Le fer est un métal de la première série de transition. C’est en masse l’élément le plus courant sur Terre, formant une grande partie du noyau externe et interne de la Terre.
Le fer est utilisé dans de nombreux secteurs tels que l’électronique, la fabrication, l’automobile, la construction et le bâtiment. Le fer est le plus largement utilisé de tous les métaux, représentant plus de 90 % de la production mondiale de métaux.
Les principales régions minières de fer sont la Chine, l’Australie, le Brésil, la Russie et l’Ukraine. La production annuelle mondiale de minerai de fer est d’environ 1600 millions de tonnes.
Protons et neutrons dans le Fer
Le fer est un élément chimique de numéro atomique 26, ce qui signifie qu’il y a 26 protons dans son noyau. Le nombre total de protons dans le noyau est appelé le numéro atomique de l’atome et reçoit le symbole Z. La charge électrique totale du noyau est donc +Ze, où e (charge élémentaire) vaut 1 602 x 10-19 coulombs.
Le nombre total de neutrons dans le noyau d’un atome est appelé le nombre de neutrons de l’atome et reçoit le symbole N. Le nombre de neutrons plus le numéro atomique est égal au nombre de masse atomique: N+Z=A . La différence entre le nombre de neutrons et le numéro atomique est appelée excès de neutrons: D = N – Z = A – 2Z.
Pour les éléments stables, il existe généralement une variété d’isotopes stables. Les isotopes sont des nucléides qui ont le même numéro atomique et sont donc le même élément, mais diffèrent par le nombre de neutrons. Les nombres de masse des isotopes typiques du fer sont de 56; 57; 58.
Principaux isotopes du Fer
Le fer a quatre isotopes stables: 54Fe (5,845 % du fer naturel), 56Fe (91,754 %), 57Fe (2,119 %) et 58Fe (0,282 %). 20 à 30 isotopes artificiels ont également été créés.
Le fer-54 est composé de 26 protons, 28 neutrons et 26 électrons.
Le fer-56 est composé de 26 protons, 30 neutrons et 26 électrons.
Le fer-57 est composé de 26 protons, 31 neutrons et 26 électrons.
Le fer-58 est composé de 26 protons, 32 neutrons et 26 électrons.
Le fer-56 est le noyau le plus stable. Il est le plus efficacement lié et a la masse moyenne par nucléon la plus faible (930,412 MeV/c2). Le nickel-62, le fer-58 et le fer-56 sont les noyaux les plus étroitement liés. Il faut plus d’énergie par nucléon pour séparer complètement l’un de ces noyaux que pour n’importe quel autre noyau.
Isotopes stables
| Isotope | Abondance | Nombre de neutrons |
| 54Fe | 5,85 % | 28 |
| 56Fe | 91,75 % | 30 |
| 57Fe | 2,12 % | 31 |
| 58Fe | 0,28 % | 32 |
Isotopes instables typiques
| Isotope | Demi-vie | Mode de décomposition | Produit |
| 55Fe | 2 737(11) a | capture d’électrons | 55Mn |
| 60Fe | 2,6×106 a | désintégration bêta | 60Co |
Électrons et configuration électronique
Le nombre d’électrons dans un atome électriquement neutre est le même que le nombre de protons dans le noyau. Par conséquent, le nombre d’électrons dans l’atome neutre de fer est de 26. Chaque électron est influencé par les champs électriques produits par la charge nucléaire positive et les autres électrons négatifs (Z – 1) dans l’atome.
Puisque le nombre d’électrons et leur disposition sont responsables du comportement chimique des atomes, le numéro atomique identifie les différents éléments chimiques. La configuration de ces électrons découle des principes de la mécanique quantique. Le nombre d’électrons dans les couches d’électrons de chaque élément, en particulier la couche de valence la plus externe, est le principal facteur déterminant son comportement de liaison chimique. Dans le tableau périodique, les éléments sont classés par ordre croissant de numéro atomique Z.
La configuration électronique du Fer est [Ar] 3d6 4s2.
Les états d’oxydation possibles sont +2,3.
Ses 26 électrons sont disposés dans la configuration [Ar]3d64s2, dont les électrons 3d et 4s sont relativement proches en énergie, et donc il peut perdre un nombre variable d’électrons et il n’y a pas de point clair où une ionisation supplémentaire devient non rentable .
Le fer forme des composés principalement aux états d’oxydation +2 (fer(II), « ferreux ») et +3 (fer(III), « ferrique »). Le fer est également présent dans des états d’oxydation plus élevés, par exemple le ferrate de potassium violet (K2FeO4), qui contient du fer dans son état d’oxydation +6.
Alliage de Fer le plus courant
Les aciers au carbone sont des alliages fer-carbone qui peuvent contenir des concentrations appréciables d’autres éléments d’alliage. Les aciers au carbone simples sont des alliages fer-carbone dans lesquels les propriétés sont principalement dérivées de la présence de carbone. Certains éléments accessoires comme le manganèse, le silicium, le soufre et le phosphore sont présents en faible quantité en raison du mode de fabrication des aciers et non pour en modifier les propriétés mécaniques. L’ajout d’une petite quantité de carbone non métallique au fer échange sa grande ductilité contre une plus grande résistance. En raison de sa très haute résistance, mais toujours d’une ténacité substantielle, et de sa capacité à être fortement altérée par un traitement thermique, l’acier est l’un des alliages ferreux les plus utiles et les plus courants dans l’utilisation moderne.
