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Eléments chimiques au quotidien

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Fer (Fe)

Le fer est le 4e élément le plus abondant sur terre, après l’oxygène, le silicium et l’aluminium. Sa découverte marque le début de ce qu’on appelle l’Âge du fer, qu’on situe à environ 1200 av. J.-C, et à 600 av. J.-C. en Europe occidentale.

La tour Eiffel est en acier

L'acier, de par sa grande résistance et son prix raisonnable, est aussi utilisé en architecture. (Image : cla78/CanStockPhotos)

Un procédé industriel impressionant

On le fabrique en chauffant ensemble du charbon et du minerai de fer, qui est en général un oxyde, comme l’hématite Fe2O3 ou la magnétite Fe3O4. Aujourd’hui, on effectue cette opération dans des hauts-fourneaux de plus de 30 m de haut. La soufflerie qui attise le feu est maintenue en activité 24 heures sur 24. Le fer s’écoule à la base à plus de 1500°C: il forme la fonte, et contient environ 5% de carbone dissous. La fonte, une fois refroidie, forme un matériau cassant. Aussi insuffle-t-on de l’air dans la fonte liquide pour brûler le carbone qu’elle contient. Quand il reste 1% de carbone, on obtient de l’acier, qui est le métal de base de notre industrie depuis le XVIIIème siècle. S’il ne reste pas de carbone du tout, on obtient le fer doux, qui est assez mou: on en fait des fils de fer ou des tôles.

Une vidéo illustrant les différentes étapes de la production d'acier peut être visionnée sur le lien suivant.

Un élément essentiel à la vie

Globules rouges

L'hémoglobine donne la couleur rouge au sang. Contenue dans les globules rouges, elle permet de transporter l'oxygène à travers le corps. L'oxygène se lie au fer contenu dans l'hémoglobine, qui change alors de couleur en passant du rouge foncé (à droite) au rose vif (à gauche). (Image: rogeriopfm/Wikimedia commons)

Le fer forme deux séries de composés, selon qu’il se trouve au degré d’oxydation +II (composés ferreux) ou +III (composés ferriques). Les composés ferreux sont en général de couleur vert pâle, et les ferriques de couleur brun rouge. L’oxydation de fer de +II à +III est facile, mais pas l’inverse.

Les organismes vivants ont besoin d’un peu de fer ferreux pour leur métabolisme. Ils sont incapables d’absorber du fer ferrique. On cite le cas de cultures d’ananas en Australie, qui manquent de fer malgré qu’elles soient situées dans un terrain riche en fer. On doit leur apporter de l’engrais porteur de fer ferreux.

Le pigment rouge du sang est appelé hémoglobine, et il contient un atome de fer ferreux central entouré de milliers d’atomes. Il sert à transporter l’oxygène gazeux (O2) des poumons vers les cellules de l’organisme.

D'étranges propriétés

Aimant

Les aimants sont composés de magnétite, un oxyde de fer. (Image: Pixelfeger/CanStockPhotos)

Certains minerais de fer jouissent d’étranges propriétés. Par exemple, la magnétite Fe3O4 est un oxyde noir dont les atomes de fer sont à la fois au degré d’oxydation +2 et +3. Sa formule développée peut s’écrire: O=Fe-O-Fe-O-Fe=O. Il est couramment utilisé dans les aimants.
Le fer pur est ferromagnétique: il est fortement attiré par un aimant extérieur, mais ce phénomène disparaît après éloignement de l’aimant extérieur. L’acier est aussi ferromagnétique, mais il conserve une aimantation dite rémanente après qu’on ait retiré l’aimant extérieur.
Un autre minerai commun est la pyrite, qui forme des cristaux jaunes dorés. Frappée violemment avec des silex, la pyrite produit des étincelles.

 

 

Pour découvrir les propriétés et les utilisations d'autres éléments chimiques, regarde notre dossier «Eléments chimiques au quotidien».

 

Texte: Maurice Cosandey et Rédaction SimplyScience.ch

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