CHAPITRE XVI

Du Fer.

SECTION PREMIÈRE

Propriétés.

ARTICLE PREniKR. - Métal,

On emploie le fer dans les arts sous trois états : !« à l'état de fer pur ou fer doux j 2<> à l'état d'acier , et 3" h l'état de

MéTAL. 173

fonte. L'acier et la fonte contiennent ^ connue principe essentiel , une certaine quantité de carbone , et presque toujours en outre une petite proportion de quelques autres substances. Nous allons faire connalti^ successivement les propriétés du fer pur , de (acier et de la fonte.

1" Fer. — Le fer pur est d'un gris-bleuàtre. Lorsqu'il a reçn le poli, il a un grand éclat; il a une saveur et une odvur dislifirtes , mais faibles. — Sa p. s. est, à son tnavimum^ de 7,788. — Par rapport h la malléabilité, il occupe le huitième rang parmi les métaux. Par rapporta sa ductilité, il occupe le quatrième rang. Il est très- tenace ; un fil de 2 millimètres de diamètre exige pour se rompre un poids de 249'',659. — Lorsqu'il a été laminé ou étiré ^ il devient cassant : pour lui rendre sa ductilité et sa ténacité il faut le faire recuire, — Le fer pur est flexible et privé <ie toute élasticité. — Lorsqu'il n'a pas été forgé, sa structure est grenue ; mais il prend sous le marteau une structure éminemment fibreuse. — Par rapport à la dilatabilité, il occupe le septième rang parmi les métaux. De 0* à

tOO° sa dilatabilité linéaire est de 0,00122 ^ —g. M. Haisir6m révalue à ^rrr-j et , selon lui , de — 40" h 0** elle est de

Le fer est un des métaux les plus difficiles à fondre; il ne se liquéfie qu'à la plus haute température que i on puisse pro« dujre dans les fourneaux d'essai , et encore n'est-on pas certain que sa fusion n'est pas déterminée par Tabsorption d une certaine quantité de carbone provenant des gaz qui pénètrent dans les creusets, par les pores ou par les fêlures. — Le fer se ramollit n une température bien inférieure à celle qui est nécessaire pour le fondre ; alors on peut le pétrir sous le marteau : il se soude sur lui-même à la température de 90 h 050 p. — Il est absolument fixe. — Il jouit au plus haut degré de la vertu magnétique; mais, selon M. Barlow, il perd cette propriété à la chaleur blanche.

Le fer forme avec roxigcne deux oxîdes qui ont la propriété de se combiner entre eux en plusieurs proportions.

A la température ordinaire le fer ne s'altère pas dans l'air sec : mais pour peu que l'on chauffe il se recouvre d'une pellicule d oxide très-mince et transparente , qui présente des couleurs variées ^ selon le degré de chaleur : à 222^ la couleur est d'un jaune- paille ; à 234^, d'un jaune-d'or , à 250o, d'un violet-pourpre , et bleu a 300 ; à 39 lo, toute coloration disparaît; mais en chauffant un peu plus, les mêmes nuances se renouvellent, quoique plus faiblement,

et disparaissent encore ; enfin quelques instants avant la chaleur rouge le fer devient bleu. A la chaleur roùg-e il 8*oxide rapidement , et se recouvre d*écaiHes d'oxide noir, que l'on désigne sous le nom d'oxides des baUUures, Si l'on continue à chauffer ces battilures, elles se convertissent en per-oxide ou oxide rouge, en absorbant une nouvelle dose d'oxigène.

Le fer obtenu en réduisant un oxide à ta plus basse tmipérature possible par le gax hydrogène, ou en décomposant l'oxalale en vase clos, s'enflamme spontanément dans l'air, même après qu'il a été refroidi. Si on le chauffe au rouge, et qu'on le laisse refroidir dans le vase , il ne s'enEamme plus dans l'air à la température ordinaire.

Le fer très-divisé, et chauffé à la chaleur blanche, brûle dans Tair en répandant une lumière extrêmement vive : c'est ce qui a lieu quand on détache de très-pclites particules d'an morceau de fer par le choc d'une pierre à fusil , on quand on forge du fer à une forte chaleur. La température qui résulte de la combustion est si élevée , que les grains d'oxide qui se forment sont complètement fondus, et renferment souvent à leur centre un globule de fer également fondu.

