fier este un metal de tranziție care aparține grupului 8 sau VIIIB al tabelului periodic și este reprezentat de simbolul chimic Fe. Este un metal cenușiu, ductil, maleabil și foarte tenace, utilizat în numeroase aplicații de mare utilitate pentru bărbat și femeie..
Constituie 5% din scoarța terestră și este, de asemenea, al doilea cel mai abundent metal după aluminiu. De asemenea, abundența sa este depășită de oxigen și siliciu. Cu toate acestea, în ceea ce privește miezul pământului, 35% din acesta este compus din fier metalic și lichid.
În afara nucleului Pământului, fierul nu este sub formă metalică, deoarece este oxidat rapid atunci când este expus la aerul umed. Se află în roci bazaltice, sedimente carbonifere și în meteoriți; în general aliat cu nichel, ca și în mineralul kamacit.
Principalele minerale de fier utilizate pentru exploatare sunt următoarele: hematit (oxid feric, FeDouăSAU3), magnetit (oxid ferosferic, Fe3SAU4), limonit (hidroxid de oxid feros hidratat, [FeO (OH) · nHDouăO]) și siderit (carbonat de fier, FeCO3).
În medie, omul are un conținut de 4,5 g de fier, din care 65% este sub formă de hemoglobină. Această proteină intervine în transportul oxigenului în sânge și în distribuția acestuia către diferite țesuturi, pentru absorbția ulterioară de către mioglobină și neuroglobină.
În ciuda numeroaselor beneficii ale fierului pentru oameni, excesul de metal poate avea acțiuni toxice foarte grave, în special asupra ficatului, sistemului cardiovascular și pancreasului; acesta este cazul hemocromatoziei bolii ereditare.
Fierul este sinonim cu construcția, forța și războaiele. Pe de altă parte, datorită abundenței sale, este întotdeauna o alternativă de luat în considerare atunci când vine vorba de dezvoltarea de noi materiale, catalizatori, medicamente sau polimeri; și, în ciuda culorii roșii a ruginii sale, este un metal verde ecologic.
Indice articol
Fierul a fost procesat de milenii. Cu toate acestea, este dificil să găsești obiecte de fier din astfel de epoci antice datorită susceptibilității lor la coroziune, ceea ce determină distrugerea lor. Cele mai vechi obiecte de fier cunoscute au fost realizate din cele găsite în meteoriți.
Acesta este cazul unui fel de mărgele realizate în 3500 î.Hr., găsite în Gerzah, Egipt, și un pumnal găsit în mormântul lui Tutankhamon. Meteoriții de fier se caracterizează printr-un conținut ridicat de nichel, motiv pentru care a fost posibil să se identifice originea lor în aceste obiecte.
S-au găsit dovezi de fontă și în Asmar, Mesopotamia și bazarul Tail Chagar, în Siria, între 3000 și 2700 î.Hr. Deși topirea fierului a început în epoca bronzului, a durat secole până când a fost deplasat bronzul.
De asemenea, artefacte din fontă au fost găsite în India, între 1800 și 1200 î.Hr. iar în Levant, aproximativ 1500 î.Hr. Se crede că Epoca Fierului a început în anul 1000 î.Hr., când a fost redus costul producției sale.
Apare în China între 700 și 500 î.Hr., transportat probabil prin Asia Centrală. Primele obiecte de fier au fost găsite în Luhe Jiangsu, China.
Fierul forjat a fost produs în Europa prin utilizarea așa-numitelor forje de gală. Procesul a necesitat utilizarea cărbunelui ca combustibil.
Altele cuptoare medievale aveau o înălțime de 3,0 m, făcute din cărămizi ignifuge, iar aerul era furnizat de burduf manual. În 1709, Abraham Darby a înființat un furnal de cocs pentru a produce fier topit, înlocuind cărbunele..
Disponibilitatea fierului ieftin a fost unul dintre factorii care au dus la Revoluția Industrială. În această perioadă a început rafinarea fontei în fier forjat, care a fost utilizată pentru construirea de poduri, nave, depozite etc..
Oțelul folosește o concentrație mai mare de carbon decât fierul forjat. Oțelul a fost produs în Luristan, Persia, în 1000 î.Hr. În Revoluția Industrială, au fost concepute noi metode pentru a produce bare de fier fără carbon, care au fost ulterior folosite pentru a produce oțel.
La sfârșitul anilor 1850, Henry Bessemer a conceput suflarea aerului în fontă topită pentru a produce oțel blând, ceea ce a făcut producția de oțel mai economică. Acest lucru a dus la o scădere a producției de fier forjat..
Luciu metalic cu o nuanță cenușie.
55,845 u.
26
1.533 ºC
2.862 ºC
-Temperatura ambiantă: 7.874 g / mL.
-Punct de topire (lichid): 6,980 g / ml.
