Le fer

Université du Maine - Faculté des Sciences
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Le Fer - 1/7
Le fer
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Etat fondamental:
3d6, 4s2 → on attend donc les ions Fe2+ (3d6) et Fe3+ (3d5)
C'est le 4ème élément en terme d'abondance terrestre (O > Si > Al > Fe), 4.7% en masse.
Les ions libres sont très paramagnétiques - spin élevé (champ faible): 4e- pour Fe2+ et 5e- pour Fe3+
Rayons ioniques : r(Fe3+) = 0.645 Å et r(Fe2+) = 0.78 Å ; donc Fe3+ est plus polarisant que Fe2+ .
Les liaisons seront plus covalentes avec Fe3+ car le rapport q/r2 est plus grand.
I - Propriétés du métal
(propriétés voisines pour Co et Ni).
a. Propriétés physiques
Fer α
906°C
← →
1401 °C
Fer γ
Cubique I
2.86
1.24
a(Å)
rM(Å)
1539 °C
Fer δ
← →
Cubique I
2.93
1.27
← →
c.f.c.
3.65
1.29
Fer liquide
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Propriétés magnétiques :
A T>TC=768°C
A T<768°C
le fer est paramagnétique
le fer est ferromagnétique (σs=1,8µB/mol)
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Masse volumique :
ρ=7.87 g.cm-3
(2.7 g.cm-3 pour Al)
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Résistivité
ρ=9.7 µΩ.cm (pour Al : 2.63 µΩ.cm et pour Cu : 1.72 µΩ.cm ),
c'est un conducteur électrique moyen.
b. Propriétés chimiques
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Très réactif : si le fer est en poudre . Le fer pyrophorique (réduction de l'oxyde par H2) brûle spontanément à l'air.
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Moins réactif : à l'état massif.
Combustion avec les oxydants forts: O2, F2, Cl2 → degré +III (Fe2O3, FeF3, FeCl3)
Fe + 3 2 F2 → FeF3
à froid, l'attaque s'arrête par passivation
Fe + 3 2 Cl 2 → FeCl 3
à 600°C, réaction exothermique
Combustion avec les oxydants faibles: I2,.. → degré +II
Fe + I2 → FeI 2
Avec les non-métaux : la réaction est plus douce
Soufre
à la flamme
Fe(lim aille) + S   → Fe II S
FeS + S → Fe II S 2−I
pyrite (type NaCl)
Azote (N2 ou NH3)
composés d'insertion qui durcissent le fer et augmentent sa résistance à
l'abrasion (FeNx)
Carbone
3Fe + C  → Fe 3 C (cémentite) ou
T >1100 °C
3Fe + 2CO  
→ Fe 3 C + CO 2
Voir le diagramme Fe-C (perlite = acier eutectoïde 0.8% en C)
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0.5% C
0.10% C
1540°C
Fer δ
Cubique I
a0 =2.93 Å
0.18% C
Diagramme Fer - Carbone (en % poids)
δ+L
γ +δ
1
1492°C
1401°C
Fer γ
Cubique F
a0 =3.63 Å
2
3
4
5
Fe3C
+L
1130°C
2%C
4.3 % C
Austénite γ
+ Ledeburite
+ Cémentite
906°C
7
Liquide L
γ+L
Austénite γ
6
Fe3C
+ Ledeburite
γ +α
0
723°C
Cémentite
+ Perlite
1
2
3
4
Fe
Aciers
Fontes
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Fe 3 C : 6.67% C
Ferrite
+ Perlite
0.8% C
Eutectoïde Ledeburite
0.025% C
Eutectoïde Perlite
Fer α
Cubique I
a0 =2.86 Å
5
6 7
% poids C