Sepertiunsur golongan 8 lainnya, besi berada pada rentangtingkat oksidasi yang lebar, −2 hingga +6, meskipun +2 dan +3 adalah yang paling banyak. Unsur besi terdapat dalammeteorit dan lingkungan rendahoksigen lainnya, tetapi reaktif dengan oksigen danair. Permukaan besi segar tampak berkilau abu-abu keperakan, tetapiteroksidasi dalam udara normal menghasilkanbesi oksidahidrat, yang dikenal sebagaikarat. Tidak seperti logam lain yang membentuk lapisan oksidapasivasi, oksida besi menempati lebih banyak tempat daripada logamnya sendiri dan kemudian mengelupas, mengekspos permukaan segar untuk korosi.
Logam besi telah digunakan sejakzaman purba, meskipunpaduantembaga, yang memiliki titik lebur lebih rendah, yang digunakan lebih awal dalam sejarah manusia. Besi murni relatif lembut, tetapi tidak bisa didapat melaluipeleburan. Materi ini mengeras dan diperkuat secara signifikan oleh kotoran,karbon khususnya, dari proses peleburan. Dengan proporsi karbon tertentu (antara 0,002% dan 2,1%) menghasilkanbaja, yang lebih keras dari besi murni, mungkin sampai 1000 kali. Logam besi mentah diproduksi ditanur tinggi, di mana bijih direduksi denganbatu bara menjadipig iron, yang memiliki kandungan karbon tinggi. Pengolahan lebih lanjut dengan oksigen mengurangi kandungan karbon sehingga mencapai proporsi yang tepat untuk pembuatan baja. Baja danpaduan besi berkadar karbon rendah bersama dengan logam lain (baja paduan) sejauh ini merupakan logam yang paling umum digunakan oleh industri, karena lebarnya rentang sifat-sifat yang didapat dan kelimpahan batuan yang mengandung besi.
Senyawa kimia besi memiliki banyak manfaat. Besi oksida dicampur dengan serbuk aluminium dapat dipantik untuk membuatreaksi termit, yang digunakan dalam pengelasan dan pemurnian bijih. Besi membentuk senyawa biner denganhalogen dankalsogen. Senyawa organologamnya antara lainferosen,senyawa sandwich pertama yang ditemukan.
Sifat mekanik besi dan paduannya dapat dievaluasi menggunakan berbagai uji, termasukuji Brinell,uji Rockwell danuji kekerasan Vickers. Data pada besi begitu konsisten sehingga sering digunakan untuk kalibrasi peralatan atau uji perbandingan.[7][8] Namun, sifat mekanik besi sangat dipengaruhi oleh kemurnian sampel: besi murni kristal tunggal untuk keperluan penenelitian faktanya lebih lunak daripada aluminium,[6] dan besi hasil produksi industri yang paling murni (99,99%) memiliki kekerasan 20–30 Brinell.[9] Kenaikan kandungan karbon dalam besi akan menyebabkan kenaikan yang signifikan pada kekerasan dan kekuatan tarik. Kekerasan maksimum65 Rc dicapai dengan kadar karbon 0.6%, meskipun prosedur ini untuk logam dengan daya tarik rendah[10]
Volume molar vs tekanan untu besi-α pada temperatur kamar
Karena signifikansinya untuk inti planet, sifat fisik besi pada tekanan dan suhu tinggi juga telah dipelajari secara mendalam. Bentuk besi yang stabil di bawah kondisi standar dapat mengalami tekanan hingga 15 GPa sebelum berubah menjadi bentuk tekanan tinggi, seperti yang dijelaskan pada bagian selanjutnya.
Besi merupakan contohalotropi pada logam. Setidaknya ada empat bentuk alotrop besi, yang dikenal sebagai α, γ, δ, dan ε; pada tekanan yang sangat tinggi dengan volume yang rendah, beberapa bukti eksperimental yang kontroversial ada untuk fase β yang stabil pada tekanan dan suhu yang sangat tinggi.[11]
Besi cair dingin mengkristal pada 1538 °C ke alotrop δ, yang memiliki struktur kristalbody-centered cubic (bcc). Setelah mendingin lebih lanjut menjadi 1394 °C, berubah menjadi besi alotrop γ, dengan struktur kristalface-centered cubic (fcc), atauaustenit. Pada 912 °C atau lebih rendah, struktur kristal berubah kembali menjadi alotrop besi α bcc, atauferit. Akhirnya, pada 770 °C (titik Curie, Tc) besi menjadimagnet. Ketika besi melewati suhu Curie tidak ada perubahan dalam struktur kristal, tetapi ada perubahan dalam "struktur domain", di mana setiap domain mengandung atom besi dengan spin elektron tertentu. Dalam besi non magnet, semua spin elektron dari atom dalam satu domain berada dalam arah yang sama, namun, domain sekitarnya menunjuk ke berbagai arah lain sehingga dengan demikian secara keseluruhan mereka menetralkan satu sama lain. Hasilnya, besi tidak bersifat magnet. Dalam besi magnet, spin elektron dari semua domain selaras, sehingga efek magnetik domain tetangga saling memperkuat. Meskipun setiap domain mengandung miliaran atom, ukuran mereka sangat kecil, hanya sekitar 10 mikrometer.[12] Pada tekanan di atas sekitar 10 GPa dan suhu beberapa ratus kelvin atau kurang, besi-α berubah menjadi strukturhexagonal close-packed (hcp), yang juga dikenal sebagaibesi-ε; fase-γ yang temperaturnya lebih tinggi juga berubah menjadi besi-ε, tetapi tidak terjadi pada tekanan yang lebih tinggi.Fase-β, jika ada, akan muncul pada tekanan minimal 50 GPa dan suhu minimal 1.500 K; telah diperkirakan memiliki struktur ortorombik atau struktur hcp ganda.[11]
Besi sangat penting ketika dicampur dengan logam tertentu lainnya dan dengan karbon untuk membentuk baja. Ada banyak jenis baja, semua dengan sifat yang berbeda, dan pemahaman tentang sifat-sifatalotrop besi adalah kunci untuk pembuatan baja berkualitas baik.
