Le fer est un élément chimique bien connu. Il fait partie des métaux à réactivité moyenne. Nous examinerons les propriétés et l'utilisation du fer dans cet article.
Prévalence dans la nature
Il existe un assez grand nombre de minéraux contenant du fer. Tout d'abord, c'est de la magnétite. C'est soixante-douze pour cent de fer. Sa formule chimique est Fe3O4. Ce minéral est aussi appelé minerai de fer magnétique. Il a une couleur gris clair, parfois avec du gris foncé, jusqu'au noir, avec un éclat métallique. Son plus grand gisement parmi les pays de la CEI est situé dans l'Oural.
Le prochain minéral à haute teneur en fer est l'hématite - elle est composée à soixante-dix pour cent de cet élément. Sa formule chimique est Fe2O3. On l'appelle aussi minerai de fer rouge. Il a une couleur allant du rouge-brun au rouge-gris. Le plus grand gisement sur le territoire des pays de la CEI est situé à Krivoy Rog.
Le troisième minéral en termes de teneur en fer est la limonite. Ici, le fer représente soixante pour cent de la masse totale. C'est un hydrate cristallin, c'est-à-dire que des molécules d'eau sont tissées dans son réseau cristallin,sa formule chimique est Fe2O3•H2O. Comme son nom l'indique, ce minéral a une couleur jaune-brunâtre, parfois brune. C'est l'un des principaux composants de l'ocre naturelle et il est utilisé comme pigment. On l'appelle aussi pierre de fer brune. Les occurrences les plus importantes sont la Crimée, l'Oural.
Dans la sidérite, le soi-disant minerai de fer spath, quarante-huit pour cent de fer. Sa formule chimique est FeCO3. Sa structure est hétérogène et se compose de cristaux de différentes couleurs reliés entre eux: gris, vert pâle, gris-jaune, brun-jaune, etc.
Le dernier minéral naturel à forte teneur en fer est la pyrite. Il a la formule chimique suivante: FeS2. Le fer qu'il contient représente quarante-six pour cent de la masse totale. En raison des atomes de soufre, ce minéral a une couleur jaune doré.
Beaucoup des minéraux considérés sont utilisés pour obtenir du fer pur. De plus, l'hématite est utilisée dans la fabrication de bijoux à partir de pierres naturelles. Des inclusions de pyrite peuvent être trouvées dans les bijoux en lapis-lazuli. De plus, le fer se trouve dans la nature dans la composition des organismes vivants - c'est l'un des composants les plus importants de la cellule. Cet oligo-élément doit être apporté au corps humain en quantité suffisante. Les propriétés curatives du fer sont en grande partie dues au fait que cet élément chimique est à la base de l'hémoglobine. Par conséquent, l'utilisation de ferrum a un bon effet sur l'état du sang, et donc sur l'ensemble de l'organisme dans son ensemble.
Fer: propriétés physiques et chimiques
Considérons ces deux grandes sections dans l'ordre. Les propriétés physiques du fer sont son apparence, sa densité, son point de fusion, etc. C'est-à-dire toutes les caractéristiques distinctives d'une substance associées à la physique. Les propriétés chimiques du fer sont sa capacité à réagir avec d'autres composés. Commençons par le premier.
Propriétés physiques du fer
Dans sa forme pure dans des conditions normales, c'est un solide. Il a une couleur gris argenté et un éclat métallique prononcé. Les propriétés mécaniques du fer comprennent le niveau de dureté sur l'échelle de Mohs. Il est égal à quatre (moyen). Le fer a une bonne conductivité électrique et thermique. La dernière caractéristique peut être ressentie en touchant un objet en fer dans une chambre froide. Parce que ce matériau conduit rapidement la chaleur, il absorbe la majeure partie de la chaleur de votre peau en peu de temps, ce qui vous donne une sensation de froid.
En touchant, par exemple, un arbre, on peut constater que sa conductivité thermique est beaucoup plus faible. Les propriétés physiques du fer sont ses points de fusion et d'ébullition. Le premier est de 1539 degrés Celsius, le second est de 2860 degrés Celsius. On peut en conclure que les propriétés caractéristiques du fer sont une bonne ductilité et fusibilité. Mais ce n'est pas tout.
