Fierul ( Fe )  se gaseste in sistemul periodic in grupa VIII-B si in perioada a 3-a.  Numarul atomic  “ Z “ este 26,  iar numarul de masa “ A “ este 56.

SCURT ISTORIC :

Fierul este cunoscut si folosit pentru scopuri ornamentale si pentru prelucrarea armelor inca din preistorie. Cel mai vechi obiect confectionat din fier il reprezinta cateva margele oxidate gasite in Egipt, care dateaza din anul 4000 i. Chr.

Termenul arheologic “ Epoca Fierului “ se aplica pentru perioada in care fierul era folosit exclusiv pentru ornamente si unelte.

Inceputurile prelucrarii moderne a fierului au avut loc in Europa centrala pe la mijlocul secolului 14 i. Chr.

RASPANDIRE IN NATURA:

Fierul este metalul cel mai raspandit pe Pamant si, in afara de aluminiu, este si metalul cel mai abundent din scoarta terestra. Aproape de suprafata terestra se gasesc zacaminte bogate de fier, astfel incat este relativ ieftin de produs.

In natura, fierul se gaseste sub forma de minereuri de fier. Cele mai raspandite minereuri de fier sunt:

Hematiul :

v    oxid de fier ( III ) : Fe2O3
v    culoare rosie
v    structura fibroasa

Oligistul :

v    oxid de fier ( III ) : Fe2O3
v    culoare rosie
v    cristalizat
v    amestecat cu argila se numeste ocru rosu.

Limonitul :

v    oxihidroxid de fier : FeO(OH)
v    amestecat cu argila formeaza ocrul galben
   
Magnetitul ( magnetul natural ) :

v    oxid de fier ( II ) – fier ( III ) : Fe3O4
v    prezent sub forma de octaedre negre stralucitoare

Sideritul :

v    carbonat de fier : FeCO3
v    cristalizat in romboedre cenusii-brune

Pirita :

v    sulfura de fier : FeS2
v    apare sub forma de cristale galbene lucioase
v    urma acestor cristale in roci ii face pe prospectori sa creada ca au gasit aur
v    minereul este cunoscut sub numele de “aurul prostilor”

Compusi ai fierului se mai gasesc inca in diferite ape minerale, ape de rauri, chiar si apa marilor, cum si in unele celule vegetale. Si pentru corpul omenesc fierul are un rol important : este componentul necesar al hemoglobinei.

PREPARARE:

Obtinerea fierului chimic pur se face :

prin reducerea oxidului de fier ( III ) pur cu hidrogen

prin electroliza unei solutii apoase de sare de Fe, de exemplu FeCl2

prin descompunerea termica a pentacarboniului de fier, Fe(CO)5, in absenta de aer

Mult mai importanta , din punct de vedere economic, este obtinerea fierului tehnic, aliaj de fier cu o cantitate mica de carbon in diferite proportii : fonta si otelul.

PROPRIETATI FIZICE:

Fierul chimic pur este un metal :

alb-argintiu
lucios
cu duritate mica ( intre 4 si 5 )  
cu densitate mare ( 7,68 g/cm3 )
moale
maleabil si ductil.

Se topeste la temperatura de 1535° C si se transforma in gaz la temperatura de 2750° C.

PROPRIETATI CHIMICE:

Fierul este rezistent in aer uscat, la temperatura obisnuita. In aer umed, in prezenta CO2, fierul rugineste. Rugina fiind poroasa, ruginirea merge pana la distrugerea completa a metalului. O parte din fierul vechi este folosit la obtinerea otelului ( reciclarea fierului ).

Fierul se combina usor la cald cu :

clorul :

Fe  +  Cl2 à FeCl3

sulful :

Fe  +  S  à FeS
Are tendinta accentuata sa se combine cu carbonul, formand carburi, care se dizolva in masa metalica, imprimandu-i calitati speciale.

De asemenea, se poate combina cu siliciul, formand :

Fe3Si
FeSi
FeSi2

Fierul prezinta proprietatea de pasivitate fata de acidul sulfuric concentrat si fata de acidul azotic concentrat. Asa se explica de ce acesti acizi se pot transporta in cisterne de otel.

Fierul inlocuieste metalele mai putin active din combinatiile lor, ca de exemplu:

Fe  +  CuSO4  à  FeSO4  +  Cu

ALIAJE:

Fierul topit dizolva carbon. Aliajele principale ale fierului cu carbonul sunt :

Fonta
Otelul

Fonta:

Fonta reprezinta amestecul de fier – carbon care contine peste 2,3 % carbon. Se prepara in furnale. Minereurile de fier se imbogatesc in prealabil in continutul de fier. Se adauga fondanti ( piatra de var, dolomit ) si de asemenea carbune ( de obicei cocs metalurgic ).

Exista doua categorii importante de fonte:

Fontele de turnatorie sau fontele cenusii contin carbonul in cea mai mare parte sub forma de grafit, care le imprima culoarea. Continutul mai mare de  siliciu mareste fluiditatea fontei topite si micsoreaza contractia la topire.

Fontele de afinare sau fontele albe contin carbonul sub forma de cementita, din care cauza au culoarea mai deschisa. Contin mai mult magneziu si sunt dure si casante.

Otelul:

Se deosebeste de fonta prin continutul mai mic de carbon ( 0,5 – 1 % ) , precum si de alte elemente ( Si, P, S, Mn etc. ). Otelul se obtine din fonta prin reducerea continutului procentual de elemente straine, prin oxidarea acestora. Operatia se realizeaza sufland aer sub presiune prin fonta topita.

Exista doua tipuri principale de oteluri:

Otelurile – carbon sunt aliaje de fier cu carbon care mai pot contin si Mn, Si, S, P, in anumite limite admisibile. Au un grad de puritate mai ridicat si sunt folosite la piese supuse la solicitari deosebite.

Otelurile speciale contin in afara de componentele otelului – carbon  si alte elemente ca : Ni, Cr, V, W, Co, Be, etc. sau au un continut mai ridicat in Si sau Mn.

· UTILIZARI:

Ca element metalic pur, fierul are o utilizare foarte redusa, datorita rezistentei si elasticitatii reduse. Ca rezultat el este folosit sub forma de aliaje.

Sub forma de fonta, fierul este folosit pentru a fabrica :

Calorifere si radiatoare
Postamente de masini
Plite si ceaune de bucatarie

Sub forma de otel, fierul este folosit pentru a fabrica :

Unelte
Bile si role de rulmenti
Piese inoxidabile
Incrucisari si macazuri de cai ferate
Poli de motoare si dinamuri