L'air humide oxide lentement le fer a la température ordinaire, et le recouvre d'une croûte jaunâtre d'hydrate de per-oxide qu'on appelle rouille : il parait qu'il se forme ton* jours en même temps une petite quantité d'ammoniaque qui reste combinée dans la rouille.

Le fer pur ne décompose pas l'eau également parfaitement pHre à la température ordinaire; mais si l'eau contient de l'acide carbonique , ou si le fer se trouve en contact avec des corps avec lesquels il puisse former une pile , la déc<>mposition a lieu lentement : elle commence à se manifester à la chaleur de 50 à 60*' ; à la température de l'ébulliLîon elle est déjà très-sensible : à la chaleur rouge elle est trèsrapide; il se dégage do gaz hydrogène^ et il se forme de Voxide magnétique. On peut préserver des chaudières de fer de l'action de Tcau bouillante , en y introduisant des morceaux de zinc^ c'est alors celui-ci qui décompose l'eau. — Le fer décompose très-rapidement l'eau , même à la température ordinaire, à la faveur d'un grand nombre d'acides, mais dans ce cas il n'est oxidé qu'au premier degré, et l'oxide formé reste combiné avec l'acide. — Lorsqu'on met du ftr trés-divisé en contact à la fois avec un acide, de Teau et de l'air, il s'oxide très-rapidement , en absorbant de l'oxigène de l'air et en décomposant l'eau.

L'acide nitrique, à 1^16 de densité, agit lentement sur le fer h la température ordinaire , et le convertit en prot*

exide , qu'il dissout ; Tacide et Teau sont décomposés en même temps, et il se forme de rammoniaqae. li n'y a pas d'effervescence, parce que le deutoxide d'azote qui résulte de la décomposition de Vacide nitrique reste dissous dans le sel de ier : si l'on chauffe , le fer est oiidë au maximum, — L'acide nitrique très-<:oncentré agit moins forlement sur le fera la température ordinaire que l'acide de force moyenne; celui-ci l'amène rapidement à l'état de per-oxide, qui resteen partie dissons, et il y a un violent dégagement de deutoxide et de protoxide d'azote.

L'acide snlforique étendu d'eau dissout facilement le for^ avec dégagement de gaz hydrogène. Cet acide dissout avec une grande promptitude le fer qui contient en alliage une petite quantité de certains métaux, par exemple 0,01 de platioe. L'acide sulfurique concentré n'a aucune action à Froid sur le for, mais à la chaleur de l'ébultition il le dissout avec dégagement d'acide sulfureux.

L'acide sulfureux attaque le fer à la température ordinaire : il se forme à la fois un hypo-sulfite de protoxide et un saifure de for.

L'acide phosphorique est presque sans action sur le fer par rote humide; mais par voie sècfie il l'oxide^ et il se forme un phosphate.

L'acide arséniquc attaque le fer par voie sèche.

Les acides végétaux n'ont qu'une action très-faible sur le fer« à moins qu il n'y ait contact d'air ; dans ce cas ils le convertissent en sels.

Les acides muriatique , hydro-brômique, hydriodique et fliiorique, dissolvent rapidement le fer, même à froid, avec dégagement d'hydrogène, et le convertissent en proto-chlorure; proto-brômure , etc.

L'eau régale dissout très-rapidement le fer, avec dégagement de gaz nitreux , el il se produit du per-chlorure.

Le for réduit la potasse et la soude dans quelques circonstances. -«» Il réduit , tant par voie sèche que par voie humide, plusieurs oxides métalliques, entre autres ceux d'argent, de cuivre , de plomb , de bismuth, d'antimoine y et il ramène h un moindre degré d'oxidalion les per-oxides qu'il ne peut pas réduire complètement.

Les nitrates et les chlorates l'attaquent vivement par t^ote ȏch$ , et Toxident au maximum.

Le carbone se combine par voie sèche, en plusieurs proportions avec le for : il en résulte de l'acier ou de la fonte.