En outre, les propriétés physiques du fer incluent son ferromagnétisme. Ce que c'est? Le fer, dont nous pouvons observer quotidiennement les propriétés magnétiques dans des exemples pratiques, est le seul métal qui possède une telletrait distinctif unique. Ceci est dû au fait que ce matériau est capable d'être magnétisé sous l'influence d'un champ magnétique. Et après la fin de l'action de ce dernier, le fer, dont les propriétés magnétiques viennent de se former, reste longtemps un aimant. Ce phénomène peut s'expliquer par le fait que dans la structure de ce métal il y a beaucoup d'électrons libres capables de se déplacer.
Du point de vue de la chimie
Cet élément appartient aux métaux d'activité moyenne. Mais les propriétés chimiques du fer sont typiques de tous les autres métaux (sauf ceux qui se trouvent à droite de l'hydrogène dans la série électrochimique). Il est capable de réagir avec de nombreuses classes de substances.
Démarrer simple
Le ferrum interagit avec l'oxygène, l'azote, les halogènes (iode, brome, chlore, fluor), le phosphore, le carbone. La première chose à considérer est les réactions avec l'oxygène. Lorsque le ferrum est brûlé, ses oxydes se forment. Selon les conditions de la réaction et les proportions entre les deux participants, elles peuvent être variées. Comme exemple de telles interactions, les équations de réaction suivantes peuvent être données: 2Fe + O2=2FeO; 4Fe + 3O2=2Fe2O3; 3Fe + 2O2=Fe3O4. Et les propriétés de l'oxyde de fer (à la fois physiques et chimiques) peuvent varier en fonction de sa variété. Ces types de réactions se produisent à des températures élevées.
Next - interaction avec l'azote. Cela ne peut aussi arriver quesujet à échauffement. Si nous prenons six moles de fer et une mole d'azote, nous obtenons deux moles de nitrure de fer. L'équation de réaction ressemblera à ceci: 6Fe + N2=2Fe3N.
Lorsqu'il interagit avec le phosphore, un phosphure se forme. Pour mener à bien la réaction, les composants suivants sont nécessaires: pour trois moles de ferrum - une mole de phosphore, une mole de phosphure se forme. L'équation peut être écrite comme suit: 3Fe + P=Fe3P.
De plus, parmi les réactions avec des substances simples, on peut également distinguer l'interaction avec le soufre. Dans ce cas, du sulfure peut être obtenu. Le principe selon lequel se produit le processus de formation de cette substance est similaire à ceux décrits ci-dessus. A savoir, une réaction d'addition se produit. Toutes les interactions chimiques de ce type nécessitent des conditions particulières, principalement des températures élevées, moins souvent des catalyseurs.
Les réactions entre le fer et les halogènes sont également courantes dans l'industrie chimique. Ce sont la chloration, la bromation, l'iodation, la fluoration. Comme il ressort clairement des noms des réactions elles-mêmes, il s'agit du processus d'ajout d'atomes de chlore / brome / iode / fluor à des atomes de fer pour former respectivement du chlorure / bromure / iodure / fluorure. Ces substances sont largement utilisées dans diverses industries. De plus, le fer est capable de se combiner avec le silicium à des températures élevées. En raison de ses diverses propriétés chimiques, le fer est souvent utilisé dans l'industrie chimique.
Ferrum et substances complexes
Des substances simples, passons à celles dont les molécules sont constituées de deux ou plusieursdivers éléments chimiques. La première chose à mentionner est la réaction du ferrum avec l'eau. Voici les principales propriétés du fer. Lorsque l'eau est chauffée avec du fer, un oxyde basique se forme (on l'appelle ainsi parce qu'en interagissant avec la même eau, il forme un hydroxyde, en d'autres termes, une base). Ainsi, si vous prenez une mole des deux composants, des substances telles que le dioxyde de fer et l'hydrogène se forment sous la forme d'un gaz à l'odeur âcre - également dans des proportions molaires de un pour un. L'équation de ce type de réaction peut être écrite comme suit: Fe + H2O=FeO + H2. Selon les proportions dans lesquelles ces deux composants sont mélangés, on peut obtenir du di- ou du trioxyde de fer. Ces deux substances sont très courantes dans l'industrie chimique et sont également utilisées dans de nombreuses autres industries.
Avec des acides et des sels
Étant donné que le fer est situé à gauche de l'hydrogène dans la série électrochimique d'activité des métaux, il est capable de déplacer cet élément des composés. Un exemple de ceci est la réaction de substitution qui peut être observée lorsque du fer est ajouté à un acide. Par exemple, si vous mélangez du fer et de l'acide sulfaté (alias acide sulfurique) de concentration moyenne dans les mêmes proportions molaires, le résultat sera du sulfate ferreux (II) et de l'hydrogène dans les mêmes proportions molaires. L'équation pour une telle réaction ressemblerait à ceci: Fe + H2SO4=FeSO4 + H 2.
