Fer

pour d'autres usages, voient le repasser (désambiguisation) . Le Fe réoriente ici ; pour d'autres usages, voir le Fe . Fer ( ˈaɪɚn ) est un élément chimique avec du Fe de symbole ( ferrum ) et nombre atomique 26 de . Le fer est un groupe 8 et élément de la période 4 . Le fer est un métal mou brillant et argenté. Le fer et le nickel sont notables pour être les éléments finaux produits par le nucleosynthesis stellaire , et sont ainsi les éléments les plus lourds qui n'exigent pas un géant rouge ou la supernova pour la formation. Le fer et le nickel sont donc les métaux les plus abondants en météorites métalliques et dans les noyaux de dense-métal des planètes telles que la terre. Elle est l'un des quelques éléments ferromagnétiques du .

Occurrence

On pense que du fer est le sixième la plupart d'élément abondant dans l'univers , formé comme Acte final de Nucleosynthesis par le carbone brûlant en étoiles massives. Le fer est l'élément le plus abondant sur terre. Tandis qu'il compose seulement environ 5% de la croûte terrestre, le noyau terrestre est censé pour consister en grande partie en un alliage métallique du nickel de fer comportant 35% de la masse de la terre dans son ensemble. Le fer est le quart la plupart d'élément abondant dans la croûte terrestre et le deuxième métal abondant après l'aluminium . La majeure partie du fer dans la croûte est trouvée combinée avec l'oxygène en tant que minerais de l'oxyde de fer tels que l'hématite , la magnétite , et le Taconite . Environ 5% des météorites se composent pareillement de l'alliage de fer-nickel. Bien que rares, ce sont la forme principale de fer métallique normal sur la surface terrestre. La raison de la couleur rouge de Mars est vraisemblablement un sol fer-oxyde-riche.

Le voient également les minerais de fer de .

Caractéristiques

Le fer est un métal extrait principalement à partir de l'hématite du minerai de fer . Il s'oxyde aisément dans l'air et l'eau et est rarement trouvé comme élément libre. Afin d'obtenir le fer élémentaire, l'oxygène et d'autres impuretés doivent être enlevés par la réduction chimique . Le fer est le constituant principal de l'acier , et il est employé dans la production des alliages ou des solutions pleines de divers métaux, aussi bien que quelques non-métaux, en particulier le carbone . Les nombreux repassent les alliages, qui ont les propriétés très différentes, sont discutés dans l'article sur l'acier.

Les noyaux du fer ont certaines des énergies de liaison les plus élevées par nucléon, surpassé seulement par l'isotope ⁶²Ni de nickel de . Universellement le plus abondant des nuclides fortement stables est, cependant, ⁵⁶Fe. Ceci est constitué par fusion nucléaire en étoiles. Bien qu'encore un autre gain minuscule d'énergie pourrait être extrait en synthétisant ⁶²Ni, les conditions en étoiles sont peu convenables pour que ce processus soit favorisé, et l'abondance de fer sur terre favorise considérablement le fer au-dessus du nickel, et aussi vraisemblablement dans la production d'élément de supernova. Quand une étoile très grande se contracte à la fin de la sa vie, pression interne et échauffement, permettant à l'étoile de produire des éléments progressivement plus lourds, en dépit de ces derniers étant moins stables que les éléments autour du nombre de masse 60, connu sous le nom de " ; group" de fer ;. Ceci mène à une supernova .

Le fer (comme Fe²⁺, ion ferreux) est un oligoélément nécessaire employé par presque toute la matière organique, les seules exceptions sont quelques organizations procaryotiques qui de phase en conditions fer-pauvres (telles que les lactobacilles en lait fer-pauvre) qui emploient le manganèse pour la catalyse à la place aussi bien que les organizations qui emploient le Hemocyanin au lieu de l'hémoglobine. Fer-en contenant des enzymes, contenant habituellement les groupes prosthétiques du Heme , participer à la catalyse des réactions d'oxydation dans la biologie, et dans le transport d'un certain nombre de gaz solubles. Voir l'hémoglobine , le cytochrome , et la catalase .