Le for ne se combine pas directement avec l'azote; mais 'orsqii'on le chauffe au milieu d'un courant de gaz ammoniac sec , il décompose cet alcali avec dégagement de gaz

176 FBR.

hydrogène , et il retient en combinaison de l'azote et peutêtre de Thydrogène.

Le soufre , à ia température nécessaire pour se fondre, se combine facilement avec le fer. — Les saJfures des métaux dont les oxides sont réduits par le fer sont désulfurés par ce métal.

Le sélénium et les séiéniures se comportent avec le fer comme le soufre et les sulfures.

Lorsqu'on chauffe à 400°environdu fil de fer Irès-Cndans du chlore il devient incandescent, mais beaucoup moins que dans le gaz oxigcne , et il se change en chloride. — Le chlore liquide dissout le fersansefiervcscence. — Plusieurs chlorures métalliques, ceux d*argent, de plomb, de mer> cure, de cuivre , etc., cèdent leur chlore au fer à Taide de la chaleur. — Le sel ammoniac Tattaque et le transforme en proto-chlorure par voie sèche et par voie humide.

Le brome et Tiode se comportent avec le fer comme le chlore. Ils attaquent le fer par voie sèche^ à Taide d*une légèrechaleur^etils ledissolventquandonlesmet sousTeau en contact avec ce métal. La dissolution a lieu sans aucun dégagement de gaz, même à la température ordinaire; mais elle s'effectue beaucoup plus promptement quand on chauffe.

Le phosphore et Tarscnic se combinent directement avec te fer à Taide de In chaleur ; cependant la combinaison directe avec rarsenic ne se fait pas facilement. On obtient plas aisément Tarséniure en chauffant à la chaleur blanche un mélange de fer , do charbon^ et d'un arséniate ou d*un arsénite alcalin.

Le bore et le silicium peuvent se combiner en petites quantités avec le fer, en chauffant aussi fortement que possible un mélange d oxide de fer, de charbon et de bore ou de silice, ou d'un borate ou d'un silicate acides.

Le fer fornio des alliages avec un grand nombre de métaux; mais il ne peut pas se combiner avec le titane, l'urane, le cérium, l'argent, le plomb, le cuivre ni le mercure.

L'alome de fer pèse 349,618. Fe.

2° Acier, — On distingue trois espèces d'acier. !• IJacier naturel ou aciqr de fonte, que l'on obtient en affinant la f )nte d'une manière particulière , au feu de forge , ou en traitant des minerais de fer très-riches par la méthode catalane ; 2° Vacier de cémentation ou acier pouUj que Ton prépare en chauffant pendant un certain temps, à une haute température, du fer en barres , dans des caisses remplies de charbon pulvérisé, ou en faisant passer du gaz hydrogène carboné sur du fer fortement échauffé; â^ Vacier fondu. Cet acier a été découvert par Hausmann en 1751. On le fo-

AGIEK. 177

brique de plusieurs manières : P en fondanl de Tacicr de cémentation avec un verre terreux ; â^ en fbndant un mélange de fer, de charbon et de verre ; S* en fondant certaines fbnles avec une proportion convenable d*oxide de fer.

En général la couleur de l'acier lire plus sur le blanc qne celle du fer doux. — Sa p« s. est un peu plus forle que

Pelle du fer jelle varie de 7,80 à 7,8-4 L*acier est plus

malléable que le fer : on peut le réduire en feuilles plus minces au laminoir; mais elle est moins ductile. — A lachaienr blanche il devient cassant. Lorsqu'il a été (rempé , c'est4-dire refroidi brusquement par l'immersion dans Teau, il devient cassant à froid. Si après l'avoir trempé on le fait recuire , il acquiert beaucoup d'élasticité et il devient plus sonore. — L'acier non trempe n*est pas beaucoup plus dur que le fer ; mais lorsqu'il a été trempé , il prend une dureté telle , qiril surpasse celle de t(»ns les corps connus. Le déféré de dureté dépend non-seulement du mode de la trempe, mais encore de la proportion, du carbone que contient lacier. L'acier fondu devient plus dur par la trempe que Tacier cémenté. — L'acier non trempé est un peu moins dîlat»ble que le fer, et au contraire l'acier trempé Test un peu plus« — L'aoier a en général une structure grenue. L'acier de cémentation, chauffé et refroidi lentement, prend un grain gris bleuâtre. Le même acier trempé présente un grain biancet brillant ; il est très-fragile, et Ton peut même le réduire en poudre. — L'acier se soude beaucoup plus difïictciicment que le fer. — Le terme de la fusion de Facicr est d'environ 130" p. — L'acier conserve plus longtemps sa polarité magnétique que le fer. — L'acier prend plus prompiementeou/erirque le fer lorsqu'on le chauffe au contact de l'air.

