Fero

La averaĝa fero-atomo havas 56-oblan mason de unu hidrogen-atomo. Fero estas la deke plej ofta elemento en la universo. La metalo estas produktita el fererco, kiu enhavas feran oksidon. La fererco estas reduktata al kruda fero; procedo forigas la malpuraĵojn (ŝlako).

Fero gravas teknike por la produktado de ŝtalo. La ŝtaloj estas alojoj, kiuj enhavas krom fero aliajn metalojn kaj nemetalojn (precipe karbonon).

La atomkerno de fer-izotopo ⁵⁶Fe havas la plej fortan ligenergion je nukleono el inter ĉiuj atomkernoj. La fuzio de la elementoj en la steloj finiĝas je fero. La pli pezaj elementoj aperas ĉe la eksplodo de supernovao, kiu respondecas ankaŭ pri la disĵeto de la kunkerniĝintaj materioj. Ekzistas hipotezoj, laŭ kiuj en forega estonto (10¹⁵⁰⁰ jaroj) aperos feraj steloj, konsistantaj el izotopo ⁵⁶Fe, per kiuj finiĝos stela evoluo de la Universo^[2].

En spactemperaturo la alotropaj modifoj de la pura fero estas la ferito aŭ α-fero. Tiu-ĉi modifo montras kube spacocentritan kristalan kradon, kio estas sub 911 °C . Sube de la Curie-punkto ĉe 768 °C, la ferito estas feromagneta. La modifo inter 768 °C kaj 911 °C nomiĝas β-fero. Ĉar ĝi de la α-fero ne diferenciĝas de la ferito en la magnetaj proprecoj, ĝi estas nomata ankaŭ kutime kiel α-fero. Ĝis 1392 °C ekzistas faco-centrita modifo aŭ aŭsterito. Ĉe pli altiĝanta temperaturo ŝanĝiĝas la fero al δ-ferito, kiu denove montras kube spacocentritan kradon. La fandopunkto estas 1539 °C.

 

Tre malofte aperas la fero pure. La mineralo kristaliĝas tiam en kuba kristala krado kaj havas durecon de 4,5 kaj koloron de ŝtalgrizo al nigro. Ankaŭ la kraspa koloro estas griza.

Pro la reakcioj kun akvo kaj oksigeno, la pura fero ne estas stabila. Ĝi aperas en alojo kun nikelo nur en ferometeoritoj kaj en bazaltoj, en kiuj ĝi reduktiĝas el la feroentenaj mineraloj.

Terfero, nomita ankaŭ ercpura fero, estas fero kiu originiĝis sur la Tero, kaj estis trovita en metala formo pli ol kiel erco. Tera fero estas tre rara, kun nur unu ĉefa konata kuŝejo en la mondo, situanta en Gronlando. Terfero similas al meteora fero, en tio ke ĝi enhavas gravajn kvantojn kaj de nikelo kaj de strukturoj Widmanstatten. Tamen, terfero tipe enhavas nur ĉirkaŭ 3% da nikelo, kio estas tro malmulto ĉe meteoritoj. Estas du tipoj de terfero. Kaj la tipo 1a kaj la tipo 2a enhavas kompareblajn kvantojn de nikelo kaj de aliaj malpuraĵoj. La ĉefa diferenco inter ambaŭ estas la enhavo de karbono.

Meteora fero, foje meteordevena fero,^[3] estas ercpura metalo trovita en meteoritoj kaj farita el elementoj fero kaj nikelo ĉefe en la formo de mineralaj fazoj kamacito kaj taenito. Meteora fero formas la kernon de la ferometeoritoj sed ĝi estas trovata ankaŭ en aliaj meteoritoj. Krom minoraj kvantoj de terfero, meteora fero estas la nura nature ekzistanta ercpura metalo de elementa fero ekzistanta sur la surfaco de la Tero.

