FER (Fe)

FER (Fe)

Scurt istoric : Ferul a fost cunoscut cu mii de ani i.Hr. de catre popoarele primitive, fiind metalul cel mai utilizat dupa bronz. Aparitia ferului in Egiptul antic este controversata, unii mentioaneaza anul 2000 i.Hr., dar in piramide s-au gasit si unele obiecte din fier care atesta o vechime de 4000 de ani i.Hr. In mormantul faraonului Tutankhamon s-a gasit o lama de cutit, care, analizata, a aratat originea ei meteorica. Ferul meteoric contine, in general, 90% fer si 8% nichel (restul fiind alte impuritati, in special cobalt). In anul 1000 i.Hr., la construirea templului lui Solomon din Ierusalim s-au folosit 2500 tone de fer, fapt ce arata ca in aceasta perioada el se producea in cantitati mari.

Regele statului caldeo-babilonean Nabucodonosor II, in anul 604 i.Hr. cand a cucerit Siria si Palestina, a luat din Damasc in captivitate si 1000 de potcovari. Damascul devenise renumit prin mesterii care prelucrau ferul, facand in special arcuri din otel.

In anul 50 i.Hr., cand Iulius Cezar invadeaza Marea Britanie de azi, gaseste fier forjat care avea pe atunci aceeasi valoare ca si aurul, din cauza ca fabricarea lui nu era cunoscuta in Anglia si provenea din import.

In India, la Delhi, exista o coloana de fier inalta de peste 6 m, cu o greutate de aproape 6 t. Ea a fost lucrata in anul 415 de catre Kumaragupta, in cinstea tatalui sau. Aceasta coloana nu este atinsa de rugina nici astazi, dupa 15 secole. Pe langa semnele de intrebare in legatura cu modul in care a putut fi prelucrat atunci un bloc atat de mare de fier, se mai adauga si secretul rezistentei sale deosebite fata de agentii de oxidare atmosferici. Analiza chimica a aratat o compozitie de 99,72 % fer si 0,28 carbon, nici o alta impuritate.

Dupa descoperirea Americii, s-a constatat ca bastinasii acestui continent, aztecii din mexic si incasii din Peru aveau mici obiecte din fier. Cand H. Cortés, cuceritorul sangeros care a distrus imperiul aztec si a cucerit Mexicul, i-a intrebat pe localnici de unde aveau ferul din care isi faceau cutitele, acestia au aratat spre cer. Intr-adevar, acest fer nu era de origine terestra, ci de origine meteorica.

Cuvantul sumerian an-bar, cel mai vechi cuvant care definea ferul, insemna cer si foc sau metal ceresc, ceea ce arata originea lui meteorica. In Vechiul Testament, ferul este mentionat sub numele de barzil, cuvant provenit probabil de la vechii asirieni care il numeau barza, iar Berzelaios insemna "omul de fier". Interesant este ca cel care stabileste masa atomica a ferului, dar abia peste doua milenii, este savantul suedez Berzelius. Coranul lui Mohamed mentioneaza si el ferul.

Ferul era simbolizat de Marte, zeul razboiului, probabil din cauza armelor de fier cu care se duceau razboaiele. Alchimistii asemanau ferul cu planeta Marte, iar Geber scria : "Marte sau ferul este un metal foarte livid, putin rosu". In anul 1350 apare in mod sporadic in Germania, iar peste un secol se dezvolta in Anglia cuptorul inalt care avea sa transforme fundamental industria ferului. In acest tip de cuptor se obtinea nu fer, ci fonta si otel, varietati tehnice de fer aliat cu carbon rezultate prin reducerea cu carbune a oxizilor de fer. Prin inventarea acestora, metalurgia ferului s-a transformat in industrie grea.

Denumirea elementului provine din latinescul ferrum.

Obtinere : Pentru obtinerea ferului pur se utilizeaza mai multe procedee : reducerea oxizilor proveniti prin descompunerea termica a unor combinatii (oxalat, carbonat) cu hidrogen molecular la cald ; disocierea termica a combinatiilor (aplicatie tehnica are disocierea pentacarbonilului de fer, Fe(CO) , prin care se obtine fer de inalta puritate, fin granulat, folosit in industria electrotehnica si in metalurgia pulberilor) ; electroliza in solutie apoasa a sarurilor feroase (FeCl , FeSO) care da de asemenea fer pur.