Les acides qui attaquent le fer agissent aussi sur l'acier, niais non pas absolument de la même manière. — £n génpral les combinaisons du fer et du carbone sont moins facilement attaquable!! par 1rs acides que le fer pur, et elles le sont beaucoup moins lorsqu'elles ont été trempées que iorsqu elles ont été refroidies lentement. Quand on les traite par les acides sulfnrique ou inuriîilique il se dégage do rhydrogène en partie cHrboné , et il se forme une huile odorante qne rhydrogène entraîne en partie; et en outre li va un résidu charbonneux. Quand on les traite par l'ncide nitrique , une partie du charbon se change en une poudre rnitgeâtre soluble partiellement dans les acides. Cette poudre contient de Tazolc , et parait être identique avec le composé que M. Boullay u nommé azultnine ou acide azulmique» Il se dégage souvent aussi de l'acide carbonique. — L'iodo

et le br^me mêlés à de Teau le dissolvent sans dégagement de gaz et avec résidu de charbon pur. — La présence du silicium ei de quelques autres substances parait rendre le» combinaisons du fer et du carbone beaucoup plus facilement attaquables par les acides.

On ne connaît pas encore bien la composition de Tacier. Selon M. Mushet , Tacier fondu mou contient 0^008 de carbone; l'acier fondu ordinaire 0,010; Tacier fondu trèsdur^ 0,OâO; et lorsqu'il en contient davantage il se rapproche de la fonte, (^oy, Sect. lll.)

S^ Fonte, — La fonte est la matière métallique que Ton obtient lorsque Ton fond des minerais de îev dans les hautsfourneaux. Elle diffère en général du fer et de Tacier en ce qu'elle n'est pas ductile ; mais ce n'est pas une combinaison identique^ et son aspect , comme toutes ses propriétés, varie beaucoup. — Elle est tantôt blanche . tantôt grise ou presque noire , et tantôt tachetée de blanc et de gris ou îruitée. — La fonte blanche a une structure lamelleuse. On en distingue deux sortes : l<> la fonte blanche à grandes lames , et 2^ la fonte blanche à petites lames. La première ne s'obtient qu'aveu des minerais qui renferment une grande proportion d'oxide de manganèse ; elle ressemble à du tinc ; elle est dure, et si fragile, qu'on peut la réduire en poudre One. La seconde se produit lorsqu'on surcharge uu hautfourneau de minerai de fer, ou lorsqu'on fait refroidir trèsrapidement de la fonte d'un gris-clair : elle est dure , mats beaucoup moins fragile que la première-. — La fonte grixe et la fonte truitée ont une structure grenue , à grains plus ou moins (ius, cristallins ou écailleux. Elles sont tenaces, souvent même un peu ductiles , et susceptibles d'être limées.

La fonte est plus dilatable que le fer et que l'acier. Selon Rinmann , de la température ordinaire à la chaleur ronge elle se dilate de ^, et de la chaleur sombre à la chaleur "blanche , de •^. — La plus faible p. s. de la fonte grise est de 7,00 , et la plus forte p. s. de la font0^ blanche est de 7,69.