Besi-α, juga dikenal sebagai ferit, adalah bentuk besi paling stabil pada temperatur normal. Ini adalah logam yang cukup lunak yang dapat larut hanya dengan konsentrasi kecil karbon (tidak lebih dari 0,021% massa pada 910 °C).[13]
Di atas 912 °C dan sampai 1400 °C besi-α mengalamitransisi fasa dari bcc ke konfigurasi besi-γ fcc, juga disebutaustenit. Logam Ini juga lunak tetapi dapat melarutkan jauh lebih banyak karbon (sebanyak 2,04% massa pada 1146 °C). Bentuk besi ini digunakan dalam jenis baja nirkarat yang digunakan untuk membuat peralatan makan, dan rumah sakit serta peralatan jasa layanan makanan.[12]
Besi fasa tekanan tinggi penting sebagai model untuk bagian-bagian padat pada inti planet.Inti dalam planetbumi umumnya diasumsikan terdiri daripaduan besi-nikel dengan struktur ε (atau β).
Titik lebur besi didefinisikan secara eksperimen dengan baik untuk tekanan sampai sekitar 50 GPa. Untuk tekanan yang lebih tinggi, studi yang berbeda menempatkantitik triple γ-ε cair pada tekanan yang berbeda hingga puluhan gigapascal dan menghasilkan perbedaan titik lebur lebih dari 1000 K. Secara umum, simulasi komputerdinamika molekuler pada besi yang sedang meleleh dan percobaan gelombang kejut memberikan titik leleh yang lebih tinggi dan kemiringan kurva lebur yang lebih curam daripada percobaan statis yang dilakukan dalamsel diamond anvil.[14]
Besi alami terdiri dari empatisotop stabil: 5,845%54Fe, 91,754%56Fe, 2,119%57Fe dan 0,282%58Fe. Dari empat isotop stabil ini, hanya57Fe yang mempunyaispin inti (−½).Nuklida54Fe diperkirakan mengalamipeluruhan beta ganda, tetapi proses ini belum pernah diteliti untuk nuklei ini, dan hanya batas bawah waktu paruh yang ditetapkan: t1/2>3,1×1022 tahun.
Banyak riset masa lalu tentang pengukuran komposisi isotop Fe telah difokuskan pada penentuan variasi60Fe karena proses yang menyertainukleosintesis (yaitu, studimeteorit) dan formasi bijih. Namun dalam dekade terakhir, perkembangan teknologispektrometri massa telah memungkinkan untuk melakukan deteksi dan kuantifikasi renik, variasi rasio alamiisotop stabil besi. Banyak dari penelitian ini telah didorong oleh komunitasilmu bumi danplanet, meskipun aplikasi untuk sistem biologis dan industri mulai bermunculan.[16]
Isotop besi yang paling melimpah56Fe merupakan daya tarik tersendiri bagi para ilmuwan nuklir karena merupakan titik akhir nukleosintesis yang paling umum.Hal ini sering dikutip, secara salah, sebagai isotop dengan energi ikatan tertinggi, perbedaan yang sebenarnya dimilikinikel-62.[17] Karena56Ni mudah dihasilkan dari inti yang lebih ringan dalamproses alfa padareaksi nuklir di supernova (lihatproses pembakaran silikon), nikel-56 (14partikel alfa) adalah titik akhir rantai fusi dalambintang sangat besar, karena penambahan partikel alfa lain akan menghasilkan seng-60, yang membutuhkan lebih banyak energi. Oleh karena itu, nikel-56, dengan waktu paruh sekitar 6 hari, merupakan porsi terbesar dalam bintang-bintang ini, tetapi segera meluruh melalui emisi positron berturutan pada produk peluruhan supernova dalam awan gassisa supernova. Peluruhan pertama membentuk kobalt-56, dan kemudian besi-56 yang stabil. Nuklida terakhir ini kemudian menjadi relatif mayoritas di jagat raya, dibandingkan denganlogam stabil lainnya denganberat atom yang mendekati.