Lors de l'interaction avec des sels, les propriétés réductrices du fer apparaissent. C'est-à-dire qu'avec l'aide de celui-ci, un métal moins actif peut être isolé du sel. Par exemple, siprenez une mole de sulfate de cuivre et la même quantité de fer, vous pouvez alors obtenir du sulfate de fer (II) et du cuivre pur dans les mêmes proportions molaires.
Valeur pour le corps
L'un des éléments chimiques les plus courants de la croûte terrestre est le fer. Nous avons déjà considéré les propriétés de la matière, nous allons maintenant l'aborder d'un point de vue biologique. Ferrum remplit des fonctions très importantes tant au niveau cellulaire qu'au niveau de l'organisme entier. Tout d'abord, le fer est la base d'une protéine telle que l'hémoglobine. Il est nécessaire au transport de l'oxygène dans le sang des poumons à tous les tissus, organes, à chaque cellule du corps, principalement aux neurones du cerveau. Par conséquent, les propriétés bénéfiques du fer ne peuvent pas être surestimées.
En plus du fait qu'il affecte la formation du sang, le ferrum est également important pour le bon fonctionnement de la glande thyroïde (cela ne nécessite pas seulement de l'iode, comme certains le pensent). Le fer participe également au métabolisme intracellulaire, régule l'immunité. Le ferrum se trouve également en quantités particulièrement importantes dans les cellules hépatiques, car il aide à neutraliser les substances nocives. C'est également l'un des principaux composants de nombreux types d'enzymes dans notre corps. L'alimentation quotidienne d'une personne doit contenir de dix à vingt milligrammes de cet oligo-élément.
Aliments riches en fer
Il y en a beaucoup. Ils sont à la fois d'origine végétale et animale. Les premiers sont les céréales, les légumineuses, les céréales (surtout le sarrasin), les pommes, les champignons (cèpes), les fruits secs, les églantines, les poires, les pêches,avocat, citrouille, amandes, dattes, tomates, brocoli, chou, myrtilles, mûres, céleri, etc. Le second - foie, viande. L'utilisation d'aliments riches en fer est particulièrement importante pendant la grossesse, car le corps du fœtus en développement a besoin d'une grande quantité de cet oligo-élément pour une croissance et un développement corrects.
Signes de carence en fer
Les symptômes d'une trop faible pénétration de ferrum dans l'organisme sont la fatigue, le gel constant des mains et des pieds, la dépression, les cheveux et les ongles cassants, une diminution de l'activité intellectuelle, des troubles digestifs, de faibles performances et des troubles de la thyroïde. Si vous remarquez plus d'un de ces symptômes, vous pouvez augmenter la quantité d'aliments riches en fer dans votre alimentation ou acheter des vitamines ou des suppléments contenant du fer. Assurez-vous également de consulter un médecin si vous ressentez trop fortement l'un de ces symptômes.
Utilisation du fer dans l'industrie
Les utilisations et les propriétés du fer sont étroitement liées. En raison de son ferromagnétisme, il est utilisé pour fabriquer des aimants - à la fois plus faibles à des fins domestiques (aimants de réfrigérateur de souvenirs, etc.) et plus forts - à des fins industrielles. En raison du fait que le métal en question a une résistance et une dureté élevées, il est utilisé depuis l'Antiquité pour la fabrication d'armes, d'armures et d'autres outils militaires et ménagers. Soit dit en passant, même dans l'Égypte ancienne, le fer de météorite était connu, les propriétésqui sont supérieurs à ceux du métal ordinaire. En outre, un tel fer spécial était utilisé dans la Rome antique. Ils en ont fait des armes d'élite. Seule une personne très riche et noble pourrait avoir un bouclier ou une épée en métal de météorite.
En général, le métal que nous considérons dans cet article est le plus polyvalent utilisé parmi toutes les substances de ce groupe. Tout d'abord, on en fabrique de l'acier et de la fonte, qui sont utilisés pour fabriquer toutes sortes de produits nécessaires à la fois dans l'industrie et dans la vie quotidienne.
