Titanul este un element chimic cu simbolul Ti i numrul atomic 22. Are o densitate mic i este un metal de tranziie dur, lucios i rezistent la coroziune (inclusiv fa de apa de mare, apa regal i clor), cu o culoare argintie. Titanul poate fi folosit n combinaii cu fierul, vanadiul, molibdenul, printre alte elemente, cu scopul de a produce aliaje puternice i uoare pentru aerospaiu (motor cu reacie, proiectil sau nave spaiale), uz militar, procese industriale (chimicale i petro-chimicale, uzine de desalinizare, hrtie), automobile, agro-alimentare, proteze medicale, implanturi ortopedice, intrumente i pile dentare, implanturi dentare, bijuterii, telefoane mobile i alte aplicaii.[2] Titaniul a fost descoperit n Anglia de William Gregor n 1791 i numit de Martin Heinrich Klaproth dup Titanii din mitologia greac. Elementul apare n anumite depozite de minerale, n special rutil i ilmenit, care sunt larg distribuite n scoara Terrei i n litosfer, i se gsete n aproape toate vietile, rocile, acumulri de ap sau soluri.[2] Metalul este extras din minereurile sale principale prin procesul Kroll[3] sau procesul Hunter. Cel mai comun compus al su, dioxidul de titan, este utilizat n fabricarea pigmenilor albi.[4] Ali compui includ tetraclorura de titan (TiCl4, folosit n scrisul pe cer i ca un catalizator) i triclorura de titan (TiCl3, folosit ca un catalizator n procesul de fabricare a polipropilenei).[2] Dou dintre cele mai folositoare proprieti ale metalului este rezistena la coroziune i raia duritate-greutate cea mai mare dintre toate metalele.[5] n starea sa pur, titaniul este la fel de dur ca unele tipuri de oel, dar cu 45% mai uor.[6] Sunt dou forme alotropice[7] i cinci izotopi naturali ai acestui element; de la 46Ti pn la 50Ti, cu 48Ti fiind cel mai abundent (73,8%).[8] Proprietile titanului sunt similare chimic i fizic cu cele a zirconiului.

FiziceUn element chimic metalic, titanul este recunoscut pentru raia sa duritate-greutate mare.[7] Este un metal dur cu densitate mic, care este destul de ductil (n special n mediile fr oxigen),[9] lucios i alb argintiu n culoare.[10] Temperatura relativ ridicat a punctului de topire (peste 1649 C) l face folositor ca metal refractar. Tipurile comerciale de titan (cu puritate de 99,2%) au rezistena de rupere la traciune maxim de 434 MPa, identic cu cea a aliajelor de oel de calitate slab, dar sunt cu 45% mai uoare.[6] Titanul este cu 60% mai dens dect aluminiul, dar mai mult de dou ori mai rezistent dect aliajul de aluminiu 6061-T6, cel mai des folosit.[6] Anumite aliaje de titan (ex. Beta C) ajung la rezistena de rupere la traciune de peste 1.400 MPa.[11] Totui, metalul i pierde din duritate cnd este nclzit la temperaturi mai mari de 430 C (806 F).[12] Este relativ dur, dei nu la fel de puternic precum unele tipuri de oel clit la cldur, nonmagnetic i un conductor slab de cldur i electricitate. Manipularea necesit precauii deoarece materialul se va nmuia i deforma plastic dac obiecte ascuite sau metode adecvate de rcire nu sunt utilizate. Ca i cele fcute din oel, structurile din titan au o limit de oboseal care garanteaz longevitatea n anumite aplicaii.[10] Metalul este, din punct de vedere alotropic, dimorfic, cu forma hexagonal alfa schimbndu-se la cea cubic centrat beta la 882 C (1.619,6 F).[12] Cldura specific a formei alfa crete considerabil ct timp este nclzit la temperatura aceasta de tranziie, dar apoi scade i rmne oarecum constant pentru forma beta, indiferent de temperatur.[12] Similar zirconiului i hafniului, exist i o faz omega suplimentar, care este stabil termodinamic la presiuni mari, dar care poate fi metastabil la presiuni ambientale. n aceast faz, de regul, structura este hexagonal (ideal) sau trigonal (denaturat) i poate fi privit ca fiind cauza existenei

fononilor acustici de joas frecven din faza beta, care pot determina distrugerea planelor cristalografice(111).[13]

[modific] ChimiceProprietatea chimic a titanului cea mai notabil este rezistena sa excelent la coroziune; este aproape la fel de rezistent ca platina, capabil de a se mpotrivi atacurile cauzate de acizi sau clor dizolvat n ap, dar este solubil n acizi concentrai.[14] n ciuda faptului c diagrama Pourbaix destinat titanului arat c acesta este, din punct de vedere termodinamic, un metal foarte reactiv, reaciile sale cu apa i aerul sunt ncete.

Diagrama Pourbaix pentru titan n ap pur, acid percloric sau hidroxid de sodiu.[15] Metalul formeaz un strat de oxid pasiv i protector (adugnd la rezistena mpotriva coroziunii) atunci cnd este expus unei temperaturi ridicate n aer, dar la temperatura camerei rezist la pierderea lustrului.[9] Cnd se formeaz pentru prima dat, acest strat protector este de numai 2 nm grosime, dar continu s creasc ncet, ajungnd la 25 nm n patru ani.[16] Titanul arde n aer cnd este nclzit la 1.200 C (2.192 F) i n oxigen pur la 610 C (1.130 F) sau mai mult, formnd dioxid de titan.[7] Prin urmare, metalul nu poate fi topit n aer liber din cauz c arde nainte de a ajunge la punctul de topire, deci acest proces poate fi efectuat doar ntr-o atmosfer inert sau n vid. Este, de asemenea, unul din puinele elemente ce ard n azot gazos pur (la 800 C sau 1,472 F i formeaz azotur de titan, care cauzeaz pierderea ductilitii).[17] Titanul este rezistent la acizii sulfuric i hidrocloric diluai, clor gazos, soluii clorice i la majoritatea acizilor organici.[3] Este paramagnetic (slab atras de magnei) i are conductivitatea electric i termic relativ sczute.[9] Demonstrat experimental, titanul natural poate deveni radioactiv dup ce este bombardat cu nuclei de deuteriu, emind n principal pozitroni i raze gamma.[3] Cnd este ncins, metalul se combin cu oxigenul, iar cnd ajunge la 550 C (1.022 F), se combin cu clorul.[3] De asemenea, reacioneaz i cu alte halogene i absoarbe hidrogen.[4]