Dalam fase meteoritSemarkona danChervony Kut korelasi antara konsentrasi60Ni,produk anang60Fe, dan kelimpahan isotop besi yang stabil dapat ditemukan yang merupakan bukti keberadaan60Fe pada saatpembentukan Sistem Tata Surya. Kemungkinan energi yang dilepaskan pada peluruhan60Fe, bersama energi yang dilepaskan pada peluruhan radionuklida26Al, memberikan kontribusi pada pelelehan kembali dandiferensiasiasteroid setelah pembentukannya 4,6 miliar tahun yang lalu. Kelimpahan 60Ni dalam materiekstraterestrial juga memberikan wawasan lebih jauh ke dalam asal mulaSistem Tata Surya dan sejarah awalnya.[18]
Inti atom besi memiliki beberapa energi ikatan tertinggi per inti, hanya bisa diimbangi olehisotop nikel62Ni. Ini terbentuk melaluifusi nuklir pada bintang. Meskipun penambahan sedikit energi dapat diekstraksi melalui sintesis62Ni, kondisi dalam bintang tidak cocok untuk proses ini. Distribusi unsur di Bumi lebih didominasi oleh besi daripada nikel, dan juga mungkin dalam produksi elemen supernova.[19]
Besi-56 adalah isotop stabil terberat yang diproduksi melalui proses alfa dalamnukleosintesis stellar; unsur yang lebih berat daripada besi adalah nikel memerlukansupernova untuk pembentukannya. Besi adalah unsur yang paling melimpah dalam intiraksasa merah, dan logam paling melimpah dalammeteorit besi dan dalaminti planet yang berupa logam padat sepertibumi.
Besi dibentuk oleh bintang yang sangat besar dengan inti yang sangat panas (lebih dari 2,5 miliar kelvin) melaluiproses pembakaran silikon. Ia merupakan unsur stabil terberat yang diproduksi dengan cara ini. Proses dimulai dari inti stabil kedua terbesar melalui pembakaran silikon, yaitu kalsium. Satu inti stabil kalsium mengalami fusi dengan satu inti helium, membentuk titanium yang tidak stabil. Sebelum titanium meluruh, ia dapat berfusi dengan inti helium lainnya, membentuk kromium yang tak stabil. Sebelum kromium meluruh, ia dapat berfusi dengan inti helium lainnya, membentuk besi yang tak stabil. Sebelum besi meluruh, ia dapat berfusi dengan inti helium lainnya, membentuk nikel-56 yang tak stabil. Fusi nikel-56 lebih jauh memerlukan energi dan bukannya menghasilkan energi, sehingga setelah produksi nikel-56, bintang tidak lagi menghasilkan energi yang dibutuhkan untuk menjaga inti agar tidak runtuh. Akhirnya, nikel-56 meluruh menjadi kobalt-56 yang tak stabil, yang pada gilirannya meluruh menjadibesi-56 yang stabil. Ketika inti bintang runtuh, ia membentuksupernova. Supernova juga menciptakan bentuk-bentuk besi stabil tambahan melaluiproses-r.
Besi asli atau logam jarang ditemukan di permukaan bumi karena cenderung mengalami oksidasi, tetapi oksidanya menandakan dan mewakili bijih utamanya. Sementara kandungan besi pada kerak bumi hanya 5%, inti bumi bagiandalam danluar diyakini memiliki kandungan paduan besi-nikel yang banyak, diperkirakan 35% dari keseluruhan massa bumi. Oleh karena itu, besi merupakan unsur paling melimpah di bumi, tetapi menduduki tempat keempat kelimpahan unsur di kerak bumi.[21][22] Sebagian besar besi pada kerak bumi ditemukan bersenyawa dengan oksigen sebagai mineralbesi oksida sepertihematit (Fe) danmagnetit (Fe). Deposit besar besi ditemukan dalambanded iron formations. Formasi geologis ini adalah jenis batuan yang menandung lapisan-lapisan tipis besi oksida yang berulang (seperti pita-pita), dan diseling dengan lapisanserpih (bahasa Inggris:shale) danrijang (bahasa Inggris:chert) yang miskin kandungan besinya. Banded iron formation terbentuk antara3.700 juta tahun silam dan1.800 juta tahun silam.[23][24]
Sekitar 1 dalam 20meteorit mengandung mineral unik besi-nikeltaenit (35–80% iron) dankamasit (90–95% iron). Meskipun jarang,meteorit besi adalah bentuk utama besi logam alami di permukaan bumi.[25]
