Fier

Metalul nucleului și al scoarței

De unde vine fierul și unde s-a dus

Fierul se naște în stele. Fuziunea eliberează energie doar până la nucleele fierului și nichelului, printre cele mai strâns legate dintre toate; o stea masivă care a ars totul până la un miez de fier nu mai are ce arde, se prăbușește și își împrăștie fierul într-o supernovă. De aceea fierul este al șaselea element ca răspândire în univers și de aceea atât de mult din el a intrat în Pământul în formare.

Cât timp tânăra planetă era încă topită, fierul greu s-a scufundat. Cea mai mare parte a lui e de neatins: nucleul este un aliaj de fier și nichel, iar fierul alcătuiește cam o treime din masa planetei. Frământarea lentă a nucleului exterior lichid este dinamul care dă Pământului câmpul magnetic — același câmp după care se aliniază acul de fier al busolei.

În scoarță, fierul este al patrulea ca masă, după oxigen, siliciu și aluminiu. Se găsește rareori în stare nativă; aproape tot este închis în oxizi și silicați. Marile zăcăminte sunt formațiunile de fier rubanat, depuse cu aproximativ 2,5–1,8 miliarde de ani în urmă, când oxigenul eliberat de primele organisme fotosintetice a ruginit fierul dizolvat în oceane și l-a depus pe fundul mării în straturi de hematit (Fe₂O₃) și magnetit (Fe₃O₄).

De la meteoriți la Epoca Fierului

Primul fier pe care l-au ținut oamenii în mână a căzut din cer. Mărgelele dintr-un mormânt de la Gerzeh, în Egipt, făcute în jurul anului 3200 î.Hr., au fost bătute dintr-un meteorit; la fel și pumnalul îngropat cu Tutankhamon pe la 1323 î.Hr. Fierul meteoritic se trădează prin nichelul pe care îl conține și pe care fierul scos din minereu nu-l are, iar limbile vechi știau de unde vine: egiptenii și sumerienii îl numeau, în esență, metalul din cer.

A scoate fierul din minereu e mai greu decât a scoate cuprul sau staniul. Un cuptor cu mangal din Antichitate nu-l putea topi; ce ieșea din el era o lupă, un bulgăre spongios de fier și zgură, care trebuia bătut la cald ca să iasă zgura. Prelucrarea fierului era cunoscută în Anatolia pe la mijlocul mileniului al II-lea î.Hr., dar metalul a rămas rar și scump până în jurul anului 1200 î.Hr., când s-a răspândit repede în estul Mediteranei și în Orientul Apropiat. De ce tocmai atunci, se dezbate încă: prăbușirea rutelor comerciale ale Epocii Bronzului, care aduceau staniul de departe, este o explicație; carburarea mai bună a lupei, care preschimba fierul moale în oțel dur, este alta. China a mers pe drumul ei și, încă din secolul al V-lea î.Hr., turna fierul în forme — o tehnică pe care Europa n-a stăpânit-o decât după alte două mii de ani.

Oțelul

Oțelul este fier cu puțin carbon, de obicei mult sub două procente, iar diferența e totul. Fierul forjat, aproape fără carbon, este moale și tenace; fonta, cu trei-patru procente, este dură și casantă; oțelul, la mijloc, poate fi călit prin răcire bruscă și îmbunătățit prin revenire, și ține tăișul. Fierarii l-au făcut milenii la rând încălzind fierul în mangal și bătându-l, iar oțelul de creuzet wootz din India, negustorit în toată lumea islamică, a dat lamelor de Damasc faima lor.

Oțelul ieftin este o poveste a secolelor al XVIII-lea și al XIX-lea. Abraham Darby a redus minereul de fier cu cocs în loc de mangal la Coalbrookdale, în 1709; cuptorul de pudlare al lui Henry Cort, din 1784, preschimba fonta casantă în fier forjat la scară industrială. Apoi, în 1856, Henry Bessemer a arătat că un curent de aer suflat prin fonta topită arde carbonul în câteva minute și încălzește metalul de la sine. Au urmat șinele, vapoarele, podurile și zgârie-norii de oțel. Cuptorul Siemens–Martin din anii 1860 și procedeul cu oxigen, pornit întâi la Linz în 1952, sunt urmașii lui. Lumea produce astăzi aproximativ 1,9 miliarde de tone de oțel pe an; ca masă, fierul este cam nouă zecimi din tot metalul rafinat.

Fierul în sânge și în rugină

Fierul cedează ușor electroni și îi ia înapoi, și de aceea îl folosesc viețuitoarele. Fiecare moleculă de hemoglobină poartă patru atomi de fier, fiecare prins într-un inel de hem, și fiecare ține câte o moleculă de oxigen pe drumul de la plămâni la țesuturi; sângele e roșu din cauza lui. Un corp adult conține aproximativ patru grame de fier, cea mai mare parte în sânge, și îl reciclează cu grijă, pentru că prea puțin înseamnă anemie — cea mai răspândită carență nutrițională din lume —, iar prea mult este otravă.

Aceeași ușurință de a ceda electroni e slăbiciunea fierului. În aer umed se acoperă de rugină, un oxid de fier(III) hidratat, sfărâmicios și poros, care, spre deosebire de pelicula compactă de oxid de pe aluminiu, nu sigilează niciodată metalul de sub el; fierul lăsat afară ruginește pur și simplu până dispare. Răspunsurile sunt acoperirile — vopsea, cositor, zinc — sau alierea: în 1913, Harry Brearley, la Sheffield, a găsit că oțelul cu ceva mai mult de o zecime crom își păstrează suprafața lucioasă, și așa s-a născut oțelul inoxidabil. Marte e roșu din același motiv ca un cui vechi: praful lui e fier ruginit.