fe + 6H 2 SO 4 \u003d Fe 2 (SO 4) 3 + 3SO 2 + 6H 2 O.

Hydroxyde de fer (II) obtenu par action d'un alcali sur des sels de fer (II) sans accès à l'oxygène :

F 2 SO 4 + 2NaOH \u003d Fe (OH) 2 + Na 2 SO 4.

Il se forme un précipité blanc qui s'oxyde rapidement à l'air :

4Fe(OH) 2 + O 2 + 2H 2 O = 4Fe(OH) 3 .

Cet hydroxyde est amphotère ; lorsqu'il est chauffé, il se dissout dans les alcalis avec formation d'hexahydroférate :

Fe(OH) 3 + 3KOH \u003d K 3.

Formes de fer deux sels de fer complexes:

sel sanguin jaune K 4 [ Fe(CN) 6 ];
sel de sang rouge K 3 [ Fe(CN) 6 ].

Ces composés sont qualitatifs pour le dosage des ions fer. Composé bleu de Prusse:

K 4 + Fe 2+ \u003d KFe III + 2K +.

L'utilisation du fer.

Le fer est un composant essentiel du processus de respiration. Il fait partie de l'hémoglobine du sang, est impliqué dans le transfert d'oxygène des poumons vers les tissus. Dans la nature, le fer entre dans la composition des minerais et des minéraux.

Obtention et propriétés chimiques du fer. Fer : sa structure et ses propriétés. Le début de l'histoire du fer

Poids atomique et moléculaire du fer

Allotropie et modifications allotropiques du fer

Isotopes du fer

ions de fer

Molécule et atome de fer

alliages de fer

Exemples de résolution de problèmes

Propriétés physiques

Méthodes d'obtention du fer

Propriétés chimiques

Types de corrosion

Protection contre la corrosion du fer

1. Interaction avec les halogènes et le soufre à haute température.

2. Interaction avec le phosphore, le carbone, le silicium (le fer ne se combine pas directement avec N 2 et H 2, mais les dissout).

3. Interaction avec des acides "non oxydants" (HCl, H 2 SO 4 dil.)

4. Interaction avec les acides "oxydants" (HNO 3 , H 2 SO 4 conc.)

5. Attitude envers les alcalis

6. Interaction avec des sels de métaux moins actifs

7. Interaction avec le monoxyde de carbone gazeux (t = 200°C, P)

Composés Fe(III)

Fe 2 O 3 - oxyde de fer (III).

Façons d'obtenir :

Propriétés chimiques

Fe (OH) 3 - hydroxyde de fer (III)

Façons d'obtenir :

Propriétés chimiques

Fe 3+ sels

Application

Histoire

origine du nom

isotopes

Géochimie du fer

Propriétés géochimiques du fer

minéraux de fer

Principaux gisements

Reçu

Propriétés physiques

Propriétés chimiques

États d'oxydation caractéristiques

Propriétés d'une substance simple

Composés de fer(II)

Composés de fer(III)

Composés de fer(VI)

Composés de fer VII et VIII

Application

L'importance biologique du fer

Remarques

Sources (vers la section Historique)

voir également

Liens

Propriétés physiques du fer.

Propriétés chimiques du fer.

L'utilisation du fer.

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