La ferometeoritoj estas metalaj meteoritoj, konsistigata el meteora fero, nome alojo de fero kaj nikelo, kun varia kvanto da aliaj metaloj: iridio, kromo, galio... Tiuj meteoritoj estis unu el plej praaj feraj fontoj por la ferindustrio. Ĉirkaŭ 6% el la meteoritoj estas metalaj, sed ili estas multe pli oftaj en la kolektadoj da meteoritoj ĉar:

• Ili estas pli rekoneblaj disde la ŝtonaj meteoritoj, kiuj similas terajn ŝtonojn;
• Ili pli rezistas al la efloresko;
• Ili pli bone rezistas al la eniro en atmosferon kaj restas sub formo de dikaj blokoj.

Rezultas, ke 90% (en maso) de la konataj meteoritoj estas ferometeoritoj. Plej konata estas la Hoba Meteorito (en Namibio).

Kelkaj ferenhavaj mineraloj estas hematito, magnetito, limonito, siderito, pirotino, epidoto ktp.

 

Metala aŭ terkrusta fero estas rare trovita sur la surfaco de la Tero ĉar ĝi tendencas oksidiĝi. Tamen, kaj la ekstera kaj la interna kernoj de la Tero, kio estas ĉirkaŭ 35% el la maso de la tuta Tero, ŝajne konsistas el alojoj da fero, eble kun nikelo. Elektraj kurentoj en la likva ekstera kerno ŝajne estas la origino de la magneta kampo de la Tero. La aliaj terecplanedoj (nome Merkuro, Venuso, kaj Marso) kaj la Luno ŝajne havas metalan kernon konsistanta ĉefe el fero. Ŝajne ankaŭ la asteroidoj de tipo M estas parte aŭ ĉefe el alojoj de metala fero.

La raraj fermeteoritoj estas la ĉefa formo de natura metala fero en la surfaco de la Tero. Aĵoj faritaj per malvarma forĝado de meteora fero estis trovita en variaj arkeologiaj kuŝejoj datitaj el tempok iam ferfandado ne estis ankoraŭ disvolvigita; kaj la Inuitoj en Gronlando laŭ informoj uzis feron el la meteorito de Kabo Jorko por iloj kaj ĉasarmiloj.^[4] Ĉirkaŭ 1 al 20 meteoritoj konsistas el unikaj fer-nikelaj mineraloj taenito (35–80% da fero) kaj kamacito (90–95% da fero).^[5]

 

Kvankam fero estas la plej abunda elemento sur la Tero, ĝi estas enkalkulita nur kiel 5% el la Terkrusto; tiele ĝi estas nur la kvara plej abunda elemento, post oksigeno, silicio, kaj aluminio.^[6]

Plej el la fero de la krusto estas kombinita kun variaj aliaj elementoj por formi multajn fermineralojn. Grava klaso de feroksidaj mineraloj kiel hematito (Fe₂O₃), magnetito (Fe₃O₄), kaj siderito (FeCO₃), kiuj estas la ĉefaj ferercoj. Ankaŭ multaj magmorokaĵoj enhavas sulfidajn mineralojn pirotino kaj pentlandito.^[7][8] Dum veterdisfalo, fero tendencas likiĝi el sulfidaj kuŝejoj kiel de sulfatoj kaj de silikatoj kiel hidrokarbonato. Ambaŭ el tiuj estas oksidigitaj en akveca solvaĵo kaj precipitas en eĉ milde alta pH kiel feroksido (III).^[9]

 

Grandaj kuŝejoj de fero estas ferstriaj formaĵoj, nome tipo de rokaĵo konsistanta el ripetitaj fajnaj tavoloj de feroksidoj alternantaj kun bendoj de fer-malabunda "shale" kaj ĉerto (skisto). La ferstriaj formaĵoj kuŝiĝis en la tempo inter antaŭ 3700 kaj 1800 jaroj.^[10][11]

Materialoj enhavantaj fajngrundaj fer-(III)-oksidojn aŭ oksid-hidroksidojn, kiel okro, estis uzitaj kiel flavaj, ruĝaj kaj brunaj pigmentoj ekde prahistoriaj tempoj. Ili kontribuas ankaŭ al la koloro de variaj rokaĵoj kaj argiloj, kiel tute geologiaj formaĵoj kiel en Painted Hills en Oregono kaj la rokaĵoj nome "Buntsandstein" ("kolora sabloŝtono", nome brita "bunter").^[12] Pere de Eisensandstein (nome el brun-ĵurasia 'fera sabloŝtono', ekz. el Donzdorf en Germanio)^[13] kaj "Bath stone" en Unuiĝinta Reĝlando, ferkomponaĵoj estas responsaj pri la flaveca koloro de multaj historiaj konstruaĵoj kaj skulptaĵoj.^[14] La konata ruĝa koloro de la surfaco de Marso estas derivita el feroksido-riĉa regolito.^[15]

