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Fer ( Fe )

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Description générale :  

Le fer est connu et utilisé depuis les civilisations anciennes.

C'est l'un des métaux les plus abondants (41 000 ppm dans la croûte terrestre) et certainement l'un des plus importants car il est très largement utilisé par rapport à n'importe quel autre métal. Sa production en haut-fourneaux est largement documentée. Quand il est pur, ce métal présente un aspect blanc brillant, doux et est facile à travailler. Cependant, il réagit et constitue facilement un revêtement d'oxides hydratés en surface au contact de l'humidité de l'air. Cette partie est incohérente et se détache facilement en plaques révélant des surfaces neuves pouvant être attaquées.

Le fer est soluble dans les acides dilués, où Fe(II) est produit en solution. Des acides plus oxydants produisent des solutions de Fe(III) et les agents acides fortement oxydants (par exemple le dichromate ou bien l'acide nitrique concentré) produisent une forme passive du métal, probablement comme résultat de la formation d'un film de surface d'oxyde cohérent.

Selon la température, le fer pur existe sous trois formes appelées fer alpha, fer gamma, fer delta. Le fer alpha est une forme polymorphe du fer qui est stable en dessous de 906C, il a un réseau cubique centré (BCC) et est magnétique jusqu'à 768C. Le fer gamma est une forme polymorphe du fer qui est stable entre 906C et 1403C, il a un réseau cubique à faces centrées (CFC) et est non magnétique (N.B. : sa marge de stabilité est réduite par la présence du carbone, du manganèse et du nickel, et est la base des solutions solides austénitiques). Le fer delta est une forme polymorphe du fer qui est stable entre 1403C et le point de fusion, il a un réseau identique au fer alpha.

Le fer est la base de nombreux types d'acier, leurs propriétés étant obtenues par alliage du fer au carbone, nickel, chrome et autres éléments en proportions variables. On obtient ainsi des matériaux aux propriétés physiques et mécaniques extrémement variées.

Le fer est également un élement essentiel pour tout être humain, le corps humain contenant en moyenne 4 g de cet élément. La majorité du fer dans le corps se trouve dans l'hémoglobine, le pigment respiratoire à la base du mécanisme de transportation de l'oxygène par les globules rouges.

   

Caractéristiques atomiques

Distribution isotopique naturelle No. de masse %
54 5.8
56 91.8
57 2.1
58 0.3
Fonction de travail photo-électrique ( eV ) 4,4
Numéro atomique 26
Poids atomique ( amu ) 55,847
Potentiel d'ionisation No. eV
1 7.87
2 16.18
3 30.65
4 54.8
5 75.0
6 99
Rayon atomique - Goldschmidt ( nm ) 0,128
Sect. efficace d'absorp. des neutrons therm. ( Barns ) 2,56
Structure de cristal BCC
Structure électronique Ar 3d6 4s2
Valences indiquées 2, 3, 4, 6

Caractéristiques mécaniques

Condition du matériau Polycristallin
Coefficient de Poisson 0,293
Dureté - Mohs 4,0-5,0
Module d'élasticité cubique ( GPa ) 169,8
Module de tension ( GPa ) 211,4
Résistance à la traction ( MPa ) 180-210
Résistance Izod ( J m-1 ) 8-16
Tension de fluage ( MPa ) 120-150

Caractéristiques physiques

Densité à 20C ( g cm-3 ) 7,87
Point d'ébullition ( C ) 2750
Point de fusion ( C ) 1535

Caractéristiques thermiques

Chaleur latente d'évaporation ( J g-1 ) 6095
Chaleur latente de fusion ( J g-1 ) 272
Chaleur spécifique à 25C ( J K-1 kg-1 ) 444
Coefficient d'expansion thermique à 0-100C ( x10-6 K-1 ) 12,1
Conductivité thermique à 0-100C ( W m-1 K-1 ) 80,4

Caractéristiques électriques

EMF therm. sur Pt (froid 0C - chaud 100C) ( mV ) +1,98
Résistivité à 20C ( µOhmcm ) 10,1
Coefficient de température à 0-100C ( K-1 ) 0,0065

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