Fier

Proprietăți fizice

Fierul este un metal gri, argintiu. Este magnetic, deși diferiți alotropi ai fierului au calități magnetice diferite. Fierul se găsește, se extrage și se topește cu ușurință, motiv pentru care este atât de util. Fierul pur este moale și foarte maleabil.

Proprietăți chimice

Fierul este reactiv. Acesta reacționează cu majoritatea acizilor, cum ar fi acidul sulfuric. Acesta produce sulfat feros atunci când reacționează cu acidul sulfuric. Această reacție cu acidul sulfuric este utilizată pentru a curăța metalul.

Fierul reacționează cu aerul și apa pentru a produce rugină. Când rugina se desprinde, mai mult fier este expus, ceea ce permite ca și mai mult fier să ruginească. În cele din urmă, întreaga bucată de fier este ruginită. Alte metale, cum ar fi aluminiul, nu ruginesc. Fierul poate fi aliat cu crom pentru a obține oțel inoxidabil, care nu ruginește în majoritatea condițiilor.

Pulberea de fier poate reacționa cu sulful pentru a produce sulfură de fier(II), un solid dur și negru. De asemenea, fierul reacționează cu halogenii pentru a produce halogenuri de fier(III), cum ar fi clorura de fier(III). Fierul reacționează cu acizii hidrohalici pentru a produce halogenuri de fier(II), cum ar fi clorura de fier(II).

Compuși chimici

Fierul formează compuși chimici cu alte elemente. În mod normal, celălalt element oxidează fierul. Uneori sunt luați doi electroni, alteori trei. Compușii în care fierul are doi electroni luați se numesc compuși feroși. Compușii în care fierul are trei electroni luați se numesc compuși ferici. Compușii feroși au fierul în starea de oxidare +2. Compușii ferici au fierul în starea de oxidare +3. Compușii de fier pot fi negri, maro, galbeni, verzi sau purpurii.

Compușii feroși sunt agenți reducători slabi. Mulți dintre ei sunt de culoare verde sau albastră. Cel mai comun compus feros este sulfatul feros.

Compușii ferici sunt agenți oxidanți. Mulți dintre ei sunt de culoare maro. Cel mai comun compus feric este oxidul de fier, același lucru cu rugina. Unul dintre motivele pentru care fierul ruginește este că oxidul de fier este un agent oxidant. Acesta oxidează fierul, ruginindu-l chiar și sub vopsea. Acesta este motivul pentru care, dacă există o mică zgârietură în vopsea, întregul obiect poate rugini.

Compuși de fier(II)

Compușii în starea de oxidare +2 sunt agenți reducători slabi. În mod normal, aceștia sunt de culoare deschisă. Ei reacționează cu oxigenul din aer. Sunt cunoscuți și sub denumirea de compuși feros.

• Sulfură de fier(II), o substanță chimică strălucitoare care reacționează cu acizii pentru a elibera hidrogen sulfurat, care se găsește în sol
• Sulfatul de fier(II), o substanță chimică cristalină de culoare albastru-verzui obținută prin reacția acidului sulfuric cu oțelul, utilizată pentru a reduce otrăvurile precum cromul din beton.
• Clorură de fier(II), o substanță chimică cristalină de culoare verde pal, obținută prin reacția acidului clorhidric cu oțelul
• Hidroxidul de fier(II), o pulbere de culoare verde închisă obținută prin electroliza apei cu un anod de fier, reacționează cu oxigenul și devine maro.
• Oxid de fier(II), negru, inflamabil, rar

Stare de oxidare mixtă

Acești compuși sunt rari; doar unul singur este comun. Se găsesc în sol.

• Oxidul de fier(II,III), un mineral negru, utilizat ca minereu de fier, conține fier în starea de oxidare +2 și +3.

Compuși de fier(III)

Compușii în starea de oxidare +3 sunt în mod normal maro. Aceștia sunt agenți oxidanți. Sunt corozivi. Sunt cunoscuți și sub denumirea de compuși ferici.

• Oxid de fier(III), rugină, roșu-maroniu, se dizolvă în acid
• Clorura de fier(III), otrăvitoare și corozivă, se dizolvă în apă și produce o soluție acidă de culoare maro închis. Se obține prin reacția fierului cu acid clorhidric și un agent oxidant.
• Nitrat de fier(III), violet deschis, coroziv, utilizat în gravură
• Sulfat de fier(III), rar, maro deschis, se dizolvă în apă. Se obține prin reacția fierului cu acid sulfuric și un agent oxidant.

Există mult fier în univers, deoarece acesta este punctul final al reacțiilor nucleare din stelele mari. Este ultimul element produs înainte ca colapsul violent al unei supernove să împrăștie fierul în spațiu.

Metalul este ingredientul principal din miezul Pământului. În apropierea suprafeței se găsește sub formă de compus feros sau feric. Unii meteoriți conțin fier sub formă de minerale rare. În mod normal, fierul se găsește în sol sub formă de minereu de hematită, o mare parte din acesta fiind fabricat în timpul Marelui Eveniment de Oxigenare. Fierul poate fi extras din minereu într-un furnal. O parte din fier se găsește sub formă de magnetită.

Există compuși de fier în carne. Fierul este o parte esențială a hemoglobinei din globulele roșii din sânge.