Besi menunjukkan karakteristik sifat kimialogam transisi, misalnya kemampuan membentuk tingkat oksidasi yang bervariasi dan mampu membentuk ikatan koordinasi dan kimia organologam: memang penemuan senyawa besi,ferosen, yang memberi perubahan revolusioner pada bidang ini pada akhir 1950an.[27] Besi kadang-kadang dianggap sebagai prototipe untuk seluruh blok logam transisi, karena kelimpahannya dan perannya yang besar sekali dalam perkembangan teknologi kemanusiaan.[28] Keduapuluh enam elektronnya tertata dalamkonfigurasi [Ar]3d64s2, yang elektron 3d dan 4s nya relatif memiliki energi yang berdekatan, sehingga dapat kehilangan elektron dalam jumlah yang bervariasi dan tidak ada titik yang jelas ionisasi lebih lanjut yang tidak menguntungkan.[29]
Besi membentuk senyawa utamanya dalamtingkat oksidasi +2 dan +3. Menurut tradisi, senyawa besi(II) disebutfero dan senyawa besi(III) disebutferi. Besi juga dapat memiliki tingkat oksidasi yang lebih tinggi, contohnya adalahkalium ferat (K2FeO4), berwarna ungu, yang mengandung besi dengan bilangan oksidasi +6. Besi(IV) adalah bentuk antara yang umum dalam banyak reaksi oksidasi biokimia.[30][31] Sejumlah senyawa organologam mengandung tingkat oksidasi formal +1, 0, −1, atau bahkan −2. Tingkat oksidasi dan sifat ikatan lainnya sering diuji menggunakan teknik spektroskopi Mössbauer.[32] Terdapat juga banyaksenyawa valensi campuran yang berintikan besi(II) dan besi(III) sekaligus, sepertimagnetit danbiru Prusia (Fe4(Fe[CN]6)3).[31] Senyawa yang disebutkan terakhir di atas digunakan sebagai "biru" tradisional dalamcetak biru.[33]
Besi adalah logam transisi pertama yang tidak dapat mencapai keadaan oksidasi golongannya (+8), meskipun kongenernya yang lebih berat ruthenium dan osmium bisa, ruthenium lebih sulit daripada osmium.[34] Ruthenium menunjukkan kimia kation akuatik pada tingkat oksidasi rendahnya mirip dengan besi, tetapi osmium tidak, sehingga lebih stabil pada tingkat oksidasi tinggi dengan membentuk kompleks anion.[34] Kenyataannya, pada paruh kedua dari deret transisi 3d ini, kemiripan vertikal golongan dari atas ke bawah bersaing dengan kemiripan horizontal besi dengan tetangganyakobalt dannikel pada tabel periodik, yang juga feromagnetik padasuhu ruang dan berbagi kemiripan kimia. Dengan demikian, besi, kobalt, dan nikel kadang-kadang dikelompokkan sebagaitriad besi[28]
Senyawa besi yang diproduksi dalam industri skala besar adalahbesi(II) sulfat (FeSO4.7H2O) danbesi(III) klorida (FeCl3). Besi(II) sulfat adalah salah satu sumber besi(II) yang paling umum, tetapi kurang stabil terhadap oksidasi udara dibandingkangaram Mohr ((NH4)2Fe(SO4)2·6H2O). Senyawa besi(II) cenderung teroksidasi menjadi senyawa besi(III) di udara.[31]
Tidak seperti logam lainnya, besi tidak membentuk amalgam dengan raksa. Sebagai hasilnya, raksa diperdagangkan dalam botol besi berukuran 76 lb (34 kg).[35]
Sejauh ini besi adalah unsur yang paling reaktif dalam golongannya, bersifat piroforik ketika dihaluskan dan mudah larut dalam asam encer, membentuk Fe2+. Namun, besi tidak bereaksi denganasam nitrat pekat dan asam oksidator, karena pembentukan lapisan oksida yang kuat yang dapat bereaksi denganasam klorida.[34]
Besi bereaksi dengan oksigen di udara membentuk berbagaisenyawa oksida dan hidroksida; yang paling umum adalahbesi(II,III) oksida (Fe3O4), danbesi(III) oksida (Fe2O3).Besi(II) oksida juga ada, meskipun tidak stabil pada temperatur kamar. Oksida-oksida ini adalah bijih utama untuk produksi besi (lihatbloomery dan tanur tinggi). Mereka juga digunakan dalam produksiferit, bermanfaat sebagai mediapenyimpanan magnetik di komputer, dan pigmen. Sulfida yang telah dikenal adalahbesi pirit (FeS2), juga dikenal sebagai "emas bodoh" karena kilau keemasannya.[31]
Halida fero dan feri biner telah dikenal lama, dengan pengecualian feri iodida. Fero halida biasanya muncul dari pengolahan logam besi dengan asam halogen biner terkait untuk menghasilkan garam terhidrasi yang sesuai.[31]