Metalurgia ferului (siderurgia), procedeu industrial aplicat pe scara larga, se bazeaza pe reducerea oxizilor de fer cu carbune, in furnale inalte de dimensiuni mari, captusite cu caramizi refractare. Acest procedeu duce la producerea fontei si a zgurei. Cea mai mare parte a fontei se transforma in otel. Fonta sau ferul brut este un aliaj de fer-carbon (peste 1,7 % C) cu continut variabil de sulf, fosfor, siliciu si mangan. Otelul este un aliaj fer-carbon cu continut de 0,1-0,7 %C, 0,3%Si, 0,6% Mn , 0,05%P si 0,05 % S.

Utilizari : ferul pur are putine utilizari : ca reducator in anumite procese industriale ( conversia CHcu vapori de apa la sinteza NH), la confectionarea unor magneti. In schimb sub forma de aliaje (fonta, oteluri,etc) are o importanta deosebita in toate domeniile activitatii umane. Fonta alba, continand carbon in forma de cementita, dura si casanta, este folosita ca materie prima pentru fabricarea otelurilor. Otelurile bogate in carbon (cca 1,4% C), deosebit de dure, sunt folosite la fabricarea de scule speciale pentru taierea metalelor, de brice etc.

Oxidul feric, FeO , este foarte dur si se intrebuinteaza ca pulbere abraziva fina, pentru slefuitul lentilelor sau al oglinzilor speciale. Fiind o pulbere mai ales rosie, serveste ca pigment anticorosiv in vopsele (miniu de fer, caput mortuum, rosu venetian). Alaunul de fer se utilizeaza in volumetrie ca indicator. Monosulfura feroasa, FeS, se utilizeaza pentru obtinerea hidrogenului sulfurat, HS , in laborator. Sarea Mohr (NH)SO×FeSO×6HO se utilizeaza ca substanta etalon in chimia analitica.

HAFNIU (Hf)

Scurt istoric : A fost descoperit in anul 1992 in mineralele cu zirconiu, de catre doi chimisti danezi, E.V. Hevesy(de origine maghiara) siD. Coster(de origine olandeza). Lucrand dupa indicatiile lui N.Bohr intr-un laborator al Institutului de Fizica din Copenhaga, acestia au reusit sa descopere un metal nou in urma analizei unei probe de nisip de pe plaja Taranaki Bay din Noua Zeelanda. Ei il numesc hafniu dupa numele vechi al orasului Copenhaga, Hafnia. Initial a fost denumit celtiu, nume care se mai utilizeaza in anumite carti franceze. A fost descoperit destul de tarziu deoarece, avand numarul de ordine 72, era cautat printre lantanide.

Obtinere : din cauza ca insoteste zirconiul, hafniul este greu de obtinut, separararea de acesta fiind extrem de dificila si laborioasa. De exemplu, mici diferente de solubilitate ale unor combinatii ale celor 2 metale fac posibila separarea lor - prin cristalizari fractionate si repetate de cateva sute de ori. Astfel (NH)[ZrF] se dizolva in proportie de 1.050 moli/litru, iar (NH)[HfF] se dizolva in proportie de 1.425 moli/litru, aceasta permitand separarea. La fel, prin actiunea PCl asupra oxizilor ZrOsi HfO se formeaza compusii de aditie 3ZrCl×2POCl si 3HfCl×2POCl ; compusul cu hafniu este mai volatil si se poate separa de compusul cu zirconiu.

Alte metode utilizate pentru separarea zirconiului de hafniu sunt : extractia cu solventi - Hf in apa si eter, schimbari de ioni in solutiile de fluoruri complexe sau precipitarea cu reactivi organici. Hafniul de inalta puritate se poate obtine prin disociatia termica la 600C a tretraiodurii de hafniu dupa metoda Van Arkel si De Boer. O alta metoda de separare ar fi separarea cromatografica - se trec clorurile de zirconiu si hafniu in solutie de metanol anhidru peste o coloana de gel de siliciu. Eluarea se face cu ajutorul unei solutii 1,9 N de HCl in alcool metilic. Anhidrul elueaza in mod preferential zirconiul. Hafniul ramas pe coloana este extras apoi cu o solutie de HSO 7N.