Gravaj kvantoj da fero estas en la fersulfida mineralo pirito (FeS₂), sed estas malfacile elpreni feron el ĝi kaj tiele ĝi ne estas tre ekspluatata. Fakte, fero estas tiom ofta ke la produktado ĝenerale fokusas nur al ercoj kun tre altaj fer-kvantoj.

Laŭ la informo pri metalkomerco de la "International Resource Panel", la tutmonda komerco de fero funkcianta en la socio estas de 2200 kg por persono. Pli-disvolvigitaj landoj diferencas tiukadre el malpli-disvolvigitaj landoj (7000–14000 kontraŭ 2000 kg por persono).^[16]

 

Fero estas kun 95 pez-procentoj la plej ofte uzata metalo en la mondo. La kialo de tio estas la larĝa uzebleco - pro la dureco kaj la tenaceco de alojoj - , kio faras ĝin relative malmultekosta. Multe da estas foruzata en la produktado de aŭtoj, ŝipoj kaj en altdom-konstruo (ŝtalbetono).

La fero estas unu el la tri feromagnetaj metaloj (kobalto kaj nikelo estas la aliaj du). Tio permesas ĝian teknikan aplikadon de la elektromagnetismo en generatoroj, transformatoroj kaj elektromotoroj.

La pura fero uzatas preskaŭ nur en la laborejo. En la industrio disvastiĝis diversaj ŝtaloj, kiuj havas la sekvajn formojn:

• Kruda fero entenas 4 - 5%-n da karbono kaj ankaŭ diversajn kvantojn da sulfuro, fosforo kaj silicio. Tio estas interprodukto de la giso- kaj ŝtalproduktado.
• Giso entenas 2,06 - 6,67%-n da karbono kaj pliajn alojelementojn kiel ekz. silicion kaj manganon. Depende de la malvarmiga rapido, la karbono aperas en la giso kiel karbido aŭ elementa kiel grafito. Rigardante la aspekton de la romposurfaco, oni parolas en la unua okazo pri blanka kaj en la dua okazo pri griza giso. Giso estas malmola kaj neplaste deformebla.
• Ŝtalo entenas inter 0,06%-n kaj 2,06%-n da karbonon. Male al giso, ĝi estas tre elasta kaj formebla. La mekanikaj ecoj de la ŝtaloj povas varii inter larĝaj limoj ĉe alojproduktoj, kiuj produktiĝas per konvena kombino de termaj traktadoj kaj fizikaj prilaboroj, kaj aldono de alojmaterialo.

Francisko Azorín post difini la terminon fero kiel Peza, forĝebla metalo, uzata por plej diversaj konstruelementoj, instrumentoj, iloj, maŝinoj k.c.,^[17] li indikas etimologion el la latina ferrum kaj li aldonas teknikajn terminojn kiaj feraĵo, por fera objekto; ferlado; ferrubo; fervojo; feristo; feraĵisto; platfero; angulfero; ronda fero; fandfero; forĝfero; gisfero; kruda fero; dolĉa fero; magneta fero; oligista fero; karbona fero; hidrata fero; silica fero; profilita fero; lamenita fero; kaj Ferotipio, por arto brilantigi fotografaĵon.^[18]

Azorín mem klarigas pri du tipoj de uzado de feraĵoj, nome la Zo-fero kaj la Zoresa fero. Laŭ Azorín Zo-fero estas Peco, trabo, kies transversa profilo formas Z.^[19] Li indikas etimologion el Z, propra nomo de la lasta alfabeta litero. Kaj li aldonas la terminojn normala Zo-fero, Zo-fero kun aloj malegalaj, Zo-fero kun alo oblikva, Zo-profilo kaj Zo-formo.^[18] Tiukadre Zoresa fero estas Feraĵ, trabo, peco, kies transversa profilo estas V-forma.^[20] Li indikas etimologion el Zorés, propra nomo de franca inĝeniero, 19ª jc.^[18]