La fonte se fond aussi facilement que Tacier, et elle se dilate en se solidifiant ; la fonte grise plus que la fonte blanche. — La fonte blanche est plus fusible que la fonte grise ; mais elle est moins liquide, — Les fontes qui refroidies lentement, sont d'un gris-clair, deviennent blanches, à petites lames, lorsqu'on les fait refroidir brusquement. La fonte blanche devient plus promptemenl malléable par l'afftoage que la fonte grise. - La fonte blanche à grandes lames manganésée est éminemment propre à préparer Tacier naturel. — Les fontes les plus carburées ne contiennent que 0,04 à 0^05 de rarbone. Les fontes saturées de carbone

COMPOSÉS OXIGÉléS. 179

et soumises à an refroidissement lent abandonnent une partie de ce corps, qui se sépare sous forme d'écailies d'un gris-noir métalloïde qu'on nomme graphite^ Dans les fontes blanches le carbone est en totalité combiné avec le fer ; mais dans les fontes grises il parait qu*il se trouve partie à Tétat de combinaison et partie à 1 état de mélange ^ sous forme de grflphite* Outre le carbone , les fontes peuvent contenir des proportions très -variables de soufre, de phosphore, d*arsenic, de manganèse, de cuivre « de silicium, d'aluminium, de magnésium , etc. , qui exercent une grande influence sur leurs propriétés, (f^oy. Sect. III.)

ARTICLE II. — Compoêés oxigénéê, § 1"'. — Oxideê.

Les arides de fer sont réductibles par le gaz hydrogène , le charbon , les matières organiques ^ le soufre , le phosphore et Tarsenic. Selon M. Magnus , la réduction par le gaz hydrogène commence à avoir lieu à la température de réballition du mercure. Lorsque ce gaz est mêlé avec plusieurs hh son volume de vapeurs d eau , il ne réduit les uxides de fer à aucune température.

I* Le protoxide de fer ei«t une base trop forte et en même temps trop avide d'oxigène pour qu'il puisse exister isolément; on ne connaît donc pas ses propriétés physiques. — Son hydrate est blanc , et devient presque instantanément vert -grisâtre; il n*est pas magnétique , mais lorsqu'on le fait bouillir dans l'eau au contact de l'air il le devient et prend ane couleur noire. — Il décompose l'eau lentement à la température ordinaire , et rapidement à l'aide de la chaleur. Il absorbe promptement loxigène de lair, même lorsqu'on le conserve sous l'eâu , et il jaunit en se changeant en hydrate deper-oxide. — Il se combine a^ec tous les acides, même avec les plus faibles : ceux qui abandonnent facilement de loxigène le convertissent en per-oxide ; tels sont lacide nitrique, l'eau régale, l'acide chrèmiquc. — L'ammoniaque le dissout assez facilement. Les alcalis fixes en dissolvent aussi une petite quantité. — Les alcalis et les terres alcalines le précipitent de ses dissolutions, mais il précipite les terres et un très-grand nombre d'oxides métalliques.

Le protoxide de fer est composé de :

Fer. . . . 0,7728 — 100 i. ^

Oxigène. . . 0,2277 — 29,48

2' Le per-oxide de fer est d'un rouge-violacé lorsqu'il est en masses , et d'un rouge-vif quand il a été porphyrisé. Il

prend quelquefois Fa^pect métallique : Celui que Ton trouve â l'état natif présente souvent ce caractère ; il est alors cristallîn ou cristallisé en rhomboïde. On peut aussi Tobtenir cristallisé artificiellement en faisant passer de la vapeur d*eau sur du chlorure de fer chauffé au ronge : il se dégage de l'acide hydro-chlorique qui entraine du chlorure; ou en faisant passer de la vapeur d'eau sur un mélange de sel marin, de silice et d'oxide de fer : il ne se forme alors que très-peu de chlorure. — Il n'est pas du tout maf;nRtiqoe lorsqu'il est parfaitement pur. — Il est infosîbie et indécomposable par la chaleur. — Il est très-facilement réductible par les combustibles : à la chaleur rouge les vapeurs qui se dégagent d'un foyer le décomposent déjà on partie , et voilà pourquoi lorsqu'on le chauffe pendant quelque temps dans un creuset ouvert il devient légèrement magnétique.