[modific] Compui

Burghiu acoperit cu un strat de TiN. Numrul de oxidare +4 domin n chimia titanului,[18] dar compuii din starea de oxidare +3 sunt de asemenea comuni.[19] Datorit acestei valene mari, muli compui ai titanului au o tendin mare spre legturi covalente. Safirele i rubinele i procur proprietatea de asterism de la impuritile de dioxid de titan prezent n ele.[16] Din aceast substan sunt fcui i titanaii. Titanatul de bariu are proprieti piezoelectrice, astfel fiind posibil uzul su ca traductor n interconversia sunetului i electricitii. [7] Esterii titaniului sunt formai prin reacia alcoolilor cu tetraclorura de titan i sunt folosii ca materiale impermeabile.[7] Azotura de titan (TiN) este des folosit pentru a acoperi instrumente de tiere, precum burghiile. [20] i gsete i uz ca un strat decorativ de culoare aurie i ca metal de barier n fabricarea semiconductorilor.[21]

Tetraclorura de titan (clorur de titan(IV), TiCl4) este un lichid incolor care este folosit ca intermediar n prelucrarea dioxidului de titan pentru vopsea.[22] Este des folosit n chimia organic ca acid Lewis, de exemplu n condensarea de aldoli a lui Mukaiyama.[23] Titanul formeaz, de asemenea, i o clorur cu valena mai mic, anume triclorur de titan (TiCl3), care este utilizat ca agent reductor.[24] Diciclopentadiena de titan este un catalist important n formarea legturilor carbon-carbon. Izopropoxidul de titan i are folosul n epoxidarea Sharpless. Ali compui includ bromur de titan (folosit n metalurgie, superaliaje i cabluri electrice de temperatur nalt) i carbur de titan (gsit n instrumentele de tiere de temperatur nalt).[4]

[modific] Abunden AbundenProduct or Mii de tone % din total

Australia

1291.0

30.6

Africa de Sud

850.0

20.1

Canada

767.0

18.2

Norvegia

382.9

9.1

Ucraina

357.0

8.5

Alte ri

573.1

13.6

Total planet

4221.0

100.0

Sursa: producia din 2003 a dioxidului de titan.[25] Din cauza rotunjirilor, valorile nu adun 100%.

Titanul este ntotdeauna legat de alte elemente n natur. Este al noulea cel mai abundent element din scoara terestr (0,63% dup mas)[26] i al aptelea dintre metale. Este prezent n majoritatea rocilor vulcanice i n cele sedimentare derivate din ele, precum i n vieti sau n acumulrile naturale de ap.[3][9] De fapt, din cele 801 tipuri de roci vulcanice analizate de United States Geological Survey, 784 conineau titan.[26] Proporia n care se gsete prin soluri este aproximativ de la 0,5% la 1,5%.[26]

Titanul este larg distribuit i se gsete natural mai ales n mineralele anatas, brookit, ilmenit, perovskit, rutil, titanit, dar i n multe minereuri de fier.[16] Dintre acestea, doar rutilul i ilmenitul au importan economic, cu toate c gsirea lor n concentraii mari este dificil. Cantiti considerabile de ilmenit cu titan se gsesc n Australia de vest, Canada, China, India, Noua Zeeland, Norvegia i Ucraina.[16] Ctimi mari de rutil sunt extrase din America de Nord i Africa de Sud i contribuie la producia anual de 90,000 tone de metal i 4,3 milioane tone de dioxid de titan.[16] Rezervele totale de titan au fost estimate a depi 600 milioane tone.[16] Meteoriii pot conine acest element, care a fost detectat n soare i n stelele de tip M,[3] cel mai rece tip de stea, cu o temperatur de suprafa de 3.200 C (5.792 F).[27] Rocile aduse napoi de pe lun n timpul misiunii Apollo 17 sunt compuse n procent de 12,1% din TiO2.[3] Titaniul se mai poate gsi n cenua crbunilor, plante sau chiar corpul uman.

[modific] IzotopiPentru detalii, vezi: Izotopii titanului.

Titanul natural este compus din cinci izotopi stabili: 46Ti, 47Ti, 48Ti, 49Ti i 50Ti, cu 48Ti fiind cel mai abundent (73,8% abunden natural). Au fost sintetizai artificial unsprezece radioizotopi, cei mai stabili fiind 44Ti cu un timp de njumtire de 63 de ani, 45Ti cu timpul de njumtire de 184,8 minute, 51Ti cu 5,76 minute i 52Ti cu 1,7 minute. Ceilali radioizotopi l au mai puin de 33 de secunde, iar majoritatea sunt mai mici dect jumate de secund.[8] Izotopii titanului variaz n mas atomic, de la 39,9 u (40Ti) la 57,966 u (58Ti). Modul primar de dezintegrare nainte de cel mai abundent izotop stabil, 48Ti, este captura de electroni, iar modul primar de dup acesta este radiaia beta. Principalele produse de dezintegrare dinainte de 48Ti sunt izotopii elementului 21, iar de dup sunt izotopii elementului 23.[8]