13,81 kJ / mol
340 kJ / mol
25,10 J / (mol K)
-Primul nivel de ionizare: 762,5 kJ / mol (Fe+ gazos)
-Al doilea nivel de ionizare: 1.561,9 kJ / mol (FeDouă+ gazos)
-Ionizare de nivelul trei: 2.957, kJ / mol (Fe3+ gazos)
1,83 pe scara Pauling
Empiric 126 pm
80,4 W / (m K)
96,1 Ω · m (la 20 ° C)
770 ° C, aproximativ. La această temperatură, fierul nu mai este feromagnetic..
Izotopi stabili: 54Fe, cu o abundență de 5,85%; 56Fe, cu o abundență de 91,75%; 57Fe, cu o abundență de 2,12%; Da 57Fe, cu o abundență de 0,28%. Fiind 56Fe este cel mai stabil și mai abundent izotop, nu este surprinzător faptul că greutatea atomică a fierului este foarte apropiată de 56 u.
În timp ce izotopii radioactivi sunt: 55Credinţă, 59Credința și 60Credinţă.
Fierul la temperatura camerei cristalizează în structura cubică centrată pe corp (bcc), cunoscută și sub denumirea de α-Fe sau ferită (în jargonul metalurgic). Deoarece poate adopta diferite structuri cristaline în funcție de temperatură și presiune, se spune că fierul este un metal alotrop.
Alotropul bcc este fierul obișnuit (feromagnetic), cel despre care oamenii știu atât de multe și sunt atrași de magneți. Când este încălzit la peste 771 ºC, devine paramagnetic și, deși cristalul său se extinde doar, această „nouă fază” a fost considerată anterior β-Fe. Celelalte alotrope de fier sunt, de asemenea, paramagnetice.
Între 910ºC și 1394ºC, fierul se găsește ca austenită sau alotrop γ-Fe, a cărui structură este cubică centrată pe față, fcc. Conversia dintre austenită și ferită are un impact major asupra siderurgiei; întrucât atomii de carbon sunt mai solubili în austenită decât în ferită.
Apoi, peste 1394 ºC până la punctul de topire (1538 ºC), fierul revine pentru a adopta structura bcc, δ-Fe; dar spre deosebire de ferită, acest alotrop este paramagnetic.
Prin creșterea presiunii la 10 GPa, la o temperatură de câteva sute de grade centigradi, alotropul α sau ferită evoluează către alotropul ε, epsilon, caracterizat prin cristalizarea într-o structură hexagonală compactă; adică cu cei mai compacti atomi de Fe. Aceasta este a patra formă alotropă de fier.
Unele studii teoretizează despre existența posibilă a alotropilor de fier sub astfel de presiuni, dar la temperaturi și mai ridicate.
Indiferent de alotropul de fier și de temperatura care îi „scutură” atomii de Fe sau de presiunea care îi compactează, aceștia interacționează între ei cu aceiași electroni de valență; acestea sunt, cele prezentate în configurația lor electronică:
[Ar] 3d6 4sDouă
Prin urmare, există opt electroni care participă la legătura metalică, indiferent dacă este slăbit sau întărit în timpul tranzițiilor alotropice. De asemenea, acești opt electroni sunt cei care definesc proprietățile fierului, cum ar fi conductivitatea sa termică sau electrică..
Cele mai importante (și comune) numere de oxidare ale fierului sunt +2 (FeDouă+) și +3 (Fe3+). De fapt, nomenclatura convențională are în vedere numai aceste două numere sau stări. Cu toate acestea, există compuși în care fierul poate câștiga sau pierde un alt număr de electroni; adică se presupune existența altor cationi.
De exemplu, fierul poate avea și un număr de oxidare de +1 (Fe+), +4 (Fe4+), +5 (Fe5+), +6 (Fe6+) și +7 (Fe7+). Specia anionică ferată, FeO4Două-, are fier cu un număr de oxidare de +6, deoarece cei patru atomi de oxigen l-au oxidat la o asemenea extremă.
La fel, fierul poate avea numere de oxidare negative; precum: -4 (Fe4-), -2 (FeDouă-) și -1 (Fe-). Cu toate acestea, compușii cu centre de fier cu aceste câștiguri de electroni sunt foarte rare. De aceea, deși depășește manganul în această privință, acesta din urmă formează compuși mult mai stabili cu gama sa de stări de oxidare..
Rezultatul, în scopuri practice, ia în considerare doar FeDouă+ o Credință3+; ceilalți cationi sunt rezervați pentru ioni sau compuși oarecum specifici.
Este necesar să se procedeze la localizarea minereurilor celor mai potrivite minerale pentru exploatarea fierului. Mineralele cele mai utilizate pentru obținerea acestuia sunt următoarele: hematit (FeDouăSAU3), magnetită (Fe3SAU4) limonit (FeO · OH · nHDouăO) și siderit (FeCO3).