Quand on cémente une certaine masse de per^tide de fer dans du charbon , si la masse n'est pas trop ot>nsfdérabie elle se transforme en totalité en oxide magnétique avant qu'il se forme du fer métallique; puis la réduction se propage de la surface au centre , en s'opérnnl de telle manière qu'à mesure qu'il se produit du fer métallique h la surface, il se forme de Toxide des battiiures dans l'intérieur et jus* qu'au rentre, mais en proportions décroissantes de la surface à ce point. Enfin quand la cémentation est très-nvanrée, le culot se recouvre d*une couche d'une épaisseur notab'e de fer aciéreux.

Le fer métallique en limaille . chaufPé avec le per-oxide ^ ramène celui ci à l'état d'oxide des bflttitures.

URydrate de per^tidB de fer est d'un jaune-brun. Il est înallérnble à Tair dcmt il n'attire pas l'acide carbonique. La chaleur en dégage l'eau très-facilement. — On en connaît deux : l'un qui se trouve à l'étal natif et qui contient 0,147

d'eau 2x -l- Aq^ l'autre qui se forme artificiellement lorsqu'on laisse pendant longtemps exposé à l'air le carbonale de protoxide humecté, ou lorsqu'on précipite un solde per-oxide par un carbonate alcalin en excès. II contient

0,257 d'eau f -|- Aq^. Il parait cependant que dans le dernier cas il retient toujours une petite quantité de lacide du sel précipité. Cet hydrate décrépite souvent par la calcination«

Le per-oxide de fer natif et le per-oxide artificiel fortementcatclné sont très-difficilement attaquables par les acides: il n'y a que l'acide muriatique et l'acide sulfurique concentré et bouillant qui les dissolvent bien — L'hydrate uai if se dibsout facilement dunii ces deux acides, et assez facilement

COXPOSés O&IGÉNÉS. 181

80591 clans Tacicle oxalique biiuillaot ; main les autres acidt*» ratlaqueot difficile ment. Au cunlraire Thydrale artificiel humide «e dissout dans tous les acides. — L'oxalale acide de potasse dissout bxn Thydrate et mèuie le per-oxide ior»-^ qu'il est trés-divisé.

Le per-uxide de £er joue le rôle d*uDe base faible ; il est uo peu moins fort que 1 alumiue. Il ne peut pas saturer coiuplélemeiit les acides. — Il est composé de :

Oxîgène. . 0,306« ~ 44,22 ^^ - '

100 de per-oxide contiennent 89,78 de protoxide , 100 de protoxide produisent 1 1 1,38 de per-oxide.

On obtient cet oxide très-pur en calcinant du nitrate de fer à la chaleur rouge.

8<* LWfde magnétique est d'un noir pur, opaque; on le trouve en très-grandes masses dans la nature y il a alors réclat métallique , mais s» poussière est ntûre. — Il est magnétique et même très-souvent magncti-polaire. — Il se fond saiis«e décomposer. — On Tobtient en faisant passer de la vapenr deau sur du fer métallique chauffe au rouge, ou en chauffant à la chaleur blanche un mélange de 0,921 d oxide rouge en poudre , et 0^079 de limaille de fer. — Camoie il a toujours une forte cohésion, il n^est attaquable que par les acides forts. Avec les acides muriatique etsulfuriqoe il donne un mélange de sels de protoxide et de ttls de per-oxide ; maïs Teau régale l'amène au maximum d'oxidation. — Lorsqu'on verse de Taromontaque dans une dissolution muriatique d'oxide magnétique , il se forme un précipité noir qni conserve sa couleur à Tair et qui est trèsmagnétique ; c'est un hydrate ; sa poussière est brune ; il devient noir par la calcination , en perdant son eau, sans soxider. — L*oxide magnétique est composé de : Fer. .. 0,7178 — 100 „,

Oxigène. . 0,2821 — 39,S0 '® * ou de :

Protoxide. . 0,3099 — !«' f i r

Per-oxide. . 0,6901 — 1 ' "*" '

4* V oxide de$ battitureg se forme à la surface des morceaux de fer métallique que Ton chauffe avec le contact de l'air. — Il est noir, luisant, un peu métalloïde, à structure cristalline ou grenue* — Il est très-magnétique. — Il se fond à une haute température et se prend en masse lamellaire. — Lorsque Ton a cémenté dans du charbon , pendant un certain temps, une masse un peu considérable de baltitures, la tranche des culots présente de la surface au centre ,