[modific] IstoricTitanul a fost descoperit fiind inclus ntr-un mineral din Cornwall, Anglia, n 1791 de geologul amator i pastorul William Gregor, atunci vicar al parohiei din Creed.[28] El a recunoscut prezena unui nou element n ilmenit[4] cnd a gsit nisip negru pe malul unui pru de lng o parohie din Manaccan i a observat c acesta era atras de magnet.[28] Analiza nisipului a determinat prezena a doi oxizi metalici: oxid de fier (ceea ce explic atracia fa de magnet) i 42,25% un oxid metalic de culoare alb pe care nu l putea identifica.[26] Gregor, realiznd c oxidul necunoscut coninea un metal care nu se potrivea cu proprietile niciunui alt element cunoscut pe atunci, a dat raportul Societii Geologice Regale din Cornwall i jurnalului de tiin german Crell's Annalen.[28]

Martin Heinrich Klaproth a numit titanul dup Titanii din mitologia greac.

n aceeai perioad, Franz-Joseph Mller von Reichenstein a produs o substan similar, dar nu o putea identifica.[4] Oxidul a fost apoi redescoperit independent n 1795 de chimistul german Martin Heinrich Klaproth n rutilul pe care l avea din Ungaria.[28] Klaproth a recunoscut acolo un nou element i l-a numit dup Titanii din mitologia greac.[27] Dup ce a auzit de descoperirea anterioar a lui Gregor, a obinut o mostr de manaccanit i a confirmat c acesta coninea titan.

Procesele necesare pentru a extrage titanul din minereurile sale variate sunt laborioase i costisitoare; nu este posibil reducerea n maniera normal, prin nclzirea n prezena carbonului, cci asta ar produce carbur de titan.[28] Titanul metalic pur (99,9%) a fost pentru prima dat preparat n 1910 de Matthew A. Hunter prin nclzirea TiCl4 cu sodiul ntr-o capsul de oel la 700800 C prin procesul Hunter.[3] Metalul nu a fost utilizat n afara laboratorului pn n 1932, cnd William Justin Kroll a dovedit c poate fi produs prin reducerea tetraclorurii de titan n prezena calciului.[29] Opt ani mai trziu, el a perfecionat procesul, folosind magneziu sau chiar sodiu n ceea ce a devenit cunoscut ca procesul Kroll.[29] Dei cercetrile asupra unor procese mai eficiente i mai ieftine continu (ex. FFC Cambridge), procesul Kroll este nc folosit pentru producii comerciale.[3][4]

O bar de cristal de titan produs prin procesul iodurii.

Titanul de puritate nalt a fost fabricat n cantiti mici cnd Anton Eduard van Arkel i Jan Hendrik de Boer au descoperit procesul iodurii, sau barei de cristal, n 1925, prin reacia cu iodul i descompunerea vaporilor formai deasupra unui filament fierbine n metal pur.[30] n anii 1950 i 1960 Uniunea Sovietic a fost pioner n ntrebuinarea titanului n aplicaii militare i submarine (clasa Alfa i clasa Mike)[31] ca parte a programelor legate de Rzboiul Rece.[32] ncepnd cu anii 1950 timpurii, metalul a debutat n scopuri militare aviatice, n particular avioane cu reacie de nalt performan, pornind de la aeronave precum F100 Super Sabre i Lockheed A-12. n S.U.A., Departamentul de Aprare a fost adus la cunoin de importana strategic a metalului[33] i a sprijinit primele eforturi de comercializare a acestuia.[34] Prin perioada Rzboiului Rece, titanul a fost considerat un material strategic de ctre guvernul S.U.A., iar o mare nmagazinare de burei de titan a fost ntreinut de Defense National Stockpile Center, care a fost epuizat ntr-un final n 2005.[35] Astzi, cel mai mare productor mondial, VSMPOAvisma cu baza n Rusia, este estimat a rspunde pentru 29% din cota pieii mondiale.[36] n 2006, Agenia de Aprare a Statelor Unite a acordat $5,7 milioane unei companii de dou consorii pentru a dezvolta un nou proces de fabricare a titanului n form de pudr metalic. Sub condiii de cldur i presiune, pudra poate fi folosit pentru a crea obiecte puternice i uoare, ce variaz de la blindaj la componentele pentru aerospaiu, transport i industriile de procesare chimic.[37]

[modific] Producie i fabricaie [modific] Aplicaii

[modific] Pigmeni, aditivi i tencuieli [modific] Aerospaiale i marine [modific] Industriale [modific] De consum i de arhitectur

[modific] Medicale[modific] Aspecte de securitate i sntate

Urzica poate conine pn la 80 de pri per milion de titan.

Titanul este non-toxic chiar i n cantiti mari i nu poart niciun rol natural n corpul uman.[27] O mas estimat de 0,8 miligrame de titan este ingerat de oameni n fiecare zi, dar majoritatea trece prin organism fr a fi absorbit.[27] Are, totui, o tendin de a se bio-acumula n esuturile ce conin dioxid de siliciu. Un sistem necunoscut n plante s-ar putea s foloseasc metalul pentru a stimula producia carbohidrailor i ncurajarea creterii. Acest fapt ar putea explica de ce majoritatea plantelor au o parte per milion (ppm) de titan, plantele alimentare au 2 ppm, iar coada calului i urzica au pn la 80 ppm.[27] Ca pudr sau n form de pilitur metalic, titanul reprezint un risc semnificativ de incendiu i, dac este nclzit n aer, un risc de explozie.[38] Metodele pe baz de ap i dioxid de carbon pentru stingerea focurilor sunt ineficiente asupra titanului arznd; ageni pentru combaterea focului de tip D sub form de pudr anhidr trebuiesc folosii n schimb.[4] Cnd este folosit n fabricarea sau manipularea clorului, trebuie luate msuri de precauie pentru uzul titanului doar n locurile unde nu va fi expus clorului gazos anhidru, din care poate rezulta un foc de titan/clor.[39] Exist risc de incendiu chiar i cnd este ntrebuinat n clorul hidratat din cauza uscrii neateptate a gazului, determinat de condiiile climaterice extreme. Titanul poate lua foc cnd o suprafa proaspt, ne-oxidat intr n contact cu oxigen lichid.[40] Aceste suprafee pot aprea n cazul n care cele oxidate sunt lovite cu un obiect greu, sau atunci cnd o tensiune mecanic cauzeaz apariia unei crpturi. Aceasta reprezint o posibil limitare n utilizarea titanului n sistemele de oxigen lichid, cum ar fi cele gsite n industria aerospaial.