Besi bereaksi dengan fluor, klorin, dan bromin menghasilkan feri halida yang sesuai.Feri klorida adalah yang paling umum:
Feri iodida adalah perkecualian, tidak stabil secara termodinamika karena sifat oksidator Fe3+ dan sifat reduktor I−:[36]
Namun, feri iodida dalam jumlah miligram, padatan hitam, tetap dapat dibuat melalui reaksibesi pentakarbonil denganiodium dankarbon monoksida dengan adanyaheksana dan cahaya pada suhu −20 °C. Perlu dipastikan bahwa sistem tertutup rapat agar terhindar dari udara dan air.[36]
Anionferat(VI) yang berbentuk tetrahedral dan berwarna merah-ungu adalah oksidator kuat yang dapat mengoksidasi nitrogen dan amonia pada suhu kamar, dan bahkan air dalam larutan asam atau netral:[36]
Ion Fe3+ memiliki kimia kationik sederhana yang besar, meskipun ion heksaquo [Fe(H2O)6]3+ yang berwarna ungu pucat sangat mudah terhidrolisis ketika pH dinaikkan di atas 0 sebagai berikut:[37]
Ketika pH naik di atas 0 terbentuk spesies hasil hidrolisis yang berwarna kuning, dan ketika dinaikkan di atas 2-3 terbentuk endapanbesi(III) oksida hidrat yang berwarna coklat kemerahan. Meskipun Fe3+ memiliki konfigurasi d5, spektrum serapannya tidak seperti Mn2+ dengan pita d-d spin terlarangnya yang lemah, karena Fe3+ memiliki muatan positif yang lebih tinggi dan lebih terpolarisasi. Ini melemahkan energi serapantransfer muatan ligan-ke-logam. Oleh karena itu, semua kompleks di atas memililki warna yang agak kuat, dengan satu perkecualian ion heksaquo - dan bahkan yang memiliki spektrum yang didominasi oleh transfer muatan di daerah ultraviolet dekat.[37] Sebaliknya, ion besi(II) heksaquo [Fe(H2O)6]2+ yang berwarna hijau pucat tidak mengalami hidrolisis. Karbon dioksida tidak muncul ketika ditambahkan anionkarbonat, malah menghasilkan endapan putihbesi(II) karbonat. Dalam kondisi karbon dioksida berlebih, ini membentuk bikarbonat yang sedikit larut, yang jamak terjadi dalam air tanah, tetapi dengan cepat teroksidasi di udara membentukbesi(III) oksida yang menyebabkan endapan coklat di banyak aliran air.[38]
Telah dikenal beberapa kompleks sianida. Contoh yang paling terkenal adalahbiru Prusia, (Fe4(Fe[CN]6)3).Kalium ferisianida dankalium ferosianida juga telah diketahui; pembentukan biru Prusia pada reaksi dengan besi(II) dan besi(III) merupakan dasar "uji kimia basah".[31] Biru Prusia juga digunakan sebagai antidot pada keracunantalium dansesium radioaktif.[39][40] Biru Prusia dapat digunakan untuk mencuci pakaian guna menghilangkan noda kekuningan yang ditinggalkan oleh garam besi dalam air.
Telah dikenal beberapa senyawa karbonil besi. Senyawa besi(0) utama adalahbesi pentakarbonil, Fe(CO)5, yang digunakan untuk memproduksi serbukkarbonil besi, bentuk yang sangat reaktif dari logam besi. Termolisis besi pentakarbonil menghasilkan gugus tiga-inti,triferum dodekakarbonil. Pereaksi Collman,dinatrium tetrakarbonilferat, adalah pereaksi yang digunakan dalam kimia organik. Pereaksi ini mengandung besi dengan tingkat oksidasi −2.Siklopentadienilferum dikarbonil dimer mengandung besi dengan tingkat oksidasi yang langka, yaitu +1.[41]
Ferosen (bahasa Inggris:Ferrocene) adalah kompleks yang sangat stabil.Senyawa sandwich pertama, yang mempunyai pusat besi(II) dengan dua ligansiklopentadienil yang terikat melalui kesepuluh atom karbonnya. Pengaturan ini adalah hal yang mengejutkan ketika pertama kali ditemukan,[42] tetapi penemuan ferosen memicu cabang baru kimia organologam. Ferosen sendiri dapat digunakan sebagai tulang punggung ligan, misalnyadppf. Ferosen dapat dioksidasi menjadi kationferosenium (Fc+). Pasangan ferosen/ferosenium sering digunakan sebagai rujukan dalam elektrokimia.[43]
Simbol planet Mars telah digunakan sejak zaman dahulu untuk menandakan keberadaan besi.Tugu besi Delhi adalah sebuah contoh ekstraksi besi dan metodologi pengolahan pada zaman awal India.Tugu besi Delhi tahan karat selama 1600 tahun terakhir.