 

 

La plej malnova homa aplikado de la fero okazis en Sumero kaj Egiptio, ĉirkaŭ en 4000 a. K. Temas pri pura fero de meteorŝtonoj (aerolitoj), kiuj uzatis kiel ornamaĵo aŭ lancopinto. Ĝi estis prilaborita ne per metodoj kiel fandado aŭ forĝado, sed per metodoj de la ŝtonprilaboro (ŝtonepoko).

El inter 3000 kaj 2000 a. K., oni trovis fanditajn ferojn (ĝi estas distingebla de la aerolitoj per la ĉeesto de nikelo) en Mezopotamio, Anatolio kaj Egiptio. Ĝi uzatis ŝajne nur ceremonie kaj estis pli multekosta ol oro. Ties origino necertas; laŭ unu ebleco ĝi estas la flankprodukto de la bronzoproduktado kiel spongofero.

Inter 1600 kaj 1200 a. K., la fero uzatis pli ofte, sed ĝi ankoraŭ ne anstataŭigis la bronzon. Ekde 1200 montriĝis en Okcidenta Azio la trairo de la bronzepoko al la ferepoko. Oni supozas, ke la trairo okazis ne pro la supereco de la fero, sed pro manko de stano (necesa por la bronzoproduktado).

Ĉe la unuaj paŝoj de la ŝtonepoka fandado estiĝis spongofero. Per la uzado de lignokarbo ĉe la plulaborado ligiĝis al fero karbono, tiel finfine estiginte ŝtalon (eble nur surface). Per hardado (k.e. abrupta malvarmigo, i.a. en likvaĵo) estiĝis laborpecoj kun elasteco kaj hardeco, kiuj superis tiujn el bronzo.

La pilieroj starigitaj de imperiestro Aŝoko estas el fero aparte pura, kaj kiuj de pli ol 2000 jaroj ne rustiĝis, spite la malsekan veteron. Ties pureco estas ege pli granda ol tio, kio eblas per la modernaj teknikoj; historiistoj opinias, ke estis uzata meteora fero. Pri tio vidu ekzemple artikolon pri Fera Piliero de Delhio.

Daniel Moirand en sia listo de proponitaj vortoj por sia traduko de La Libro de la mirindaĵoj de Marko Polo notas la vorton "andaniko" por bonkvalita fero uzata por armiloj, vorto devena el la greka "indianiko".^[21]

Ankaŭ en Ĉinio okazis la unuaj spertoj per feroj el meteorŝtonoj. Oni trovis la unuajn arkeologiajn spurojn de forĝitaj feroj nord-okcidente, malproksime al Ŝinĝango, datitajn al la 8-a jarcento a.K.. Oni supozas, ke tiuj ĉi produktoj estis importitaj el Orienta Azio. En ĉirkaŭ 550 a. K. okazis la teknika eltrovo de altfornegoj, kio ebligis la produktadon de gisoj.

Ĉar la prilabora tekniko atingis nur ĉirkaŭ 1.300 °C-n, la evoluo de la fandado okazis nur en la 14-a jarcento en Svedio. Tio disvastiĝis per la uzado de kanonkugloj dise en Eŭropo.

Kiam la malaperantaj arbaroj jam ne kovris la bezonon je lignokarbo, estis evoluigita la koakso fare de Abraham Darby kiel alternativa bazmaterialo por la feroproduktado. Tiu ŝanĝo kun la eltrovo de la vapormaŝino signifis la komencon de la industria revolucio.

 

La fero kune kun nikelo estas verŝajne la ĉefa parto de la terkerno. La ŝanĝiĝo de la interna solida fero kaj la likva ekstera fero de la terkerno produktas verŝajne la termagnetan kampon. La fero estas la plej ofta elemento de la terkrusto kun proporcio de 5%. La unuaj fontoj, kiujn oni ekspluatis, estis la tielnomataj gazonferoercoj kaj la liberaj ercoj, ekstere kuŝantaj. Hodiaŭ jam 40 % estas magneta feroerco.