Applications

Le fer est plus utilisé de tous les métaux, comportant 95% de tout le tonnage en métal produit dans le monde entier. Sa combinaison de coût bas et de haute résistance lui font le nécessaire, particulièrement dans les applications comme les automobiles les coques des grands bateaux et des composants structuraux pour l'acier des bâtiments est l'alliage le plus connu du fer, et certaines des formes que le fer peut prendre incluent :
la fonte a le carbone 3.5% et contient des quantités variables de contaminants tels que le soufre , le silicium et le phosphore . Sa seulement signification est celle d'une étape intermédiaire sur le chemin du minerai de fer au fer de fonte et à l'acier .
Le fer de fonte contient le &ndash de 2% ; carbone , &ndash de 4.0% de 1% ; silicium de 6%, et un peu de manganèse . Les contaminants présentent en fonte qui affectent négativement les propriétés matérielles, telles que le soufre et le phosphore, ont été réduits à un niveau acceptable. Il a un point de fusion dans la gamme de 1420&ndash ; K 1470, qui est inférieur à l'un ou l'autre de ses deux composants principaux, et lui fait le premier produit à fondre quand le carbone et le fer sont chauffés ensemble. Ses propriétés mécaniques varient considérablement, dépendant sur le carbone de forme rentre l'alliage. Les fontes « blanches » contiennent leur carbone sous forme de Cementite , ou carbure de fer. Ce composé dur et fragile domine les propriétés mécaniques des fontes blanches, les rendant dures, mais unresistant pour choquer. La surface cassée d'un fer de fonte blanc est pleine des facettes fines du carbure cassé, un matériel très pâle, argenté, brillant, par conséquent l'appellation. En fonte grise que le carbone existe librement en tant que très bien s'écaille du graphite , et rend également l'en raison fragile matériel de la nature le soumettre à une contrainte-relèvement des flocons bordés pointus du graphite. Une plus nouvelle variante de fonte grise, visée comme le fer malléable est particulièrement traité avec des traces de magnésium pour changer la forme du graphite aux sphéroïdes, ou de nodules, considérablement augmentant la dureté et la force du matériel.
L'acier du carbone contient le carbone ou moins de 2.0% , avec un peu de manganèse , de soufre , de phosphore , et de silicium .
Le fer travaillé contient plus moins de 0. De plus grands efforts mesurés sont essayés avec l'espoir que le seeding de fer et la croissance de plancton d'océan peuvent éliminer l'anhydride carbonique de l'atmosphère, contrecarrant de ce fait l'effet de serre qui est généralement reconnu par des climatologists pour causer à le réchauffement global .

Composés de fer

voient également : Le fer de compose le

Fer (III) acétate (Fe (C₂H₃O₂) ₃ est employé dans le teignant du tissu .
Du fer de

(III) oxalate d'ammonium (Fe (NH₄) ₃ (C₂O₄) ₄) est employé dans les modèles
Fer de

(III) l'arséniate (FeAsO₄) est employé en insecticide .
fer (III) le chlorure (FeCl₃) est employé : dans la purification de l'eau et le traitement d'eaux d'égout, dans la teinture du tissu, comme agent de coloration en peintures comme additif chez l'alimentation des animaux, et comme matériel gravure à l'eau-forte pour l'engravement, la photographie et les circuits imprimés.
Du fer de

(III) chromate (Fe₂ (CrO₄) ₃) est employé comme colorant jaune pour les peintures et le en céramique.
du fer (III) hydroxyde (Fe (OH) ₃) est employé comme colorant brun pour le caoutchouc et dans des systèmes de purification d'eau.
fer (III) le phosphate (FePO₄) est employé en engrais et comme additif en aliments pour animaux humains et.
fer (II) acétate (Fe (C₂H₃O₂) ₂ est employé dans la teinture des tissus et du en cuir, et comme préservatif en bois du .
du fer (II) gluconate (Fe (C₆H₁₁O₇) ₂) est employé comme supplément diététique dans les pillules de fer de
Fer de

(II) l'oxalate (FeC₂O₄) est employé en tant que colorant jaune pour des peintures, le verre des plastiques et en céramique, et dans la photographie .
fer (II) le sulfate (FeSO₄) est employé dans des systèmes de purification d'eau et de traitement d'eaux d'égout, comme catalyseur dans la production de l'ammoniaque , comme ingrédient en engrais et herbicide , comme additif chez l'alimentation des animaux, en préservatif en bois et comme un additif à la farine pour augmenter des niveaux de fer.
Le Fer-Fluor de

(FeF₆) ^3- complexe est trouvé dans contenir de solutions les deux Fe (III) ions et ions de fluorure .

