Proprietăți fizice și chimice ale fierului
Proprietăți fizice
Fe este un element metalic situat în grupa a VIII-a secundară, perioada a 4-a, blocul d, în sistemul periodic. Ca răspândire ocupă locul patru cu un procent de 4,7 %. Numărul atomic este 26, masa atomică 55,847, densitate ρ = 7,9 g/cm³ (la 20⁰C), temperatură de topire 1528⁰C, temperatura de fierbere 2735⁰C, duritate(pe scara Mohs) 4,5, conductibilitate termică şi electrică bună.(electrică - 9,6 şi termică – 0,20). Metalul pur are culoare cenuşie – argintie şi cristalizează în sistemul cubic , în funcţie de temperatură, în următoarele forme alotropice: Fe α , Fe β, Fe δ – cubic centrat intern şi Fe γ – cubic cu feţe centrate (Stoian, 2009).
768⁰C 906⁰C 1401⁰C 1528⁰C
Fe α Fe β Fe γ Fe δ Fe topit
Ca toate metalele este opac şi prezintă luciu metalic, care în stare de pulbere dispare.
Prezintă proprietăţi mecanice superioare, pot fi laminate, trefilate, matriţate , şi are o rezistenţă mecanică foarte bună.
Proprietăți chimice
Din punct de vedere chimic, fierul este un element reactiv, cea mai mare stabilitate având combinaţiile fierului trivalent. Înlocuieşte unele metale (Cu, Sn, Pb, Ag) din soluţiile sărurilor lor. În aer umed se oxidează formând rugina. La temperatură obişnuită prezintă fenomenul de pasivitate faţă de acizii concentraţi (H₂SO₄, HNO₃), reacţionând însă cu acizii diluaţi. Reacţionează cu halogenii, sulful şi la cald cu acidul azotic şi acidul sulfuric formând sărurile respective.
Afinitatea ferului pentru oxigen este mare, în atmosfera de oxigen el formează două tipuri de oxizi: Fe2O3 (brun - roşcat) şi Fe3O4 (negru).
3Fe + 2O₂ = Fe₃O₄ ( FeO Fe₂O₃ ) (12)
Reacţionează cu halogenii formând trihalogenuri, conform reactiei de mai jos.
2Fe + 3X₂ = 2FeX₃, unde X= F, Cl, Br, I (13)
La cald, reacţionează cu sulful, fosforul, carbonul şi siliciul, formând sulfuri (FeS), fosfuri (Fe₂P şi FeP₂), carburi (Fe₃C) şi siliciuri (Fe₂Si, FeSi, FeSi₂).
Cu azotul nu reacţionează, dar încălzit într-o atmosferă de amoniac formează, la suprafaţă o combinaţie extrem de dură formată din azoturi precum Fe₃N, Fe₂N şi Fe₃N₂.
La temperaturi ridicate, descompun vapori de apă, eliberând hidrogen:
3 Fe + 4 H₂O = Fe₃O₄ + 4 H₂↑ (14)
Una dintre metodele vechi de obţinere a hidrogenului consta în trecerea vaporilor de apă peste fier înroşit (Zapan, 1977).
Este stabil în aer uscat şi faţă de apă, în absenţa oxigenului şi a dioxidului de carbon, dar în aer umed sau în apă, în prezenţa oxigenului sau a dioxidului de carbon, acesta rugineşte trecând în oxihidroxid feric sau rugină.
4Fe + 2H₂O + 3O₂ = 4FeO(OH) (15)
Reacţionează cu acizii minerali cu degajare de hidrogen:
Fe + 2HCl = FeCl₂ + H₂↑ (16)
Cu compuşii altor metale care îl urmează în seria de activitate reacţionează cu formarea unor săruri ferice şi eliberarea metalului.
Fe + CuSO₄ = FeSO₄ + Cu ↓ (17)