Un proton est l'une des particules subatomiques qui composent la matière. Dans l'univers, les protons sont abondants, constituant environ la moitié de toute la matière visible. Il a une charge électrique positive (+1e) et une masse au repos égale à 1,67262 × 10−27 kg ( 938,272 MeV/c2) — légèrement plus léger que celui du neutron mais près de 1836 fois supérieur à celui de l'électron. Le proton a un rayon carré moyen d'environ 0,87 × 10−15 m, ou 0,87 fm, et c'est un spin – ½ fermion.
Les protons existent dans les noyaux des atomes typiques, avec leurs homologues neutres, les neutrons. Les neutrons et les protons, communément appelés nucléons, sont liés ensemble dans le noyau atomique, où ils représentent 99,9 % de la masse de l'atome. Les recherches en physique des particules de haute énergie au XXe siècle ont révélé que ni le neutron ni le proton ne sont le plus petit élément constitutif de la matière.
Le tableau périodique est un affichage tabulaire des éléments chimiques organisés en fonction de leurs numéros atomiques, de leurs configurations électroniques et de leurs propriétés chimiques. La configuration électronique est la distribution des électrons d’un atome ou d’une molécule (ou d’une autre structure physique) dans des orbitales atomiques ou moléculaires. La connaissance de la configuration électronique des différents atomes est utile pour comprendre la structure du tableau périodique des éléments.
Chaque solide, liquide, gaz et plasma est composé d’atomes neutres ou ionisés. Les propriétés chimiques de l’atome sont déterminées par le nombre de protons, en fait, par le nombre et la disposition des électrons. La configuration de ces électrons découle des principes de la mécanique quantique. Le nombre d’électrons dans les couches d’électrons de chaque élément, en particulier la couche de valence la plus externe, est le principal facteur déterminant son comportement de liaison chimique. Dans le tableau périodique, les éléments sont classés par ordre croissant de numéro atomique Z.
C’est le principe d’exclusion de Pauli qui exige que les électrons d’un atome occupent différents niveaux d’énergie au lieu qu’ils se condensent tous dans l’état fondamental. L’ordre des électrons dans l’état fondamental des atomes multiélectrons commence par l’état d’énergie le plus bas (état fondamental) et se déplace progressivement de là vers le haut de l’échelle d’énergie jusqu’à ce que chacun des électrons de l’atome se soit vu attribuer un ensemble unique de nombres quantiques. Ce fait a des implications essentielles pour la construction du tableau périodique des éléments.
Les deux premières colonnes sur le côté gauche du tableau périodique sont celles où les sous-couches s sont occupées. Pour cette raison, les deux premières lignes du tableau périodique sont étiquetées le bloc s. De même, le bloc p sont les six colonnes les plus à droite du tableau périodique, le bloc d est les 10 colonnes du milieu du tableau périodique, tandis que le bloc f est la section de 14 colonnes qui est normalement représentée comme détachée du corps principal. du tableau périodique. Il pourrait faire partie du corps principal, mais alors le tableau périodique serait plutôt long et encombrant.
Pour les atomes avec de nombreux électrons, cette notation peut devenir longue et donc une notation abrégée est utilisée. La configuration électronique peut être visualisée comme les électrons de cœur, équivalents au gaz noble de la période précédente, et les électrons de valence (par exemple [Xe] 6s2 pour le baryum).
États d’oxydation
Les états d’oxydation sont généralement représentés par des nombres entiers qui peuvent être positifs, nuls ou négatifs. La plupart des éléments ont plus d’un état d’oxydation possible. Par exemple, le carbone a neuf états d’oxydation entiers possibles de -4 à +4.
La définition actuelle de l’état d’oxydation du livre d’or IUPAC est:
« L’état d’oxydation d’un atome est la charge de cet atome après approximation ionique de ses liaisons hétéronucléaires… »
et le terme nombre d’oxydation est presque synonyme. Un élément qui n’est combiné à aucun autre élément différent a un état d’oxydation de 0. L’état d’oxydation 0 se produit pour tous les éléments – c’est simplement l’élément sous sa forme élémentaire. Un atome d’un élément dans un composé aura un état d’oxydation positif s’il a eu des électrons retirés. De même, l’ajout d’électrons entraîne un état d’oxydation négatif. Nous avons également distingué les états d’oxydation possibles et communs de chaque élément. Par exemple, le silicium a neuf états d’oxydation entiers possibles de -4 à +4, mais seuls -4, 0 et +4 sont des états d’oxydation communs.
Résumé
| Élément | Fer |
| Nombre de protons | 26 |
| Nombre de neutrons (isotopes typiques) | 56; 57; 58 |
| Nombre d'électrons | 26 |
| Configuration électronique | [Ar] 3d6 4s2 |
| États d'oxydation | +2,3 |
Source : www.luciteria.com
Autres propriétés du Fer
