Fer

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Fe | an=5,8 | n=26 }} Fe | an=syn. | pr=2,73 ans | md=ε | ed=0,231 | pd=Mn }} Fe | an=91,72 | n=30 }} Fe | an=2,2 | n=31 }} Fe | an=0,28| n=32 }} Fe | an=syn. | pr=44,503 d | md=β | ed=0,231 | pd=Co }} Fe | an=syn. | pr=1,5×10 ans | md=β | ed=3,978 | pd=Co }}

Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26.

Le noyau de l'atome de fer 56 est l'isotope le plus stable de tous les éléments chimiques, car il possède l'énergie de liaison la plus élevée.

Le fer est le dernier élément pouvant être produit par les réactions de fusion au cœur des étoiles (si celles-ci pèsent au moins 10 masses solaires) et donc l'élément le plus lourd dont la formation ne nécessite pas un événement cataclysmique comme une supernova.

Étymologie

du latin classique ferrum : fer; objet en fer; épée; chaînes.

Propriétés

Propriétés physiques

C'est un métal qui, en fonction de la température, se présente sous plusieurs formes allotropiques. Dans les conditions normales de pression et de température, c'est un solide cristallin de structure cubique à corps centré (Fer α) ; à haute température (à partir de 950 °C), il devient cubique à faces centrées (fer γ ou austénite). Au-delà de 1 400 °C, il redevient cubique à corps centré (fer δ).

Le fer est ferromagnétique : les moments magnétiques des atomes s'alignent sous l'influence d'un champ magnétique extérieur et conservent leur nouvelle orientation après la disparition de ce champ.

Des courants de convection riches en fer liquide à l'intérieur du noyau terrestre sont supposés être à l'origine du champ magnétique terrestre.

Propriétés chimiques

Laissé à l'air libre en présence d'humidité, il se corrode en formant de la rouille Fe₂O₃. La rouille étant un matériau poreux, la réaction d'oxydation peut se propager jusqu'au cœur du métal, contrairement, par exemple, à l'aluminium, qui forme une couche fine d'oxyde imperméable.

En solution, il présente deux valences principales :

Fe²⁺ qui présente une faible couleur verte ;
Fe³⁺ qui possède une couleur rouille caractéristique. Fe³⁺ peut être réduit par du cuivre métallique, par exemple, réaction à l'origine du procédé de gravure des circuits imprimés par le perchlorure de fer, FeCl₃.

L'hémoglobine du sang, qui permet aux globules rouges de transporter le dioxygène, contient du fer.

Gisements

Dans la nature, les minerais de fer exploitables sont essentiellement des oxydes : notamment l'hématite Fe₂O₃, la magnétite Fe₃O₄ et la limonite HFeO₂.

L'oxyde magnétique ou magnétite Fe₃O₄ est connu depuis l'Antiquité grecque. Il tire son nom du mont Magnetos (le grand mont), une montagne grecque particulièrement riche en ce minéral.

Métallurgie

Extraction

Le fer s'obtient industriellement en réduisant par le monoxyde de carbone (CO) provenant du Carbone, les oxydes contenus dans le minerai ; ceci peut être réalisé :

1) Anciennement: par réduction du minerai avec du charbon de bois dans un bas fourneau : On obtient un bain d'acier liquide où surnage la scories. Le métal est coulé dans des moules en sable. Réchauffé il est battu en forges (cinglage), pour en éliminer les dernières traces de scories.

2) Actuellement les oxydes de fer (minerais) sont réduits par le monoxyde de carbone obtenu par la réaction du coke et de l'air dans un haut-fourneau. On obtient de la fonte liquide et des scories.

La fonte est transformée en acier au convertisseur. Dans cette cuve on souffle de l'oxygène sur la fonte pour en éliminer le carbone.

Acier et fonte

L'acier et la fonte sont des alliages de fer contenant une faible proportion de carbone en masse, mais une proportion bien plus importante en nombre d'atomes (55,845/12 = 4,65 fois plus) :

la fonte contient de 1,7 à 6,67 % de carbone;
l'acier contient de 0,025 à 1,7 % de carbone;
En dessous des 0,025 % de carbone on parle de fers industriels;

Diverses additions permettent d'obtenir des aciers spéciaux :

manganèse pour améliorer la résistance à l'usure;
tungstène pour la dureté à haute température;
silicium pour améliorer l'élasticité (utilisé pour les ressorts);

Les aciers inoxydables sont des alliages contenant de fortes proportions de chrome. On peut aussi y ajouter du nickel et parfois du molybdène ou vanadium. Par exemple vos couverts possèdent une inscription « 18/8 » ou « 18/10 », cela signifie qu'ils contiennent 18 % de chrome et 8 ou 10 % de nickel.

Autres alliages

Il existe d'autres alliages moins connus :

les intermétalliques FeAl ;
les FeCrAl.

Utilisation

Le fer est largement utilisé sous forme d'acier dans la construction métallique.

Le fer métallique et ses oxydes sont utilisés depuis des décennies pour fixer des informations analogiques ou numériques sur des supports appropriés (bandes magnétiques, cassettes audio et vidéo, disquettes). L'usage de ces matériaux est cependant désormais supplanté par des composés possédant une meilleure permittivité, par exemple dans les disques durs.

Le fer est également utilisé dans le fil de fer.

Symbolique

Le fer symbolise la solidité (ex.: Le pot de terre et le pot de fer, la fable de Jean de La Fontaine).
Les noces de fer symbolisent les 41 ans de mariage dans le folklore français.

Voir aussi

Lien externe

Le fer sur : elements.chimiques.free.fr
Dossier sur le fer : Le fer tombe le masque

Métal de transition | Élément chimique

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