Fierul este un element chimic metalic, notat cu simbolul Fe . Numrul su atomic este 26, iar masa atomic este 56. Fierul se afl n grupa a 8-a i perioada 4, fiind astfel clasificat ca un metal tranziional. Fierul i aliajele sale (oelurile) sunt pe departe cele mai comune materiale feromagnetice folosite zilnic. Suprafeele proaspete de fier sunt lucioase i au o culoare griargintie, care se oxideaz n aer, formnd un strat rou sau brun de oxid feric sau rugin. Cristalele pure de fier sunt moi (mult mai moi ca i aluminiul), iar adiia unor cantiti de impuriti, cum ar fi carbonul, le crete rezistena n mod semnificativ. Producerea aliajelor de fier cu cantiti potrivite din alte metale i carbon, precum oelul, face ca aliajul s fie de 1,000 ori mai rezistent dect fierul pur. Izotopul 56Fe este cel mai greu izotop stabil rezultat din procesul alfa din nucleosinteza stelar; elementele mai grele dect fierul i nichelul sunt necesare producerii unei supernove. Este metalul cel mai abundent n nucleul giganilor roii, i cel mai abundent metal n meteorii. Este cel mai dens metal n nucleul planetelor, precum Pmntul. Fierul este un metal de culoare gri-argintie, cu un punct de topire ridicat (1538 C) i o larg rspndire n natur, sub form de combinaii chimice.[1]

Este ultimul element care poate fi produs prin fuziune nuclear n nucleele stelelor (dar doar n cele cu mas mai mare de 5 mase solare), i deci cel mai greu element a crui formare nu necesit un eveniment cataclismic de tipul unei supernove. [2]

[modific] IstoricPrimul tip de fier cunoscut i utilizat de oameni provenea din meteorii. n Egipt i Mesopotamia s-au descoperit vrfuri de suli i obiecte decorative cu aceast origine, datnd din jurul anului 4000 .Hr. [3] 2000 de ani mai trziu a aprut i fierul prelucrat din minereu (la nceput cel numit fier de mlatin - n englez bog iron, sau limonit), folosit ns doar pentru obiecte de cult i considerat mai valoros dect aurul. ntre 1600 .Hr. i 1200 .Hr. a nceput obinerea fierului n topitorii primitive, n Imperiul Hitit (Anatolia i Caucaz). Dispariia acestui imperiu a permis rspndirea cunotinelor despre prelucrarea fierului n toat regiunea, facilitnd trecerea de la Epoca Bronzului la Epoca Fierului. n jurul anului 550 Hr. n China a fost inventat furnalul i s-a obinut prima font turnat.

Coloana de fier din Delhi

Oelul, aliaj al fierului cu relativ puin carbon, a fost produs, se pare, pentru prima dat n India, n secolul al III-lea. Un exemplu al miestriei indiene n domeniul metalurgiei este i faimoasa coloan de fier din Delhi, care este constituit n proporie de 98% din fier forjat i a fost ridicat la sfritul secolului al IV-lea sau nceputul secolului al V-lea[4]. n Europa, primele arje de font turnat au fost obinute n Suedia, n secolul al XV-lea (Lapphyttan i Vinarhyttan). Ghiulele de tun din font au permis apoi rspndirea acestui material i a metodelor de obinere n toat lumea. Combustibilul de baz pentru aceste procese era crbunele de lemn (mangalul). Dispariia accentuat a pdurilor din Marea Britanie a dus n secolul al XVIII-lea la nlocuirea mangalului cu cocsul, de ctre Abraham Darby. Acest lucru, mpreun cu inventarea mainii cu abur, a dus la Revoluia industrial[5]. La sfritul anilor 1850, Henry Bessemer a inventat un nou procedeu de fabricare a oelului cu coninut foarte sczut de carbon, la care se sufla aer prin fonta brut topit. Acest progres a dus la diminuarea treptat a produciei de fier forjat.

Meteoritul feros Sihote Alin

[modific] Rspndire n naturCa abunden, fierul este al zecelea element n univers i al 4-lea pe Pmnt (al doilea metal, dup aluminiu). Ca mas ns, fierul ocup primul loc pe Pmnt. n prezent se consider c 80% din nucleul interior al Pmntului este format din fier. Sub form de diverse combinaii, el formeaz 5% din scoara terestr, ns n stare pur se gsete doar accidental (n meteorii). Se

presupune de asemenea c planeta Marte i datoreaz culoarea roiatic unui sol bogat n oxid de fier.[6]

[modific] IzotopiFierul prezint patru izotopi naturali. n ordinea abundenei relative, acetia sunt: 56Fe (91,7 %), 54 Fe (5,8 %), 57Fe (2,2 %) i 58Fe (0,3 %). De asemenea, se cunosc ali 10 izotopi sintetici ai fierului. S-a demonstrat (prin corelaia existent ntre abundena izotopului 60Ni, un produs de dezintegrare al 60Fe, i abundenele izotopilor stabili ai fierului n unii meteorii) c 60Fe a existat n stare natural n perioada de formare a sistemului solar.[7]

