Fierul

Fierul este un element chimic metalic, cu numarul atomic 26 si simbolul Fe. In tabelul periodic al elementelor el se plaseaza in prima serie de tranzitie, intre mangan si cobalt. Proprietatile lui chimice sunt asemanatoare cu cele ale cobaltului. Metal greu, de culoare cenusie ( alb-lucios, in stare pura, este maleabil ( poate fi lesne modelat), ductil ( poate fi tras in fire subtiri; aurul este cel mai ductil metal; cu un gram de aur se poate imbraca un cal cu calaret cu tot), un bun conducator de caldura si de electricitate. Se oxideaza in aer umed, cu formarea de rugina. Varietatile tehnice de fier sunt aliaje ale fierului, in primul rand cu carbonul ( fonte si oteluri). Industrial se obtine in furnale inalte, prin reducerea oxizilor de fier. Este cunoscut din timpuri stravechi, descoperirea lui indeplinind un rol deosebit in dezvoltarea materiala si culturala a societatii omenesti ( epoca fierului). Din cauza ca este expus extrem de tare coroziunii ( degradare exercitata de oxigenul din aerul umed sau de diverse substante chimice), mai ales in stare pura, au fost gasite putine obiecte vechi, modelate, in comparatie cu cele din aur, argint sau cupru.
Importanta fierului nu se limiteaza numai la tehnologe. Fierul este indispensabil in mentinerea vietii la scara celulara. In cazul vegetalelor superioare el este indispensabil in formarea clorofilei ( pigment al plantelor verzi, care are rolul principal in procesul de fotosinteza), chiar daca nu face parte din compozitia insasi a pigmentului. In mediile naturale, rolul geobiologic al fierului este esential, el participand la evolutia pedologica a principalelor soluri. La om el se localizeaza mai ales in sange, in cazul in care cantitatile de metal aduse prin alimente intrec nevoile, eliminarea lui este minima, organismul "economisind fierul". Explicatia rolului extrem de important al fierului consta in aceea ca el face parte din compozitia substantelor necesare vietii: hemoglobina ( transportorul oxigenului), citocromul ( transportorul electronilor in reteaua respiratorie), enzimele heminice ( catalaze, peroxidaze).
Pentru extragerea fierului metalic din mineralele in care se afla, in special in stare de oxid feric ( Fe2O3), trebuie separat fierul de oxigen. Aceasta disociere este realizata la temeperatura ridicata printr-un tratament de reducere prin carbon. Metalul se satureaza atunci cu carbon, punctul sau de topire este coborat si el se aduna in stare lichida; aceasta este fonta. Ultima este supusa operatiei de rafinare, pentru eliminarea pe cat mai posibil a carbonului si a altor impuritati continute in mineral ( mai ales siliciu,mangan, sulf si fosfor). Cea mai mare parte a acestor elemente dispare prin oxidare. Aceasta este realizatala temperatura inalta, in faza lichida, fie prin suflaj in convertizoare Thomas sau Bessemer, fie prin contact cu oxidul de fier pe o vatra incalzita, in cuptoare Martin sau in cuptoare cu arc electric. Produsul final, otel sau fier moalem curge in forme, ca lingouri sau bilete ( tagle). In momentul actual, in toata lumea, se produc milioane si milioane de tone de otel.
Fierul industrial nu este niciodata pur. Produsul brut este fonta, produsa in furnale inalte ( metoda antica, a furnalelor scunde, permitea o obtinere directa a fierului, dar in cantitati mici); ea iese lichida din creuzet si este turnata in forme. Datorita rezistentei mari la presiune ( de 60 de ori mai mare decat a calcarului), fonta este utilizata ca suport: piliere, coloane; se mai fac din ea elemente decorative, fiinca se toarna usor. Fierul, obtinut prin decarburarea fontei ( eliminarea carbonului), in cuptoare, prin pudlaj ( un anumit procedeu de a obtine fier, otel), este maleabil, elastic si rezista bine la tractiune. In consecinta, el inlocuieste lemnul in sarpante si la plansee ( elemente ale constructiilor de cladiri). Otelul obtinut printr-o anumita rafinare, este mult mai omogen decat fierul, iar rezistenta sa la tractiune este de doua ori mai mare, ba chiar 3, in cazul otelurilor aliate. In toate cazurile in care este necesara reducerea structurilor de rezistenta, de mai mult de un secol, incetul cu incetul otelul a inlocuit fierul.
In linii foarte mari, dam o clasificare a otelurilor: aliaj fier-carbon cu continutul de 0,04-1,7% carbon - otel carbon; pana la 2,2% carbon - otel aliat, acel otel care, pe langa carbon, mai contine o serie de elemente de aliere ( crom, nichel, wolfram, vanadiu etc.), pentru a-i imbunatati proprietatile: sunt oteluri slab aliate ( cu pana la 5 % elemente de aliere) si oteluri inalt aliate ( cu 5% - 30% elemente de aliere). Apoi exista otel rapid ( foarte dur, duritate ce se mentine si la 500 - 600 grade Celsius - folosit la confectionarea sculelor); otel inoxidabil(rezistent la coroziune chiar in medii puternic oxidate si la temperaturi ridicate); otel profilat ( bare de otel obtinute prin laminare si avant sectiunea in forma de patrat, triunghi, cerc, L,T, I, U, Z si altele); otel beton ( folosit in confectionarea armaturilor elementelor de constructie din beton armant).
In zilele noastre viata pare imposibila fara otel. De la tine ( cuie foarte mici) si suruburi, pana la poduri lungi de cativa kilometri, fara suporturi intermediare, industria contructiilor nemaiputand sa existe fara otel ( macarale, cupole, turnuri ( Eiffel), zgarie-nori), in toate fierul si derivatele lui, prelucrate in cele mai fine masinarii, au devenit indisepensabile omului.