Fierul este fabricat în fabrici mari, numite uzine de fier, prin reducerea hematitei cu carbon (cocs). Acest lucru se întâmplă în recipiente mari numite furnale înalte. Furnalul înalt este umplut cu minereu de fier, cocs și calcar. Un jet de aer foarte fierbinte este suflat înăuntru, unde provoacă arderea cocsului. Căldura extremă face ca carbonul să reacționeze cu minereul de fier, eliminând oxigenul din oxizii de fier și producând dioxid de carbon. Dioxidul de carbon este un gaz și părăsește amestecul. Alături de fier se mai găsește și nisip. Calcarul, care este alcătuit din carbonat de calciu, se transformă în oxid de calciu și dioxid de carbon atunci când calcarul este foarte fierbinte. Oxidul de calciu reacționează cu nisipul pentru a produce un lichid numit zgură. Zgura este drenată, lăsând doar fierul. Reacția va lăsa fier lichid pur în furnal, unde poate fi modelat și întărit după răcire. Aproape toate uzinele siderurgice fac astăzi parte din oțelării și aproape tot fierul este transformat în oțel.

Există multe moduri de a lucra fierul. Fierul poate fi întărit prin încălzirea unei bucăți de metal și prin aruncarea acesteia în apă rece. Poate fi înmuiat prin încălzirea lui și lăsarea lui să se răcească încet. De asemenea, poate fi ștanțat cu o presă grea. Poate fi tras în sârme. Poate fi laminat pentru a face tablă.

În Statele Unite, o mare parte din fier era extras din sol în Minnesota și apoi trimis cu vaporul în Indiana și Michigan, unde era transformat în oțel.

Ca metal

Fierul este utilizat mai mult decât orice alt metal. Este puternic și ieftin. Este folosit pentru a face clădiri, poduri, cuie, șuruburi, țevi, grinzi și turnuri.

Fierul nu este foarte reactiv, așa că este ușor și ieftin de extras din minereuri. Odată transformat în oțel, este foarte rezistent și este folosit pentru a consolida betonul.

Există diferite tipuri de fier. Fierul turnat este fierul fabricat prin metoda descrisă mai sus în articol. Este dur și fragil. Este folosit pentru a face lucruri precum capacele de scurgere a apelor pluviale, capacele de vizitare și blocurile de motor (partea principală a unui motor).

Oțelul este cea mai comună formă de fier. Oțelurile se prezintă sub mai multe forme. Oțelul moale este oțelul cu un procent scăzut de carbon. Este moale și ușor de îndoit, dar nu se fisurează ușor. Este folosit pentru cuie și sârme. Oțelul cu carbon este mai dur, dar mai fragil. Este folosit la unelte.

Există și alte tipuri de oțel. Oțelul inoxidabil, datorită conținutului de crom, este rezistent la rugină, iar aliajele de nichel-fier pot rămâne rezistente la temperaturi ridicate. Alte oțeluri pot fi foarte dure, în funcție de aliajele adăugate.

Fierul forjat este ușor de modelat și utilizat pentru a face garduri și lanțuri.

Fierul foarte pur este moale și poate rugini (oxida) cu ușurință. De asemenea, este destul de reactiv.

Ca și compuși

Compușii de fier sunt folosiți pentru mai multe lucruri. Clorura de fier(II) este utilizată pentru a face apa curată. Clorura de fier(III) este, de asemenea, utilizată. Sulfatul de fier(II) este utilizat pentru a reduce cromații din ciment. Unii compuși de fier sunt utilizați în vitamine.

Carența de fier este cea mai frecventă deficiență nutrițională din lume.

Organismul nostru are nevoie de fier pentru a ajuta oxigenul să ajungă la mușchi, deoarece acesta se află în centrul unor macromolecule esențiale din corpul nostru, cum ar fi hemoglobina, care îl face să funcționeze mai bine. Multe cereale au un adaos de fier (elementul metalic fier). Acesta este adăugat în cereale sub formă de mici pilituri metalice. Este chiar posibil să se vadă uneori aceste așchii luând un magnet extrem de puternic și introducându-l în cutie. Magnetul va atrage aceste bucăți de fier. Consumul acestor mici așchii de metal nu este dăunător pentru organismul nostru.

Fierul este cel mai disponibil pentru organism atunci când este adăugat la aminoacizi - fierul în această formă este de zece până la cincisprezece ori mai digerabil decât ca element. Fierul se găsește, de asemenea, în carne, de exemplu în friptură. Fierul furnizat de suplimentele alimentare se prezintă sub forma unei substanțe chimice, cum ar fi sulfatul de fier (II), care este ieftin și se absoarbe bine. Organismul nu va absorbi mai mult fier decât are nevoie și, de obicei, are nevoie de foarte puțin. Fierul din celulele roșii din sânge este reciclat de un sistem care descompune celulele vechi. Pierderea de sânge prin rănire sau infecție parazitară poate fi mai gravă.

Fierul este toxic atunci când sunt absorbite cantități mari în organism. Atunci când se iau prea multe pastile de fier, oamenii (în special copiii) se îmbolnăvesc. De asemenea, există o tulburare genetică care dăunează reglării nivelului de fier din organism.

Există substanțe chimice care se leagă de fier și pe care medicii le pot prescrie.

• Alotropi de fier
• Compuși de fier
• Epoca fierului