Bucat de fier cu puritate 99,7%

[modific] Forme alotropicen funcie de domeniile de temperatur la care sunt stabile i de structura cristalin, este acceptat astzi existena a 3 stri alotropice ale fierului solid:

Fierul are o structur cristalin cubic cu volum centrat i este stabil de la temperatura ambiant pn la temperatura de 1185 K (912oC). ntre temperatura ambiant i temperatura de 1043 K (770oC) (punctul Curie), fierul este feromagnetic, iar peste 1043 K devine paramagnetic. Din aceast cauz, iniial formei structurale de fier existente ntre 1043 K i 1185 K i s-a dat denumirea de fier . Ulterior s-a renunat la aceast denumire ntruct ntre fierul i fierul nu exist alte diferene. Fierul are o structur cristalin cubic cu fee centrate i este stabil ntre 1185 K (912oC) i 1667 K (1394oC). Fierul are o structur cristalin cubic cu volum centrat i este stabil ntre 1667 K (1394oC).i temperatura de topire, 1811 K (1538oC).[8]

Not: La nivel mondial nu s-a ajuns nc la un acord complet n privina poziiei exacte a diferitelor puncte caracteristice ale fierului (i nici a punctelor caracteristice din diagrama de echilibru fier-carbon). Valorile indicate aici pentru temperaturi sunt cele ntlnite n monografiile de specialitate uzuale din Romnia.

Structura atomic a fierului

[modific] Combinaii chimiceFierul formeaz cu oxigenul combinaii bivalente i trivalente. Fenomenul de oxidare a fierului se mai numete ruginire. Oxidul feros, FeO (II), se obine prin arderea direct a fierului. El este stabil doar la temperaturi de peste 833 K (560oC) i este de culoare neagr.

Oxidul feric, Fe2O3 (III), numit i hematit, este un mineral de culoare maronie, obinut prin oxidarea fierului n condiiile existenei unui surplus de oxigen. El reprezint principala surs de obinere a fierului. Oxidul feric-feros, Fe3O4 (II,III), numit i magnetit, este materialul natural cu cele mai bune proprieti magnetice. Dei aceti oxizi formeaz straturi protectoare la suprafaa pieselor, porozitatea acestor straturi este att de mare nct obiectele din fier expuse efectelor atmosferei ruginesc continuu pn la distrugerea lor complet. Oxidul feric este opac la radiaii ultraviolete i infraroii, proprietate ce i gasete aplicaii la fabricarea geamurilor termoabsorbante. n combinaie cu carbonul, fierul poate forma soluii solide sau carbura de fier Fe3 (numit i cementit). n funcie de temperatur i de coninutul de carbon, soluiile solide sunt ferita, austenita i ferita . Pentacarbonilul de fier, Fe(CO)5 se obine prin reacia, sub presiune, a fierului cu monoxidul de carbon. Prin descompunerea sa se obine fierul carbonil cu o puritate de 97,5 %. De asemenea, el se folosete pentru obinerea a numeroi compui ai fierului cu utilizare n sinteza organic. Tiocianatul de fier, Fe(SCN)3 are o culoare roie caracteristic i servete la punerea n eviden a ionilor Fe3+.

[modific] Obinere

[modific] Minereuri

Roc cu formaiuni feroase n benzi, descoperit n America de Nord

Datorit reactivitii sale mari, n natur fierul se gsete n stare pur doar n cazuri foarte rare, de obicei n meteoriii feroi. Cele mai des utilizate minereuri de fier sunt hematitul, magnetitul, ilmenitul (FeTiO3), sideritul (FeCO3), limonitul (amestec de goethit - -FeO(OH) - i lepidocrocit - -Fe3+O(OH)) i pirita (FeS2). Cele mai mari zcminte de minereu de fier sunt asociate cu aa-numitele formaiuni feroase n benzi (n englez: Banded Iron Formations). Minereurile de fier se exploateaz att n exploatri de suprafa, ct i n mine. Cele mai importante exploatri de suprafa se gsesc n America de Sud (n special n Bolivia i Brazilia), n vestul Australiei, n China, n Ucraina i Canada. n ultimii ani, aceste ri au nlocuit treptat rile cu tradiie n extragerea minereului de fier din mine, cum ar fi Frana, Suedia sau Germania. Cel mai important zcmnt de fier se afl la El Mutn n Bolivia, unde se estimeaz c exist cca. 40 miliarde tone de minereu cu un coninut de fier de peste 50 %.[9]

Dup extragere, minereul se mrunete i se macin, dup care granulele de minereu se sorteaz dup mrime i se sinterizeaz. Aceasta nseamn c, sub influena unei clduri foarte mari i cu adaosuri de materiale calcaroase, granulele mici se unesc n bulgri mai mari, poroi. Acest lucru este esenial pentru c, ulterior, granulele fine ar mpiedica trecerea normal a curentului de aer prin furnal.

[modific] Productori de fiern anul 2000, la nivel mondial au fost produse aproximativ 1 miliard de tone de minereu de fier, valornd cca. 25 miliarde euro. Din aceast cantitate de minereu s-au obinut aproximativ 572 milioane tone de font brut. Minereurile de fier sunt exploatate n prezent n 48 de ri, primii cinci productori: China, Brazilia, Australia, Rusia i India asigurnd 70% din producia mondial total.