Besi telah digarap, atauditempa, selama beberapa milenium. Namun, objek besi berumur panjang jauh lebih jarang daripada objek yang dibuat dari emas atau perak karena besi mudah berkarat . Manik-manik yang terbuat daribesi meteor di 3500 SM atau sebelumnya ditemukan di Gerzah, Mesir oleh G.A. Wainwright.[44] Manik-manik mengandung 7,5% nikel, yang merupakan tanda bahwa berasal dari meteor karena hanya sedikit besi yang ditemukan pada kerak bumi dan tidak ada kandungan nikelnya. Besi meteorit sangat dihormati karena asal-usulnya di langit dan sering digunakan untuk menempa senjata dan alat-alat atau seluruh spesimen yang ditempatkan di gereja-gereja.[45] Barang-barang yang terbuat dari besi oleh bangsa Mesir bertanggal 2500 hingga 3000 SM.[44] Besi memiliki keuntungan pembeda dibandingkan perunggu untuk peralatan perang. Besi jauh lebih keras dan lebih awet dibandingkan perunggu, meskipun rentan terhadap karat . Namun, hal. ini telah ditentang.HittitologTrevor Bryce berargumentasi bahwa sebelum teknik pengolahan besi tingkat lanjut dikembangkan diIndia, senjata besi meteorit yang digunakan oleh tentaraMesopotamia awal memiliki kecenderungan mudah hancur dalam peperangan, karena kandungan karbonnya yang tinggi.[46]
Produksi besi pertama dimulai sejakZaman Perunggu tengah tetapi memerlukan beberapa abad sebelum dapat menggantikan perunggu. Contohleburan besi dariAsmar, Mesopotamia dan Tall Chagar Bazaar di Siria bagian utara dibuat antara 2.700 dan 3.000 SM.[47]Hittites tampaknya adalah yang pertama memahami produksi besi dari bijihnya dan sangat dihormati dalam masyarakat mereka. Mereka mulai melebur besi antara 1.500 dan 1.200 SM dan praktik ini tersebar ke Timur Dekat setelah kekaisaran mereka runtuk pada tahun 1.180 SM.[47] Periode berikutnya disebutZaman Besi. Peleburan besi, oleh karenanya dinamakan Zaman Besi, mencapai Eropa dua ratus tahun kemudian dan tiba diZimbabwe, Afrika pada abad ke-8.[47] Di China, besi hanya muncul sekitar tahun 700-500 SM.[48] Peleburan besi telah diperkenalkan kepada China melalui Asia Tengah.[49] Bukti awal penggunaantanur tinggi di China berpenanggalan abad pertama setelah masehi,[50] dan tungku kubah (bahasa Inggris:cupola furnaces) digunakan pada awal periode perang (403–221 BCE).[51] Penggunaan tanur tinggi dan kubah tetap menyebar selamaDinasti Song danTang.[52]
Artifak besi lebur ditemukan diIndia berpenanggalan antara 1.800 hingga 1.200 SM,[53] dan diLevant sejak sekitar 1.500 SM (menunjukkan peleburan diAnatolia atauKaukasus).[54][55]
Pengolahan besi masuk keYunani di akhir abad ke-11 SM.[56] Penyebaran pengolahan besi di Eropa Tengah dan Barat dihubungkan dengan ekspansi kaumKelt. MenurutGaius Plinius Secundus (Pliny the Elder) penggunaan besi adalah jamak pada eraRomawi.[45] Produksi besi tahunanKekaisaran Romawi diperkirakan 84.750ton,[57] sementara China Han yang padat penduduk memproduksi sekitar 5.000ton.[58]
Selama Revolusi Industri di Inggris,Henry Cort mulai memperhalus besi daribesi kasar (bahasa Inggris:pig iron) danbesi tempa (atau besi batang) menggunakan sistem produksi inovatif. Pada tahun 1783, ia mematenkanproses puddling untuk mengolah bijih besi. Proses ini kemudian disempurnakan oleh peneliti lain, termasukJoseph Hall.
Besi tuang (atau besi cor) (bahasa Inggris:cast iron) pertama kali diproduksi diChina selama abad ke-5 SM,[59] tetapi hampir tidak dikenal di Eropa sampai periode abad pertengahan.[60][61] Artifak besi tuang tertua ditemukan oleh arkeolog di tempat yang sekarang dikenal sebagaiLuhe County,Jiangsu, China. Besi tuang digunakan olehChina kuno untuk peralatan perang, pertanian, dan arsitektur.[62] Selama periodeabad pertengahan, di Eropa ditemukan sarana produksi besi tempa dari besi cor (dalam konteks ini dikenal sebagai besi kasar) dengan menggunakanfinery forge. Pada seluruh proses ini, digunakanbatu bara sebagai bahan bakar.
Tanur tinggi abad pertengahan mempunyai tinggi sekitar 10 kaki (3,0 m) dan terbuat dari bata tahan api; udara tekan diperoleh dari penghembus yang digerakkan oleh tangan.[61] Tanur tinggi modern jauh lebih besar.
Pada tahun 1709,Abraham Darby I membentuk tanur tinggi batu bara untuk memproduksi besi tuang. Ketersediaan besi murah adalah salah satu faktor yang menyebabkan Revolusi Industri. Menjelang akhir abad ke-18, besi tuang mulai menggantikan besi tempa untuk tujuan tertentu, karena harganya yang lebih murah. Kandungan karbon dalam besi tidak dilihat sebagai alasan untuk membedakan sifat besi tempa, besi tuang, dan baja hingga abad ke-18.[47]
Karena besi menjadi lebih murah dan lebih banyak, besi juga menjadi bahan struktural utama menyusul pembangunan inovatifjembatan besi pertama pada tahun 1778.