La plej grava materialo por la feroproduktado estas la hematito, kies grandparto konsistas el Fe₂O₃. La fero estas produktata per kemia redukto pere de karbono en altforno, kie estiĝas temperaturo de ĉirkaŭ 2000 °C. Oni aldonas unue kokson, kiu reakcias kun la oksigeno de la aero al karbona monoksido:

 

2 C + O₂ → 2 CO

La karbona monoksido reakcias kun fera oksido:

3 CO + Fe₂O₃ → 2Fe + 3CO₂

La estiĝanta fero estas likva pro la alta reakcia temperaturo. La produkto cetere enhavas ankoraŭ malpuraĵojn ekz. silician dioksidon. Per la aldono de kalko (CaCO₃), la silicia oksido departiĝas kiel ŝlako. La unua reakcia paŝo ŝanĝas la kalkon al kalcia monoksido:

CaCO₃ → CaO + CO₂

Poste la kalcia monoksido reagas kun silicia dioksido:

CaO + SiO₂ → CaSiO₃

La estiĝinta ŝlako uzatas en la subtera konstruado (uzatis pli frue kiel sterkaĵo).

Oni ekspluatis en jaro 2000 tutmonde ĉirkaŭ 1.000 megatunojn de feroerco, en valoro de ĉirkaŭ 25 miliaroj da eŭroj. La plej grandaj liverantoj de feroerco estas Ĉinio, Brazilo, Aŭstralio, Rusio kaj Barato. Ili liveras kune la 70% de la monda bezono. Oni produktas el 1.000 Mt de ercoj ĉirkaŭ 572 Mt da fero. Oni povas gajni ankoraŭ plian feron el la defalaĵo.

 

La feroerco estas ekspluatata surtere aŭ subtere. Surtera ekspluatado (tiel malmultekosta) okazas hodiaŭ en Sudameriko (Brazilo), en okcidenta Aŭstralio, Ĉinio, Ukrainio kaj Kanado. En landoj, kie la facilaj trovejoj jam pli frue estis ekspluatitaj, la minado de la feroercoj malpligrandiĝis.

Ĉiama problemo estas la rekultivado de la forlasitaj minejoj.

Aktuale unu el la plej grandaj kuŝejoj da fero de la mondo (konkurence kun Carajás en Brazilo) estas Cerro Mutún, en la departamento de Santa Cruz, Bolivio; tiu kuŝejo havas inter 40 000 kaj 42 000 milionojn da ekspluatotaj tunoj proksimume (40% de la tutmondaj rezervejoj).

Informo disponebla por la ebla elfosado (2019):^[22]

Rango	Lando	Milionoj da tunoj
1	Aŭstralio	50 000
2	Brazilo	32 000
3	Rusio	25 000
4	Ĉinio	20 000
5	Ukrainio	6500
6	Kanado	6000
7	Barato	5400
8	Usono	2900
9	Irano	2700
10	Kazaĥio	2500
11	Svedio	1300
12	Sudafriko	1200
13	aliaj	18 000

 

La fero ligas oksidojn 2- aŭ 3-valore. Ĉar la fero ne havas iun defendan tavolon, ĝi oksidiĝas (rustiĝas).

Oftaj oksidaj statoj kaj ligoj:

• Fe²⁺,
• Fe³⁺,
• Fe⁴⁺, troviĝas en kelkaj enzimoj (ekz. peroksidazo).
• Fe⁶⁺, estas malofta (ekz. K₂FeO₄)
• Fe₃C

La Fe²⁺ kaj Fe³⁺ jonoj povas aperi kiel solvebla aŭ nesolvebla Berlina bluo (malhelblua kombinaĵo) per kalia heksacianferato (II/III) (uzatas ĉe 2+ III kaj 3+ II).

 

  Pli detalaj informoj troveblas en artikolo Izotopoj de fero.