Erzberg, Austria, cel mai mare zcmnt de siderit din lume

rile cu cea mai mare producie de minereu de fier (2005)[10]

Rang

ara

Producia (n mil. t)

1

China

420

2

Brazilia

280

3

Australia

262

4

India

140

5

Rusia

97

6

Ucraina

69

7

SUA

54

8

Africa de Sud

40

9

Canada

30

10

Suedia

23

-

Total mondial

1540

Combinat siderurgic (Galai, Romnia)

Cei mai mari productori de font brut la nivel mondial (2003)[11]

Ra ng

ara

Produc ia Ra (n mil. ng t)

ara

Produc ia (n mil. t)

1

China

202,3

10

Frana

13

2

Japonia

82,1

11

Taiwan

10,3

3

Rusia

48,3

12

Italia

10,1

4

SUA

39,1

13

Marea Britanie

10,1

5

Brazilia

32

14

Canada

8,5

6

Ucraina

29,6

15

Belgia

7,8

7

Germania

29,5

16

Africa de Sud

6,2

8

Coreea de Sud

27,3

17

Australia

6,1

9

India

26,1

18

Olanda

5,8

Pentru o list mai detaliat a rilor productoare, vezi Lista celor mai mari productori de font brut.

[modific] Modaliti de obinereLa scar industrial, fierul este produs pornind de la minereu printr-o reacie de reducere direct cu carbon, la temperaturi de cca. 2000 C, n furnale (cuptoare nalte). Aceasta permite nlturarea sub influena temperaturilor nalte a componenilor neferoi sau pmntoi din minereu. n partea superioar a furnalului se introduce minereu de fier, carbon sub form de cocs i un flux de genul carbonatului de calciu sau a dolomitului, n timp ce prin partea de jos este insuflat un curent de aer cald. Cocsul reacioneaz cu oxigenul din curentul de aer, formnd monoxid de carbon:6 C + 3 O2 6 CO

Furnal la Sestao, Spania

Monoxidul de carbon reduce minereul de fier (n cazul de jos, hematit), transformndu-l n fier topit i devenind bioxid de carbon:6 CO + 2 Fe2O3 4 Fe + 6 CO2

Fluxul ajut la topirea impuritilor din minereu, n special a bioxidului de siliciu i a silicailor. Sub influena cldurii din furnal, carbonatul de calciu se descompune n oxid de calciu i bioxid de carbon.:CaCO3 CaO + CO2

Oxidul de calciu se combin cu bioxidul de siliciu formnd o zgur ce se topete la temperatura din furnal (ceea ce nu s-ar fi ntmplat cu bioxidul de siliciu n stare pur).CaO + SiO2 CaSiO3

Zgura topit plutete deasupra fierului topit, mai dens, i aceste componente pot fi evacuate separat prin deschizturi speciale n furnal.[12] Materialul util rezultat este de fapt font brut, cu un coninut de cca. 4-5% carbon. Aceasta poate fi redus n continuare pentru obinerea oelului sau a fierului tehnic pur, n alte cuptoare sau convertizoare. Fierul chimic pur se poate prepara prin calcinarea precipitatului de hidroxid feric Fe(OH)3 sau a altor sruri de fier. iar la scar industrial prin calcinarea srurilor de fier cu uoara tendin de descompunere.

[modific] UtilizareFierul este n prezent cel mai utilizat metal, cuprinznd 95% din producia mondial de metale, ca i mas. Datorit combinrii unei rezistene nalte cu un pre redus, el se folosete n prezent mai ales n cadrul aliajelor, pentru realizarea de diverse piese i structuri. Alturi de cobalt i nichel, fierul este unul dintre cele trei materiale feromagnetice care fac posibil aplicarea practic a electromagnetismului la generatoare electrice, transformatoare i motoare electrice. Aliajele fier-carbon sunt materialele cu cea mai larg rspndire n industrie. Ele se mpart n oeluri, cu un coninut de carbon de pn la 2,11 % i fonte, cu un coninut de carbon mai mare de 2,11 %. Fierul forjat este un produs maleabil care conine mai puin de 0,2% carbon. Datorit modului de obinere, piesele din fier forjat conin mici urme, filamente de zgur. Fierul forjat ruginete mai greu, ns a fost nlocuit n prezent n majoritatea aplicaiilor de oeluri cu coninut sczut de carbon, care sunt mai ieftine i mai uor de obinut. Oelul nealiat conine ntre 0,06% i 2,11% carbon, cu mici cantiti de mangan, sulf, fosfor i siliciu. Oelurile aliate conin diferite cantiti de carbon, dar i alte metale, cum ar fi cromul, vanadiul, molibdenul, nichelul, wolframul etc. Ele au de regul domenii de utilizare bine precizate, deoarece coninutul de elemente de aliere le crete considerabil preul. O varietate recent de oeluri aliate sunt aa-numitele oeluri microaliate ce conin cantiti mici de elemente de aliere, ns cu rezistene i tenaciti ridicate, la costuri minime. Oelurile inoxidabile sunt oeluri aliate care conin cel puin 12% crom. Fonta brut conine cca. 4-5% carbon i diverse cantiti de sulf, siliciu i fosfor. Singura ei importan tehnic este ca pas intermediar de la minereul de fier la oel i fonta de turnat. Fonta turnat conine 2,11% 6,67% carbon, 1% 6% siliciu i mici cantiti de mangan. Proprietile sale mecanice variaz considerabil n funcie de forma sub care apare carbonul n aliaj. Fontele albe conin carbonul sub form de cementit, ceea ce le face dure, dar fragile. Suprafaa de rupere a unei fonte albe prezint numeroase faete fine de carburi, de culoare foarte