Besi tuang atau besi cor (bahasa Inggris:cast iron) adalahpaduanbesi-karbon dengan kandungan karbon lebih dari 2%.[63] Paduan besi dengan kandungan karbon kurang dari 2% disebut sebagaibaja. Unsur paduan utama yang membentuk karakter besi tuang adalah karbon (C) antara 3-3,5% dansilikon (Si) antara 1,8-2,4%. Perbedaan kadar C dan Si menyebabkantitik lebur besi tuang lebih rendah dari baja, yakni sekitar 1.150 sampai 1.200 °C. Unsur paduan yang terkandung didalamnya mempengaruhi warna patahannya; besi tuang putih mengandung unsur karbida sedangkan besi tuang kelabu mengandung serpihan grafit.
Baja (dengan kandungan karbon yang lebih kecil daripada besi kasar tetapi lebih banyak daripada besi tempa) pertama kali diproduksi menggunakanbloomery. Pandai besi diLuristan, Iran bagian barat membuat baja yang bagus pada 1.000 SM.[47] Kemudian, versi pengembagannya adalah,baja Wootz oleh India danbaja Damaskus dikembangkan sekitar 300 SM dan 500 setelah masehi. Metode ini adalah spesialisasi, dan oleh karenanya baja tiak menjadi komoditas utama hingga tahun 1850an.[65]
Metode produksi baru adalah melaluikarburasi besi batangan dalamproses sementasi ditemukan pada abad ke-17. Pada Revolusi Industri, metode baru memproduksi besi batangan tanpa batu bara ditemukan dan hal ini kemudian digunakan untuk memproduksi baja. Pada akhir 1850an,Henry Bessemer menciptakan proses pembuatan baja baru, melibatkan penghembusan udara melalui lelehan besi kasar untuk memproduksi baja lunak. Hal ini membuat baja jauh lebih ekonomis, oleh karena itu besi tempa tidak lagi diproduksi.[66]
Baja tahan karat adalah istilah yang umum untuk semua jenis baja yang merupakan produk dari proses peleburan khusus, memiliki tingkat kemurnian yang tinggi, dan bereaksi merata terhadap panas yang diberikan. Berdasarkan definisi ini, baja stainless tidak harus selalu merupakan baja alloy atau baja alloy tinggi. Dalam uraian ini akan dibatasi pada baja stainless alloy tinggi dengan kandungan kromium setidaknya 10,5%. Berdasarkan strukturnya, baja stainless alloy tinggi dapat dikelompokkan ke dalam kategori berikut:
Baja tahan karat feritik dibagi menjadi dua kelompok
dengan kromium (CR) sekitar 11 hingga 13%
dengan kromium (CR) sekitar 17%
Baja tahan karat dengan kandungan kromium sebesar 10,5% hingga 13% dikategorikan sebagai lembam korosi karena kandungan kromiumnya yang rendah. Baja ini digunakan jika kriteria yang diutamakan adalah masa pakai, keamanan, dan tingkat perawatan yang rendah dan tidak ada kriteria spesifik yang dibutuhkan. Bidang aplikasi yang umum menggunakannya misalnya konstruksi kontainer, konstruksi gerbong, dan konstruksi kendaraan.
Baja tahan karat martensitik
Baja tahan karat martensitik dengan kandungan kromium 12 hingga 18% dan kandungan karbon melebihi 0,1% akan berubah menjadi austenitik pada temperatur di atas 950 - 1050°C. Pendinginan cepat (quenching) akan menghasilkan struktur martensitik. Struktur ini, terutama jika dikeraskan dan didinginkan, akan menghasilkan kekuatan yang tinggi dan bahkan meningkatkan kandungan karbon. Baja tahan karat martensitik digunakan misalnya untuk produksi pisau silet, pisau, atau gunting.
Baja tahan karat austenitik
Baja tahan karat austenitik (disebut juga: baja kromium-nikel) dengan kandungan nikel di atas 8% merupakan kombinasi yang ideal untuk aplikasi praktis yang terkait pemrosesan, ketahanan terhadap korosi, dan karakteristik mekanisnya. Karakteristik utama dari jenis baja stainless ini adalah ketahanan yang tinggi terhadap korosi. Atas dasar itu, baja stainless austenitik diterapkan di area dengan media yang agresif, misalnya kontak dengan air laut yang mengandung klorida dan dalam industri kimia dan makanan.
Baja tahan karat feritik-austenitik
Baja tahan karat feritik-austenitik seringkali disebut juga baja dupleks karena merupakan komposit yang terbentuk dari dua struktur ini. Karena baja ini memiliki tingkat fleksibilitas yang tinggi dan juga memiliki ketahanan yang lebih baik terhadap korosi, baja jenis ini terutama cocok untuk penggunaan pada teknik lepas pantai.
Sistem nilai baja steel grades SAE adalah sistem penomoran paduan standar (SAE J1086 - Numbering Metals and Alloys) untuk nilai baja yang dikelola oleh SAE International.