Apoi, primul pas în extracție este colectarea rocilor cu minereurile de minereu de fier. Aceste roci sunt zdrobite pentru a le sparge în bucăți mici. Ulterior, există o fază de selecție a fragmentelor de rocă cu minereu de fier.
În selecție sunt urmate două strategii: utilizarea unui câmp magnetic și sedimentarea în apă. Fragmentele de rocă sunt supuse unui câmp magnetic și fragmentele minerale sunt orientate în el, putând fi astfel separate.
În cea de-a doua metodă, fragmentele stâncoase sunt aruncate în apă și cele care conțin fier, deoarece sunt mai grele, se așează la fundul apei, lăsând ganga în partea superioară a acesteia, deoarece este mai ușoară.
Minereurile de fier sunt transportate la furnalele unde sunt aruncate împreună cu cărbune de cocsificare care are rolul de furnizor de combustibil și carbon. În plus, se adaugă calcar sau calcar, care îndeplinește funcția de flux.
În furnal, cu amestecul anterior, se injectează aer fierbinte la o temperatură de 1.000 ° C. Fierul este topit prin arderea cărbunelui care aduce temperatura la 1.800 ºC. Odată lichid, se numește fontă brută, care se acumulează la baza cuptorului..
Fierul brut este scos din cuptor și turnat în containere pentru a fi transportat la o nouă turnătorie; în timp ce zgura, o impuritate situată la suprafața fontei, este aruncată.
Fierul brut este turnat prin folosirea oalei într-un cuptor convertizor, împreună cu calcarul ca flux și oxigenul este introdus la temperaturi ridicate. Astfel, conținutul de carbon este redus, rafinând fonta pentru a-l transforma în oțel.
Ulterior, oțelul este trecut prin cuptoare electrice pentru producerea oțelurilor speciale.
Deoarece este un metal cu un cost de producție scăzut, maleabil, ductil și rezistent la coroziune, a fost transformat în cel mai util metal pentru om, sub diferitele sale forme: forjat, turnat și oțel de diferite tipuri.
Fierul este utilizat pentru construirea:
-Poduri
-Baze pentru clădiri
-Uși și ferestre
-Corpul navei
-Diferite instrumente
-Țevi pentru apă potabilă
-Țevi pentru colectarea apelor uzate
-Mobila de gradina
-Baruri pentru securitate la domiciliu
Este, de asemenea, utilizat în producția de ustensile de uz casnic, cum ar fi vase, tigăi, cuțite, furci. În plus, este utilizat la fabricarea frigiderelor, sobelor, mașinilor de spălat, mașinilor de spălat vase, blenderelor, cuptoarelor, prăjitorilor de pâine.
Pe scurt, fierul este prezent în toate obiectele care înconjoară omul.
Fierul metalic poate fi preparat și ca nanoparticule, care sunt foarte reactive și păstrează proprietățile magnetice ale solidului macroscopic..
Aceste sfere de Fe (și multiplele lor morfologii suplimentare) sunt utilizate pentru purificarea apelor compușilor organoclorurați și ca purtători de medicamente direcționați către regiunile selectate ale corpului prin aplicarea unui câmp magnetic..
De asemenea, pot servi drept suport catalitic în reacții în care legăturile de carbon sunt rupte, C-C.
Oxidul feros, FeO, este utilizat ca pigment pentru cristale. Oxid feric, FeDouăSAU3, Este baza pentru o serie de pigmenți variind de la galben la roșu, cunoscut sub numele de roșu venețian. Forma roșie, numită rouge, este folosită pentru lustruirea metalelor prețioase și a diamantelor.
Oxid ferro-feric, Fe3SAU4, Este utilizat în ferite, substanțe cu accesibilitate magnetică ridicată și rezistivitate electrică, utilizabile în anumite memorii de calculator și în acoperirea benzilor magnetice. De asemenea, a fost folosit ca pigment și agent de lustruire.
Heptahidrat de sulfat feros, FeSO47HDouăSau, este cea mai comună formă de sulfat feros, cunoscut sub numele de vitriol verde sau copper. Este utilizat ca agent de reducere și la fabricarea cernelurilor, îngrășămintelor și pesticidelor. De asemenea, își găsește utilizarea în galvanizarea fierului..
Sulfat feric, FeDouă(SW4)3, Se folosește pentru obținerea alumului de fier și a altor compuși ferici. Servește ca coagulant în purificarea apelor uzate și ca mordant în vopsirea textilelor.
Clorură feroasă, FeClDouă, Este folosit ca agent mordant și reducător. Între timp, clorura ferică, FeCl3, Este utilizat ca agent de clorurare pentru metale (argint și cupru) și pentru unii compuși organici.
