Fer - L’Élémentarium

Fer

Le nom fer vient du latin ferrum qui désignait cet élément. Même si l’âge du fer se situe chronologiquement après l’âge du cuivre et l’âge du bronze, certaines régions avaient découvert le fer avant le bronze et parfois avant le cuivre. Le premier peuple à utiliser le fer au quotidien vivait dans le sud du Caucase en 1 500 avant notre ère. Ce n’est que vers 800 avant notre ère que la technique de travail du fer arrive dans les pays méditerranéens.

Données physico-chimiques

Données atomiques

Numéro atomique

Masse atomique

Configuration électronique

Structures cristallines

Rayon métallique pour la coordinence 12

55,85 g.mol^-1

[Ar] 3d⁶ 4s²

alpha puis gamma entre 912°C et 1394°C et à nouveau alpha.

Forme alpha : cubique centrée de paramètre a = 0,286 nm
Forme gamma : cubique à faces centrées de paramètre a = 0,356 nm

127,4 pm

Données physiques

Masse volumique	Dureté	Température de Curie	Température de fusion	Température d’ébullition	Conductibilité électrique	Conductibilité thermique	Solubilité dans l’eau
7,96 g.cm^-3	4	770°C	1 535°C	2 750°C	9,93.10⁶ S.m^-1	80,2 W.m^-1.K^-1	insoluble

Données chimiques

Électronégativité de Pauling	pKa : Fe²⁺_aq/FeOH⁺_aq	pKa : Fe³⁺_aq/FeOH²⁺_aq	pKs : FeCO₃	pKs : Fe(OH)₂	pKs : Fe(OH)₃	pKs : FeS
1,93	7	2,2	10,7	15,1	37,2	17,3

Potentiels standards :

Fe(OH)₂ + 2e = Fe_(s) + 2OH^–	E° = -0,875 V
FeO₄^2- + 8H⁺ + 3e = Fe³⁺ + 4H₂O	E° = 2,2 V
FeO₄^2- + 3H₂O + 3e = FeOOH_(s)+ 5OH^–	E° = 0,7 V
Fe(OH)₄^– + e = Fe(OH)₄^2-	E° = -0,73 V
Fe³⁺ + e = Fe²⁺	E° = 0,771 V
Fe²⁺ + 2e = Fe(s)	E° = -0,44 V
Fe₃O_4(s)+ 8H⁺ + 2e = 3Fe²⁺ + 4H₂O	E° = 1,23 V

Données thermodynamiques

Fer alpha :

Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 27,3 J.K^-1mol^-1
Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 25,1 J.K^-1mol^-1
Enthalpie molaire standard de fusion à la température de fusion : 15,1 kJ.mol^-1
Enthalpie molaire standard d’ébullition à la température d’ébullition : 352,3 kJ.mol^-1

Fer gazeux :

Enthalpie molaire standard de formation à 298,15 K : 416,5 kJ.mol^-1
Enthalpie libre molaire standard de formation à 298,15 K : 370,8 kJ.mol^-1
Entropie molaire standard à 298,15 K : S° = 180,4 J.K^-1mol^-1
Capacité thermique molaire sous pression constante à 298,15 K : Cp° = 25,7 J.K^-1mol^-1

Données industrielles

Les aciers

Voir ces produits.

Les composés chimiques du fer

Le principal composé utilisé est le chlorure ferrique (FeCl₃) qui est fabriqué, en solution, par attaque chlorhydrique de ferrailles suivie d’une oxydation par le dichlore ou directement par attaque de ferrailles par FeCl₃. Par ailleurs, l’attaque acide directe de minerai de fer est de plus en plus employée.

Le chlorure ferrique est également préparé anhydre par attaque de ferrailles par le dichlore vers 500-700°C ou obtenu comme sous-produit de la fabrication du dioxyde de titane par chloration (voir ce chapitre).

En France, les principaux producteurs sont les suivants :

Kuhlmann, ex Produits Chimiques de Loos, filiale du groupe belge Tessenderlo, à Loos (59), avec une capacité de production de 200 000 t/an,
Feracid, société commune entre Novacid (Novacap) devenu Seqens en décembre 2018 et le groupe suédois Feralco, à Pont-de-Claix (38) avec une capacité de production de 60 000 t/an est devenue, en mai 2021, propriété totale du groupe Feralco,
Kem One à Lavera (13) avec 30 000 t/an,
Eramet à Sandouville (76).

Le chlorure ferrique est principalement employé dans le traitement des eaux usées, comme agent floculant ainsi que pour l’élimination des ions phosphates, par précipitation du phosphate ferrique, afin de lutter contre l’eutrophisation des rivières.