deschis, argintie, care i dau numele materialului. n fonta cenuie, carbonul se gsete sub form liber, de grafit, i are de asemenea proprieti mecanice reduse (dei mai bune dect ale fontelor albe). Variantele mai noi de font cenuie, fonta maleabil i fonta modificat conin grafitul sub form de cristale foarte neregulate (grafit n cuiburi), respectiv sub form sferoidal (grafit nodular), mbuntind mult rezistena i tenacitatea materialului. Feroaliajele sunt aliaje ale fierului cu alte elemente chimice, acestea fiind prezente n procentaje ridicate. Exemple sunt ferosiliciul sau feromanganul; care se utilizeaz la elaborarea oelurilor aliate sau a altor aliaje. Alte aliaje importante sunt cele cu nichel, dintre care se remarc invarul (36% Ni, rest fier), care caracterizeaz printr-un coeficient de dilatare termic foarte redus i se utilizeaz n aplicaii unde este nevoie de modificri dimensionale minime n raport cu temperatura. Oxizii de fier sunt folosii la fabricarea de medii magnetice pentru stocarea informaiilor. Deseori ei sunt amestecai cu ali compui, dar i pstreaz proprietile magnetice n soluie. n medicin se folosesc preparate pe baz de fier ca antianemice.

[modific] Importana n biologie i medicin

Structura hemului b

Fierul este un element esenial pentru aproape toate organismele vii. El este inclus, de regul n form stabil, n metaloproteine, deoarece n form liber sau expus duce la producerea de radicali liberi care n general sunt toxici pentru celule. Fierul se poate combina cu orice tip de biomolecul i, ca atare, va adera la membrane, acizi nucleici, proteine etc. Multe animale nglobeaz fierul n hemuri, o component esenial a citocromilor, proteine implicate n reacii redox (incluznd respiraia celular), i a proteinelor purttoare de oxigen hemoglobina i mioglobina. Fierul anorganic implicat n reacii redox se gsete de asemenea n complexele fier-sulf din multe enzime, cum ar fi nitrogenaza i hitrogenaza. Atunci cnd organismul se confrunt cu o infecie bacterian, fierul este "sechestrat" n interiorul celulelor (de obicei n molecula de depozitare feritin) astfel nct s nu poat fi folosit de ctre bacterii. Fierul absorbit din duoden este legat n transferin i transportat prin snge ctre diverse celule, unde este nglobat n proteine prin.mecanisme nc neidentificate [13]. Vezi i Metabolismul fierului n organismul uman.

Otelul, un mod de expresieOdata cu schimbarile sociale si economice, cu dezvoltarea marilor orase si a industriilor, s-au cautat noi solutii arhitecturale. Designul oraselor nu mai putea fi acelasi ca atunci cand spatiul permitea ca fiecare familie sa locuiasca intr-o casa independenta. Asa au aparut, cladirile pe verticala, colosii de beton si fier. Mai tarziu, nevoia de functionalitate, dar si cea estetica, au dus la aparitia cladirilor din sticla si structuri metalice. Stilul arhitectural modern a evoluat spre simplitate, eliminanad ornamentele. Aceasta este redata stilistic prin precizia formelor geometrice, prin structurile neacoperite sau transparente, prin vizibilitatea instalatiilor, toate invaluite intr-o nota tehnologica.

Otelul si sticla sunt o asociere eleganta in constructia cladirilor moderne. Peretii de sticla si otel sunt folositi adesea in atriumurile si holurile caldirilor mari pentru ca asigura transparenta, o luminozitate mare si dau senzatia de deschidere. De asemenea, folosind structuri metalice de otel, pot fi create cladiri cu forme neconventionale, cu acoperisuri curbate si unghiuri line.

Caracterisiticile oteluluiOtelul este un aliaj folosit in constructii pentru ca are o durata de viata mare si nu necesita inlocuire. Spre deosebire de alte materiale, are o greutate redusa, iar cladirile cu structuri metalice sunt mai usor de construit, lucrarile avand un timp redus de executie. Otelul este un material care poate fi usor modelat, dar are si o rezistenta sporita. Constructiile din otel sunt preferate in tarile cu risc seismic pentru ca se comporta foarte bine in cazul unui cutremur. In plus, otelul nu isi schimba dimensiunea in functie de variatiile temperaturii si nu arde. O alta caracteristica ce il face un material modern este posibilitatea de a fi 100% reciclat. El inlocuieste cu succes lemnul si salveaza copacii de la taiere. De exmplu, o constructie pe structuri de lemn cu o suprafata medie de 100 mp (P+E) foloseste cca 40-45 m3 de cherestea . Constructiile de otel sunt, de asemenea, rentabile si ca pret. Otelul poate fi folosit in constructia cladirilor industriale, a podurilor si chiar a bisericilor. Printre cele mai faimoase constructii din otel se numara Turnul Eiffel, Walt Disney Concert Hall din Los Angeles, si Brooklyn Bridge.

Sfaturi Info-Ghid:Otelul este folosit in constructiile industriale si comerciale, dar poate fi integrat si in constructia de case. Este un material ieftin si modern.