Aspects historiques

voient également : Histoire ferreux de la métallurgie Le premier fer employé par l'humanité, loin dans la préhistoire , est venu des météores. La fonte du fer dans les bloomeries a commencé probablement dans le Anatolie ou le Caucase dans le deuxième millénium AVANT JÉSUS CHRIST ou la dernière partie de précédente. Le fer de fonte a été la première fois produit dans le Chine environ 550 AVANT JÉSUS CHRIST, mais pas en Europe jusqu'à la période médiévale. Au cours de la période médiévale du , des moyens ont été trouvés en Europe de produire le fer travaillé à partir du fer de fonte (dans ce contexte connu sous le nom de fonte ) using les forges pour tous ces processus, le charbon de bois de parure de de ont été exigés comme carburant.

L'acier (avec un plus petit contenu de carbone que fonte mais plus que fer travaillé ) était le premier produit dans l'antiquité . De nouvelles méthodes de le produire par le carburant des barres de de fer dans le procédé de cémentation de ont été conçues dans l'ANNONCE de XVIIème siècle. En Révolution Industrielle , de nouvelles méthodes de produire le fer en barre sans charbon de bois ont été conçues et ceux-ci plus tard ont été appliqués à l'acier de produit. Vers la fin des 1850s, le Henry Bessemer a inventé un nouveau processus de sidérurgie, impliquant soufflant l'air par la fonte fondue, pour produire l'acier doux. Ceci et d'autres 19ème siècle et processus postérieurs ont mené au fer travaillé plus n'étant produit.

Production de fer de minerai de fer

voient également :

du fourneau Quatre-vingt-dix pour cent de toute l'exploitation des minerais métalliques sont pour l'extraction du fer. Industriellement, du fer est produit à partir de l'hématite (nominalement Fe₂O₃) de des minerais de fer principalement et de la magnétite (Fe₃O₄) de par une réaction carbothermique du (réduction avec carbone ) dans un fourneau aux températures d'environ 2000 °C. Dans un fourneau, le minerai de fer, le carbone sous forme de coke , et un flux de tel que la pierre à chaux (qui de est employée pour enlever des impuretés dans le minerai qui obstruerait autrement le four avec le matériel plein) sont introduits dans le dessus du four, alors qu'un souffle d'air heated est obligatoire dans le four au fond.

Dans le four, (chaud/four) le coke réagit avec l'oxygène dans le jet d'air à l'oxyde de carbone de de produit : C du

2 de + Co du → 2 du O₂

L'oxyde de carbone ramène le minerai de fer (en équation chimique ci-dessous, hématite) au fer fondu, l'anhydride carbonique devenant dans le processus : Co du

3 de + → 2 du Fe₂O₃ Fe + 3 CO₂

Le flux est présent pour fondre des impuretés dans le minerai, principalement le sable du bioxyde de silicium et d'autres flux communs des silicates incluent la pierre à chaux (principalement carbonate de calcium ) et la dolomite (carbonate de calcium-magnésium). D'autres flux peuvent être employés selon les impuretés qui doivent être enlevées de l'Oregon. Dans la chaleur du four le flux de pierre à chaux se décompose en oxyde de calcium (chaux vive) : cao de → du CaCO₃ de

+ CO₂

Puis cartels d'oxyde de calcium avec du bioxyde de silicium pour former des scories de . cao de

+ CaSiO₃ de → du SiO₂

Les scories fondent dans la chaleur du four, que le bioxyde de silicium n'aurait pas. Au fond du four, les scories fondues flottent sur le fer fondu plus dense, et des ouvertures dans le côté du four sont ouvertes pour couler du fer et des scories séparément. Le fer s'est par le passé refroidi, s'appelle la fonte , alors que les scories peuvent être employées comme matériel dans la construction de la route ou améliorer les sols minerai-pauvres pour l'agriculture .

La fonte n'est pas fer pur, mais a le carbone 4-5% dissous dans elle. Ceci est plus tard réduit à l'acier ou au fer commercialement pur, connu sous le nom de fer travaillé , using d'autres fours ou convertisseurs.