Utilizari : caracteristica hafniului este sectiunea de captura pentru neutroni. Aceasta proprietate a facut ca, in prezent, aproape intreaga cantitate de hafniu sa fie folosita la confectionarea barelor metalice care se introduc in portiunea activa a reactorului nuclear, pentru reglarea proceselor nucleare. Pe langa tehnica nucleara mai sunt si alte domenii de utilizare a hafniului, dar de mai mica importanta. Astfel, se poate evidentia rolul hafniului ca dezoxidant pentru elaborarea otelurilor, unde contribuie la imbunatatirea calitatii acestora. Dintre compusii chimici ai hafniului retine atentia in primul rand oxidul de hafniu, HfO, care este folosit la fabricarea unor sticle speciale, in calitate de catalizator pentru dehidrogenarea si deshidratarea alcoolului etilic. Un alt compus chimic interesant prin duritatea sa (apropiata de cea a diamantului), precum si datorita unei foarte ridicate temperaturi de topire(in jur de 3900C) este carbura de hafniu (HfC), care a inceput sa fie folosita in tehnica aerospatiala.

IRIDIU (Ir)

Scurt istoric : Inainte de anul 1803, cand medicul englez Wollaston descoperise paladiul si rodiul, S. Tennant (la care Wollaston era asistent), se ocupa si el de metalele platinice. Astfel, dizolvand o bucata de platina bruta in apa regala, acesta constata ca pe fundul vasului ramane o pulbere neagra cu luciu metalic. O examineaza cu mare atentie, o aliaza cu plumbul, fapt care il face sa traga concluzia ca este vorba despre un element nou, mai precis un metal nou.

Dar in acelasi an 1803, in Franta, un elev al lui N.L.Vauquelin pe nume Collet Descotils se ocupa si el de acest reziduu ce ramane la dizolvarea platinei brute in apa regala. Descotils trateaza reziduul cu solutie platino-amoniacala si obtine un precipitat rosu. Profesorul sau, Vauquelin, trateaza pulberea neagra initiala cu alcani, obtinand un oxid volatil, despre care este convins ca este oxidul elementului nou la care ajunsese si Descotils. Francezii se arata mai expeditivi si publica rezultatele in toamna anului 1803.

In Anglia, Tennant grabeste si el cercetarile si in primavara anului 1804 comunica Societatii Regale de Stiinte rezultatele, explicand ca pulberea neagra continea nu un metal nou, ci doua, care se puteau separa prin actiunea alternativa a acizilor si bazelor.

Ulterior s-au publicat in Franta memoriile lui Descotils si Vauquelin cu rezultatele obtinute, dar nici unul dintre acestia nu remarcasera faptul ca era vorba de doua metale diferite. S.Tennant numeste metalul Iridiu, din cauza coloritului variat al sarurilor sale, asemanatoare curcubeului, grecescul iridis insemnand curcubeu.

Obtinere : Extragerea iridiului este un procedeu complex, pentru ca acesta apare in minereuri alaturi de rodiu, paladiu, argint, platina si aur. Este necesar un tratament preliminar pentru indepartarea : Ag, Au, Pd, Pt. Reziduul este topit cu NaHSO, cu formarea sarii solubile RhO(SO) si a unui reziduu insolubil care contine iridiu. Acesta din urma este topit in continuare cu NaO, dupa care, adaugandu-se apa, se indeparteaza sarurile de ruteniu si osmiu. Noul reziduu obtinut, care contine IrO, se dizolva in apa regala cu formarea unei solutii pure de (NH)IrCl. Dupa evaporare si ardere in hidrogen se obtine iridiu pur.

Utilizari : In prezent utilizarile iridiului sunt reduse. Poate fi mentionata utilizarea iridiului ca metal la confectionarea de catozi si electrozi pentru bujiile unor motoare cu ardere interna. Se foloseste ca element de aliere. Astfel, aliajul Ir-Pt, datorita faptului ca prezinta o rezistenta mecanica buna, nu se oxideaza si isi mentine dimensiunile, serveste la confectionarea etaloanelor pentru masuri si greutati ; aliajul Rh-Ir este intrebuintat la fabricarea contactelor electronice ; aliajele Pt-Ir sau Os-Ir se folosesc pentru fabricarea acelor medicale , a varfurilor de penite pentru stilouri, a creuzetelor si vaselor de laborator. Iridiul coloidal poseda proprietati catalitice, fiind folosit drept catalizator in unele reactii din chimia anorganica sau organica.