Revolutia industriala de la sfarsitul sec. XVIII ai inceputul secolului XIX a stimulat si fabricarea otelului pudlat, malt mai indicat pentru executarea constructiilor decat fonta, folosita pana atunci in diverse constructii dintre care mentionam podul cu arce din fonta peste raul Severn in Anglia (1779) si cupola catedralei Sf. Isaac din St. Petersburg in Imperiul Tarist. Podurile suspendate construite incepand din 1796 in S.U.A. si din 1824 din Franta, Anglia si Germania (podul de la Freiburg cu 256 m deschidere, 1834), podurile lui G. Eiffel peste Duero in Spania (1877), viaductul de la Garabit din Franta (1880-1884), cum si uriasa Galeria a Masinilor de la Expozitia Universala din Paris au demonstrate posibilitatile aproape nelimitate ale utilizarii otelului in constructii. Intre anii 1869-1883 s-a construit podul suspendat Broklyn din New York cu o deschidere de 486 m, iar in 1890 s-a inaugurat celebrul pod de la Firth of Forth cu o deschidere de 521 m, denumit si Cathedral of Steel. Inginerul francez Gustave Eiffel (1832-1923) si profesorul rus N.A. Beleliubski (1845-1922) sunt cei care au introdus otelul moale (turnat) in constructia podurilor, fapt care a avut ca urmare o mare dezvorlate a constructiilor metalice. Pentru constructorii romani este remarcabil faptul ca, numai dupa cativa ani de la aplicarea acestui material, inginerul Anghel Saligny a realizat in 1897 podul peste Dunare la Cernavoda, cel mai mare din Europa acelor timpuri, executat in intregime din otel moale. In 1898 se inaugureaza Turnul Eiffel din Paris proiectat si executat din otel de G. Eiffel, cu o inaltime initiala de 300,60 m. Un moment importat in evolutia arhitecturii moderne l-a constituit executarea de catre Joseph Paxton (18011865), promoter al tehnicii metalului, a celebrului Pavilion central de la Expozitia Universala din Londra, cea mai mare constructie metalica executata pana atunci din fier si sticla. Chiar daca aceasta constructie nu mai exista astazi, ea a marcat punearea in evidenta a structurii constructiei si folosirea suprafetelor vitrate mari, elemente constitutive ce anticipau noua arhitectura. Aceasta cu atat mai mult cu cat primele blocuri inalte executate de William Le Baron Jenney in 1879 la Chicago, cu schelet metalic, erau imbracate in zidarie, mascand astfel structura constructive. Precursorul Scolii de la Chicago, Henry Hobson Richardson (1838-

1886) urmat de Louis Henry Sulivan (1856-1924) si John Wellborn Root (1850-1891) sunt cei care in blocurile inalte in ultimul deceniu al sec. XIX la Chicago anticipeaza noul stil al arhitecturii americane. In Europa, Hendrik P. Berlage (1856-1934) prin opera sa principala Bursa din Amsterdam obtine efecte inedite lasand aparente materialele componente (caramida si otelul) si structura (cupola metalica). In 1893 Suhov construieste sarpanta metalica a acoperisului din orasul Viks cu suprafete autoportante cu dubla curbura, iar trei ani mai tarziu, constructia salii de expozitie din Nijni-Novgorod. Aparitia betonului armat a facut ca acest nou material de constructie sa ia locul metalului in aproape toate ramurile constructiilor, pana in deceniul trei al sec. XX, cand reincepe epoca zgarie-norilor cu structura de otel.

Oelul este un aliaj ce conine ca elemente principale fierul i carbonul, avnd un coninut de carbon sub 2,11 %. Aliajele fier-carbon cu mai mult de 2,11% carbon se numesc fonte. Oelurile sunt materialele cu cea mai larg utilizare n industrie. Proprietile lor pot s varieze n limite foarte largi n funcie de coninutul de carbon i de alte elemente de aliere. n funcie de coninutul n elemente de aliere, oelurile se mpart n:

oeluri nealiate (numite i oeluri carbon), care conin ca elemente principale doar fierul i carbonul oeluri aliate, care pe lng fier i carbon conin i alte elemente: nichel, crom, molibden, vanadiu etc.

n condiii de echilibru, cei mai importani constitueni ai oelurilor nealiate sunt ferita, austenita, cementita i perlita. Pentru a mbunti ct mai mult duritatea i rezistena oelurilor, acestea se supun de regul unor tratamente termice cum ar fi clirea sau nitrurarea. Scopul final al unor asemenea tratamente este de obicei obinerea martensitei.

INOXIDABIL

eficace si atractiv pentru arhitectura si arta

In combinatie cu tratament termic, nichelul sau chromul au ajutat otelul sa invinga rugina, in 1912. Chromul in otelul inoxidabil reactioneaza cu oxigenul pentru a produce un strat subtire de oxid care asigura rezistenta la rugina. Daca suprafata este deteriorata - chiar si prin substante active - ea se amelioreaza instantaneu.

Acest nou material a primit denumirea de otel inoxidabil. Astazi, denumirea este un termen colectiv pentru diverse aliaje, fiecare dintre ele fiind destinata diferitelor utilizari.

Otelul inoxidabil ofera de asemena proprietatii mecanice desavarsite : nu este afectat de temperaturi extreme, este igienic, respinge bacteriile; este usor de intretinut si de curatat. Efecte optice speciale sunt posibile prin suprafete care variaza :mate sau lustruite ; laminate dupa sablon sau ambutisate ; decorative la netede si chiar suprafete colorate.

Otelul inoxidabil nu este atractiv doar datorita proprietatiilor sale tehnice si frumusetii proprii ; pe langa acestea, otelul inoxidabil are inca un avantaj : Nimic nu poate compromite calitatea acestui material. Prin folosirea acestui material intelegem evitarea reinnoirii, reparatiilor sau restaurarea pe termen lung. Aceste proprietatii desavarsite permit o gama dicersificata de aplicatii, incluzand aproape toate ariile ale arhitecturii exterioare, design interior, in arta si design. Arhitectura externa cuprinde in particular acele parti ale structurii afectate de atmosfera, cum ar fi, acoperisuri, intrari, usi, ferestre si extinderi. In designul interior, otelul inoxidabil este folosit ca perete decorativ, placaje, in ascensoare si scari rulante, ca si material pentru usi, piese metalice, accesorii, mobila si un numar foarte mare de obiecte de mobilier. Piesele metalice din otel inoxidabil sunt special apropriate de fixarea si montarea sistemelor de diferite tipuri si pentru montarea elemnetelor de constructie facute din piatra naturala sau artificiala la fel ca si metal sau lemn