La fero havas 4 naturajn stabilajn izotopojn, relative oftajn: ⁵⁴Fe (5.8%), ⁵⁶Fe (91.7%), ⁵⁷Fe (2.2%) kaj ⁵⁸Fe (0.3%). La izotopo ⁶⁰Fe havas duoniĝan tempon de 1,5 miliono da jaroj. La ekziston de ⁶⁰Fe ĉe apero de la planeda sistemo pruvis korelativeco inter ofteco de ⁶⁰Ni, produkto de ⁶⁰Fe, kaj la ofteco de la stabila Fe-izotopo en kelkaj meteorŝtonoj (ekz. ĉe Semarkona kaj Ĉervoni Kut).

Hodiaŭ ĉiu originala (estante ĉe la formiĝo de la planedoj) ⁶⁰Fe tute al ⁶⁰Ni transformiĝis. La diferenco de nikel- kaj fero-izotopoj en la meteorŝtonoj permesas la mezuradon de izotop- kaj elementoftecon ĉe estiĝo de la Sunsistemo kaj la ekkonon de la regantaj cirkonstancoj antaŭ kaj dum la estiĝo de la Sunsistemo.

Nur la feroizotopo ⁵⁷Fe havas kernan spinon kaj pro tio uzatas en kemio kaj biologio.

Fero estas esenca oligoelemento por preskaŭ ĉiu vivulo. Kiel centra atomo en hemoglobino kaj mioglobino, troviĝas ĝi en multaj bestoj kaj respondecas pri la transportado kaj uzado de oksigeno. Tio estas en tiuj proteinoj ĉirkaŭitaj per porfirina ringo. Fero estas parto de fer-sulfura komplekso en multaj enzimoj kiel ekz. nitrogenazo kaj hidrogenazo. La tria grava grupo de la feroenzimoj estas la t.n. nehema feroenzimo, ekz. metan-monooksigenazo, ribonukleotid-reduktazo kaj la hemoeritrino. Tiuj ĉi proteinoj funkciigas en diversaj organismoj la oksigen-aktivigon, oksigentransporton, redoksajn reakciojn kaj hidrolizon.

La infektaj bakterioj uzas ofte feron, tiel la defenda mekanismo de la korpo aperas kiel la ’’kaŝado’’ de la fero.

Kvankam la fero estas grava spurelemento por la homo, la tro multa fero en la korpo povas esti toksa. La granda kvanto de Fe²⁺-jonoj reagas kun peroksidoj, tiel estiĝas liberaj radikoj. La korpo kontrolas en normala stato la ferocirkulon.

Ĉirkaŭ 1 gramo da fero kaŭzas ĉe dujara infano seriozajn venenajn aperaĵojn, 3 gramo eble letale. La fero akumuliĝas en la hepato kaj kaŭzas tie siderozon (akumuliĝo de feraj saloj) kaj damaĝojn de la organo. Tiel oni proponas la feraĵojn nur ĉe feromanko.

• Amonia heksaciano-ferato

• Garritz, Andoni (1998). Química. Pearson Educación. p. 856. ISBN 978-9-68444-318-1.
• Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2a eld.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-08-037941-8.
• Parry, Robert W. (1973). Química: fundamentos experimentales. Reverte. p. 703. ISBN 978-8-42917-466-3.
• H.R. Schubert, History of the British Iron and Steel Industry ... to 1775 AD (Routledge, London, 1957)
• R.F. Tylecote, History of Metallurgy (Institute of Materials, London 1992).
• R.F. Tylecote, "Iron in the Industrial Revolution" in J. Day and R.F. Tylecote, The Industrial Revolution in Metals (Institute of Materials 1991), 200–60.
• Weeks, Mary Elvira; Leichester, Henry M. (1968). "Elements known to the ancients". Discovery of the elements. Easton, PA: Journal of Chemical Education. pp. 29–40. ISBN 0-7661-3872-0. LCCN 68-15217.

• Ferritino
• Forĝado
• Forĝita fero
• Iron Bridge
• Oksalito
• Siderurgio

 

Ĉi tiu artikolo estis je la nekonata dato akceptita en la liston de legindaj artikoloj.

Tiu ĉi artikolo estis artikolo de la semajno en la 20-a semajno de la jaro 2005.

Tiu ĉi artikolo estis artikolo de la semajno en la 39-a semajno de la jaro 2006.