fieră

Fier (lat. Ferrum) este un element chimic din Tabelul periodic al elementelor, care are simbolul Fe și numărul atomic 26. Fierul este destul de moale, argintiu metal. Se numără printre elementele de tranziție. Din punct de vedere chimic este destul de reactiv, reacționează cu acizii cu eliberarea hidrogenului. Sub acțiunea umidității atmosferice și a oxigenului se oxidează cu formarea unei amestecuri de oxizi și hidroxizi de fier, numiți rusină. Acest proces este un mare problem pentru industrie, deoarece fierul este unul dintre cele mai utilizate metale. Ca protecție se folosesc diferite vopsele, pasivizarea prin acțiunea acidului fosforic (formarea unui strat solid de fosfați), galvanizarea, etc.

Compuși

Gradul de oxidare cel mai frecvent întâlnit în compușii de fier este +2 și +3. Printre compuși se numără în special oxidul de fier (II) (FeO), oxidul de fier (III) (Fe₂O₃), și dublu oxidul de fier (II, III) (Fe₃O₄). Se folosesc în special pentru producerea fierului pur.

Fierul ca element de tranziție formează o cantitate mare de complexe, în care cel mai frecvent apare în numere de coordinație 4 și 6. Complexele de fier sunt destul de stabile. Printre cele mai cunoscute menționăm hexacianoferatul de potasiu (sarea galbenă a sângelui) K₄[Fe (CN)₆], hexacianoferatul (III) de potasiu (sarea roșie a sângelui) K₃[Fe (CN)₆] – folosit în chimia analitică, și pentacarbonilul de fier Fe (CO)₅, folosit pentru prepararea în laborator a fierului pur.

Alte compuși folosiți sunt sulfatul de fier (II) (FeSO₄), clorura de fier (III) (FeCl₃).

Se cunosc și gradele de oxidare +4, +5, +6 (K₂FeO₄). Acești compuși sunt oxidanți foarte puternici.

Găsire

Fierul este unul dintre cele mai răspândite elemente în corpul terestru (5 hm. %). Distribuția sa însă nu este uniformă, spre măsură ce ne apropiem de nucleu conținutul său crește, nucleul însuși fiind format dintr-o aliajă de nichel și fier în proporția ~85 % Fe: ~6 % Ni. În natură fierul se găsește în diferite, cel mai frecvent în roci mafice pietre – bazalt și minereale – piroxeni, amfiboli, olivin. Compușii minerali minereale de fier, din care se produce industrial fierul sunt: hematit, limonit, în magnetit, siderit^[1]. Mulți alți minerali conțin și fier, dar extracția acestuia din ei nu este rentabilă sau consumă multă energie, de exemplu pirita. Cele mai importante rezerve de minereale de fier din lume sunt numite formății bătătorite de fier.

Găsirea fierului pur este rară (unele găști în Groenlanda și Suedia). Se găsește și în așa-numitele meteorite, sub forma de aliaje cu nichelul.

Producție

Pentru mai multe informații consultați articolul principal: fier brut

Pile de minereu de fier.

Fierul este cunoscut de la vechi (epoca Hallstatt și epoca latenă), producția sa industrială mai mare a început abia în secolul al XVIII-lea. Pentru producție se folosesc minerealele menționate mai sus (hematit, magnetit, siderit, limonit).

Producția se bazează pe reacții redox cu oxidul de carbon, respectiv carbon în așa-numitele cuptoare cu arc. În cuptor se adaugă minerealele prelucrate, cărbune și calcar, eventual oxid de siliciu. Temperatura în cuptor este de aproximativ 1 800 °C și au loc mai multe procese:

arderea cărbunelui cu formarea dioxidului de carbon, sau carbon monoxid

C + O₂ → CO₂

2C + O₂ → 2CO

reducerea fierului cu oxid de carbon monoxid

3 CO + Fe₂O₃ → 2 Fe + 3 CO₂

sau cu carbon

3 C + Fe₂O₃ → 2 Fe + 3 CO

formarea tufei (protecția fierului lichid împotriva oxidării inverse)

CaO + SiO₂ → CaSiO₃

Întregul proces decurge neîntrerupt, în partea superioară se adaugă minereul, cărbunele, adaosuri pentru formarea tufei și în partea inferioară se evacuează periodic fierul lichid (evacuarea fierului).

Pyritul nu se folosește ca materie primă pentru producerea fierului, deoarece conține sulf, care formează sulfuri nedorite.

Utilizare

Fierul este cel mai utilizat metal. Fierul brut conține în afară de carbon și diferite impurități, deci nu are proprietățile necesare pentru utilizare directă. Prin prelucrarea lui se obțin diferite tipuri de fontă. Fonta este destul de dură, dar fragilă, cu mici șanse de prelucrare suplimentară. Are însă foarte bune proprietăți de turnare. De aceea se folosește pentru produse, unde nu este cerută o mare precizie de prelucrare și care pot fi produse prin turnare (de exemplu, capaci de șanțuri, radiatoare). Există însă și tipuri de fontă cu proprietăți modificate.

Prin eliminarea carbonului din fierul brut se obține oțel, care este mult mai ușor de prelucrat, este forjabil, flexibil. Prin adăugarea altor metale (mangan, crom, vanadiu, wolfram, cobalt și altele) se modifică diferitele proprietăți mecanice ale oțelului (rezistența, duritatea, rezistența chimică și multe altele). Ne întâlnim cu oțelul în viața de zi cu zi (transport, industrie, mașini, construcții).

Pentru mai multe informații despre utilizarea fierului consultați categoriile Fontă și Oțel

Semnificație biologică

Fierul este un element biogen important. Ca atom central al complexului organometalic heme, incorporat în proteina hemoglobina joacă un rol important în organismele animale cu sânge cald în transportul oxigenului din plămâni către celule.

Hemoglobina este legată în eritrocite. Oxigenul este legat de hemoglobină prin legătura coordonată. Problema apare, dacă în plămâni ajunge ligandul cu o energie de legare mai mare (monoxidul de carbon), care împinge oxigenul și duce la blocarea transportului acestuia.

Sursa principală de fier în alimentație sunt organele interne (ficat, inimă) și carnea, dar și leguminoasele și verdeața.