La fonte est un alliage de fer et de carbone, dans lequel le second est présent de 1,7 à 4,5 %. Si la seconde est inférieure à 1,7 %, ce type d'alliage est appelé acier. S'il y a environ 0,02% de carbone dans la composition, il s'agit déjà de fer technique ordinaire. La présence de carbone dans l'alliage est nécessaire pour lui donner une plus grande résistance, résistance à la chaleur et résistance à la rouille.
De plus, l'acier peut contenir de nombreux autres éléments chimiques sous forme d'impuretés. Il s'agit de manganèse, de phosphore et de silicium. Aussi, du chrome, du nickel, du molybdène, du tungstène et bien d'autres éléments chimiques peuvent être ajoutés à ce genre d'alliage pour lui donner certaines qualités. Les types d'acier dans lesquels une grande quantité de silicium est présente (environ quatre pour cent) sont utilisés comme aciers de transformateur. Ceux contenant beaucoup de manganèse (jusqu'à douze ou quatorze pour cent) trouvent leur application dans la fabrication de pièceschemins de fer, moulins, concasseurs et autres outils qui s'usent rapidement.
Le molybdène est introduit dans la composition de l'alliage pour le rendre plus stable thermiquement - ces aciers sont utilisés comme aciers à outils. De plus, pour obtenir des aciers inoxydables bien connus et couramment utilisés sous forme de couteaux et autres outils ménagers, il est nécessaire d'ajouter du chrome, du nickel et du titane à l'alliage. Et pour obtenir un acier ductile à haute résistance et résistant aux chocs, il suffit d'y ajouter du vanadium. Lorsqu'il est introduit dans la composition du niobium, il est possible d'obtenir une résistance élevée à la corrosion et aux effets des substances chimiquement agressives.
La magnétite minérale, mentionnée au début de l'article, est nécessaire à la fabrication de disques durs, de cartes mémoire et d'autres appareils de ce type. En raison de ses propriétés magnétiques, le fer peut être trouvé dans la construction de transformateurs, de moteurs, de produits électroniques, etc. De plus, le fer peut être ajouté à d'autres alliages métalliques pour leur donner une plus grande résistance et stabilité mécanique. Le sulfate de cet élément est utilisé en horticulture pour la lutte antiparasitaire (avec le sulfate de cuivre).
Les chlorures de fer sont indispensables à la purification de l'eau. De plus, la poudre de magnétite est utilisée dans les imprimantes noir et blanc. L'utilisation principale de la pyrite est d'en extraire de l'acide sulfurique. Ce processus se déroule en laboratoire en trois étapes. Dans la première étape, la pyrite de fer est brûlée pour produire de l'oxyde de fer et du dioxyde de soufre. La deuxième étape est la conversion du dioxydele soufre en son trioxyde avec la participation de l'oxygène. Et au stade final, la substance résultante est passée à travers de la vapeur d'eau en présence de catalyseurs, obtenant ainsi de l'acide sulfurique.
Avoir du fer
Ce métal est principalement extrait de ses deux principaux minéraux: la magnétite et l'hématite. Cela se fait en réduisant le fer de ses composés avec du carbone sous forme de coke. Cela se fait dans des hauts fourneaux, dont la température atteint deux mille degrés Celsius. De plus, il existe un moyen de réduire le ferrum avec de l'hydrogène. Cela ne nécessite pas de haut fourneau. Pour mettre en œuvre cette méthode, de l'argile spéciale est prélevée, mélangée à du minerai concassé et traitée à l'hydrogène dans un four à cuve.
Conclusion
Les propriétés et les utilisations du fer sont variées. C'est peut-être le métal le plus important dans nos vies. Devenu connu de l'humanité, il a pris la place du bronze, qui était à l'époque le matériau principal pour la fabrication de tous les outils, ainsi que des armes. L'acier et la fonte sont à bien des égards supérieurs à l'alliage cuivre-étain en termes de propriétés physiques, de résistance aux contraintes mécaniques.
De plus, le fer est plus répandu sur notre planète que de nombreux autres métaux. Sa fraction massique dans la croûte terrestre est de près de cinq pour cent. C'est le quatrième élément chimique le plus abondant dans la nature. De plus, cet élément chimique est très important pour le fonctionnement normal de l'organisme des animaux et des plantes, principalement parce que l'hémoglobine est construite sur sa base. Le fer est un micronutriment essentielce qui est important pour maintenir la santé et le fonctionnement normal des organes. En plus de ce qui précède, c'est le seul métal qui possède des propriétés magnétiques uniques. Il est impossible d'imaginer notre vie sans ferrum.