En 2005, approximativement 1.544 Mt (million de tonnes métriques de minerai de fer ont été produites dans le monde entier. La Chine était le producteur supérieur du minerai de fer avec au moins un quart part du monde suivie du Brésil, de l'Australie et de l'Inde, rapports l'étude géologique britannique .

Isotopes

voient également : Isotopes du fer Le fer naturel se compose de quatre isotopes 5.845% de de ⁵⁴Fe radioactif (demi vie : années de >3.1×10²²), 91.754% de ⁵⁶Fe stable, 2.119% de ⁵⁷Fe stable et 0.282% de ⁵⁸Fe stable. ⁶⁰Fe est un radionucléide éteint de la longue demi vie (1.

Une grande partie du travail de passé sur mesurer la composition isotopique du Fe a porté sur déterminer des variations de ⁶⁰Fe dues aux processus accompagnant le Nucleosynthesis (c., la météorite étudie) et la formation de minerai. Dans la dernière décennie cependant, les avances en technologie de la spectrométrie de masse ont permis la détection et la quantification de la minute, variations naturelles des rapports des isotopes stables du fer. Beaucoup de ce travail a été conduit par la terre et les communautés planétaires de la science , bien que les applications aux systèmes biologiques et industriels commencent à émerger.

L'isotope ⁵⁶Fe est d'intérêt particulier aux scientifiques nucléaires. Une idée fausse commune est que cet isotope représente le noyau le plus stable possible, et qu'il serait ainsi impossible d'exécuter la fission ou la fusion sur ⁵⁶Fe et de libérer toujours l'énergie. Ce n'est pas, car ⁶²Ni et ⁵⁸Fe sont plus stables, être vrai les noyaux les plus stables. Cependant, puisque ⁵⁶Fe beaucoup plus facilement est produit à partir des noyaux plus légers dans des réactions nucléaires, c'est le point final des chaînes de fusion à l'intérieur des étoiles extrêmement massives et est donc terrain communal dans l'univers, relativement à d'autres métaux .

En quelques phases du Semarkona de météorites et de Chervony Kut on pourrait trouver une corrélation entre la concentration de Ni de de ⁶⁰ , le produit dérivé de ⁶⁰Fe, et l'abondance des isotopes stables de fer qui est évidence pour l'existence de ⁶⁰Fe à l'heure de la formation du système solaire. Probablement l'énergie a libéré par l'affaiblissement de ⁶⁰Fe contribué, ainsi que l'énergie libérée par l'affaiblissement d'Al du radionucléide ²⁶, à la différentiation de refonte et de des asteroïdes après leur formation il y a 4. L'abondance de Ni de ⁶⁰ actuel en matériel extraterrestre du peut également fournir davantage de perspicacité dans l'origine du système solaire et de son histoire des débuts. Des isotopes stables, seulement ⁵⁷Fe a une rotation nucléaire (&minus de ; 1/2).

Fer dans la synthèse organique

L'utilisation des classements en métal de fer dans la synthèse organique est principalement pour la réduction des dérivés nitrés en plus, du fer a été employé pour la réduction des désulfurations des aldéhydes et la désoxygénation des oxydes d'amine.

Fer dans la biologie

voient également :

humain du métabolisme de fer

Le fer est essentiel à presque toutes les organizations connues en cellules de que du fer de est généralement stocké au centre du Metalloproteins parce que " ; free" ; fer -- ce qui lie non-specifically à beaucoup de composants cellulaires -- peut catalyser la production des radicaux libres toxique

Chez les animaux, des usines, et les mycètes, fer est souvent incorporées au complexe du Heme . Le Heme est un composant essentiel des protéines du cytochrome , qui négocient des réactions redox du , et des protéines de porteur de l'oxygène telles que l'hémoglobine , la myoglobine , et le Leghemoglobin . Le fer inorganique contribue également aux réactions redox dans les faisceaux de Fer-soufre de de beaucoup d'enzymes tel que le Nitrogenase (impliqué dans la synthèse d'ammoniaque d'azote et d'hydrogène ) et l'hydrogénase . les protéines de fer de Non-heme de incluent le monooxygenase (oxyde le méthane au méthanol ), la réductase de méthane de des enzymes de ribonucléotide de (ramène le ribose au Deoxyribose ; Biosynthèse d'ADN de ), Hemerythrins (transport et fixation de l'oxygène en invertébrés marins et phosphatase acide pourpre (hydrolyse de d'esters de phosphate .