Tratamentul cu Fe3+ cu ionul hexocianoferat [Fe (CN)6]-4 produce un precipitat albastru, numit albastru prusian, utilizat în vopsele și lacuri.
În general, se recomandă un aport de fier de 18 mg / zi. Printre alimentele care îl furnizează în dieta zilnică se numără următoarele:
Cochilii furnizează fier sub formă de hem, deci nu există inhibiții în absorbția intestinală a acestuia. Scoica oferă până la 28 mg de fier la 100 g din acesta; prin urmare, această cantitate de scoică ar fi suficientă pentru a furniza necesarul zilnic de fier.
Spanacul conține 3,6 mg de fier la 100 g. Carnea de vită, de exemplu, ficatul de vițel, conține 6,5 mg de fier la 100 g. Este probabil ca contribuția mezelurilor să fie ceva mai mare. Cârnații de sânge constau în porțiuni din intestinul subțire, umplute cu sânge de vită.
Leguminoasele, cum ar fi linte, conțin 6,6 mg de fier la 198 g. Carnea roșie conține 2,7 mg de fier la 100 g. Semințele de dovleac conțin 4,2 mg la 28 g. Quinoa conține 2,8 mg de fier la 185 g. Carnea neagră a curcanului conține 2,3 mg la 100 g. Broccoli conține 2,3 mg pe 156 mg.
Tofu conține 3,6 mg pe 126 g. Între timp, ciocolata neagră conține 3,3 mg pe 28 g.
Funcțiile pe care fierul le îndeplinește, în special la ființele vii vertebrate, sunt nenumărate. Se estimează că mai mult de 300 de enzime necesită fier pentru funcționarea lor. Printre enzimele și proteinele care îl utilizează, se numesc următoarele:
-Proteine care au grupa hemului și nu au activitate enzimatică: hemoglobină, mioglobină și neuroglobină.
-Enzime cu grupul hem implicat în transportul electronilor: citocromii a, b și f și activitatea citocrom oxidazelor și / sau oxidazei; sulfit oxidază, citocrom P450 oxidază, mieloperoxidază, peroxidază, catalază etc..
-Proteine care conțin fier-sulf, legate de activitățile oxreductazei, implicate în producerea de energie: succinat dehidrogenază, izocitrat dehidrogenază și aconitază sau enzime implicate în replicarea și repararea ADN: ADN-polimerază și ADN-heliclas.
-Enzime non-hemice care folosesc fierul ca cofactor pentru activitatea lor catalitică: fenilalanină hidrolază, tirozin hidrolază, triptofan hidrolază și lizin hidrolază.
-Proteine non-hemice responsabile de transportul și depozitarea fierului: feritină, transferină, haptoglobină etc..
Riscurile unei expuneri la excesul de fier pot fi acute sau cronice. O cauză a otrăvirii acute cu fier poate fi aportul excesiv de tablete de fier, sub formă de gluconat, fumarat etc..
Fierul poate provoca iritarea mucoasei intestinale, al cărei disconfort apare imediat după ingestie și dispare după 6 până la 12 ore. Fierul absorbit este depus în diferite organe. Această acumulare poate provoca tulburări metabolice..
Dacă cantitatea de fier ingerată este toxică, aceasta poate provoca perforații intestinale cu peritonită.
În sistemul cardiovascular, produce hipovolemie care poate fi cauzată de sângerări gastrointestinale și eliberarea de către fier a substanțelor vasoactive, precum serotonina și histamina. În cele din urmă poate apărea necroză masivă a ficatului și insuficiență hepatică.
Hemocromatozia este o boală ereditară care prezintă o modificare a mecanismului de reglare a fierului din organism, care se manifestă printr-o creștere a concentrației sanguine de fier și a acumulării acestuia în diferite organe; inclusiv ficatul, inima și pancreasul.
Simptomele inițiale ale bolii sunt următoarele: dureri articulare, dureri abdominale, oboseală și slăbiciune. Cu următoarele simptome și semne ulterioare ale bolii: diabet, pierderea dorinței sexuale, impotență, insuficiență cardiacă și insuficiență hepatică.
Hemosideroza se caracterizează, după cum sugerează și numele său, prin acumularea de hemosiderină în țesuturi. Acest lucru nu provoacă leziuni tisulare, dar poate evolua până la daune similare cu cele observate în hemocromatoză.
Hemosideroza poate fi cauzată de următoarele cauze: absorbția crescută a fierului din dietă, anemia hemolitică care eliberează fierul din celulele roșii din sânge și transfuziile excesive de sânge.
Hemosideroza și hemocromatoza s-ar putea datora unei funcționări inadecvate a hormonului hepcidin, un hormon secretat de ficat care este implicat în reglarea fierului din corp..
Nimeni nu a comentat acest articol încă.