La distribution de fer est fortement réglée dans les mammifères en partie parce que le fer a un potentiel élevé pour la toxicité biologique. La distribution de fer est également réglée parce que beaucoup de bactéries exigent le fer, ainsi la restriction de sa disponibilité aux bactéries (généralement par le séquestrant il des cellules d'intérieur) peut aider à empêcher ou limiter des infections. C'est probablement la raison des quantités de fer relativement basses en lait mammifère. Un composant important de ce règlement est la transferrine de protéine, qui lie le fer absorbé du duodénum et le porte dans le sang aux cellules.

Nutrition et sources diététiques

Les bonnes sources du fer diététique incluent la viande rouge , les poissons , la volaille , le tofu des légumes-feuilles verts des haricots des lentilles , les pois Black-eyed des pois chiches , les pommes de terre avec la peau, le pain fait à partir de la farine complètement entière, la mélasse , le Teff et la semoule . Du fer en viande plus facilement est absorbé que le fer dans les légumes.

Du fer fourni par les suppléments diététiques est souvent trouvé en tant que fumarate du fer de (ii), bien que le sulfate de fer soit meilleur marché et soit absorbé également bien. Du fer élémentaire, en dépit de l'absorption jusqu'à un degré beaucoup plus petit (l'acide d'estomac est suffisant pour convertir une partie de lui en fer ferreux), est souvent ajouté aux nourritures telles que les céréales de petit déjeuner ou le " ; enriched" ; farine de blé (où elle est énumérée comme " ; iron" réduit ; dans la liste d'ingrédients). Le fer est le plus disponible au corps une fois chélaté aux acides aminés - le fer sous cette forme est dix à quinze fois bioavailable que tout autre, et est également disponible pour l'usage comme supplément commun de fer de . Souvent l'acide aminé choisi à cette fin est l'acide aminé le meilleur marché et le plus commun, glycine, menant au " ; glycinate" de fer ; suppléments. Le RDA pour le fer varie considérablement basé sur l'âge, le genre, et la source du fer diététique (Heme - le fer basé a une disponibilité biologique plus élevée ). Les enfants en bas âge auront besoin des suppléments de fer s'ils ne sont pas élevés au sein. Les donateurs de sang sont au risque spécial de niveaux bas de fer et sont souvent conseillés de compléter leur prise de fer.

Règlement de prise de fer

Le fer excessif peut être toxique, parce que le fer ferreux libre réagit avec des peroxydes aux radicaux libres de produit qui sont fortement réactifs et peuvent endommager ADN , protéines , lipides , et d'autres composants cellulaires. Ainsi, la toxicité de fer se produit quand il y a de fer libre dans la cellule, qui se produit généralement quand les niveaux de fer dépassent la capacité de la transferrine de lier le fer.

La prise de fer de est étroitement réglée par le corps humain, qui n'a aucun moyen physiologique d'excréter le fer, commande ainsi des niveaux de fer seulement en réglant la prise. Bien que la prise soit réglée, les grands nombres de fer ingéré peuvent causer les niveaux excessifs du fer dans le sang, parce que les niveaux élevés de fer peuvent endommager les cellules de l'appareil gastro-intestinal qui les empêche de l'absorption de réglementation de fer. Les concentrations élevées en sang du fer endommagent des cellules au coeur , le foie de et ailleurs, qui peut poser des problèmes graves, y compris des dommages et même la mort à long terme d'organe.

La toxicité de fer d'expérience d'humains au-dessus de 20 milligrammes de fer pour chaque kilogramme de la masse, et 60 milligrammes par kilogramme est une dose mortelle . La consommation excessive du fer, souvent le résultat des enfants mangeant de grandes quantités de comprimés du sulfate ferreux a prévu pour la consommation adulte, est l'une des causes du décès toxicologiques les plus communes chez les enfants au-dessous de six.

La gestion médicale de la toxicité de fer est complexe, et peut inclure l'utilisation d'un spécifique chélatant le appelé par agent Deferoxamine de pour lier et expulser le fer excessif du corps.

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