Pada tahun 1774,Antoine Lavoisier mereaksikan uap air dengan besi logam di dalam tabung besi pijar untuk menghasilkanhidrogen dalam percobaan yang mengarah ke demonstrasikonservasi massa, yang mengubah instrumentasi kimia dari ilmu kualitatif menjadi kuantitatif. Oksidasi anaerobik besi pada temperatur tinggi secara skematis dapat ditunjukkan oleh reaksi berikut:
Produksi besi atau baja adalah suatu proses dengan dua tahapan utama, kecuali produk yang diinginkan adalah besi tuang. Tahap pertama adalah produksi besi kasar (pig iron) dalam tanur tinggi. Cara lain, reduksi langsung. Tahap kedua, besi kasar diubah menjadi besi tempa atau baja.
Proses pengolahan leburan bijih besi untuk membuat besi tempa dari besi kasar, dengan ilustrasi di sebelah kanan menampilkan pria yang bekerja di tanur tinggi, dari ensiklopediaTiangong Kaiwu, diterbitkan pada 1637 olehSong Yingxing.Cara ekstraksi besi abad ke-19
Untuk beberapa fungsi terbatas seperti inti elektromagnet, besi murni diproduksi dengan cara elektrolisis larutanfero sulfat.
Bijih besi terdiri atasoksigen danatombesi yang berikatan bersama dalammolekul. Besi sendiri biasanya didapatkan dalam bentukmagnetit (Fe3O4),hematit (Fe2O3),goethit,limonit atausiderit. Bijih besi biasanya kaya akanbesi oksida dan beragam dalam halwarna, dari kelabu tua, kuning muda, ungu tua, hingga merah karat. Saat ini, cadangan biji besi tampak banyak, namun seiring dengan bertambahnya penggunaan besi secara eksponensial berkelanjutan, cadangan ini mulai berkurang, karena jumlahnya tetap. Sebagai contoh,Lester Brown dariWorldwatch Institute telah memperkirakan bahwa bijih besi bisa habis dalam waktu 64 tahun berdasarkan pada ekstrapolasi konservatif dari 2% pertumbuhan per tahun.[71][72]
Tabel kandungan mineral besi
Mineral
Rumus kimia
Kandungan besi teoritis dalam mineral (dalam%)
Kandungan besi teoritis setelah kalsinasi (dalam%)
Produksi besi industri dimulai dari bijih besi, biasanyahematit, dengan rumus Fe2O3, danmagnetit, dengan rumus Fe3O4. Bijih ini direduksi menjadi logam dalam suatu reaksikarbotermal, yaitu diberi perlakuan dengan karbon. Konversi ini biasa dilakukan dalam tanur tinggi pada temperatur sekitar 2000 °C. Karbon dipasok dalam bentuk kokas. Process ini juga mengandungfluks sepertilimestone, yang digunakan untuk menghilangkan mineral silika dalam bijih, yang dapat menyimbat tanur. Kokas dan gamping dimasukkan melalui puncak tanur, ketika tengah terjadi ledakan hebat saat pemanasanudara, sekitar 4 ton per ton besi,[61] yang dipompa ke dalam tanur melalui bagian bawah.
Di dalam tanur, kokas bereaksi dengan oksigen dalam ledakan udara menghasilkankarbon monoksida:
Karbon monoksida yang mereduksi bijih besi (sesuaipersamaan reaksi di bawah, hematite) menjadi lelehan besi, berubah menjadikarbon dioksida sesuai proses:
Beberapa besi dalam temperatur tinggi di bagian-bagian tanur yang lebihdingin bereaksi langsung dengan kokas:
Fluks yang berguna untuk melelehkan ketakmurnian dalam bijih biasanya adalahbatu gamping (bahasa Inggris:limestone) (kalsium karbonat) dandolomit (kalsium-magnesium karbonat). Fluks khusus lainnya digunakan bergantung pada karakteristik bijih. Panas di dalam tungku mengakibatkan fluks batu gamping terdekomposisi menjadikalsium oksida (dikenal juga sebagai tawas):
Kemudian kalsium oksida bereaksi dengan silikon dioksida membentukslag.
Slag meleleh karena panas tanur. Pada dasar tanur, lelehan slag mengapung di atas lelehan besi yang lebih padat, dan tingkap di bagian samping tanur dibuka untuk mengalirkan dan memisahkan besi dengan slag. Besi, ketika telah dingin, disebut besi kasar (pig iron), sementara slag dapat digunakan sebagai bahan konstruksijalan atau bahan pengaya tanah yang miskin mineral untukpertanian.[61]
Tumpukan pelet bijih besi yang akan digunakan dalam produksi baja.
Karena masalah lingkungan, telah dikembangkan metode alternatif pengolahan besi. "Reduksi besi langsung" mereduksi bijih besi menjadi serbuk yang dinamakan besi "karang" atau besi "langsung" yang cocok untuk pembuatan baja.[61] Dua reaksi utama pada proses reduksi langsung:
Gas alam dioksidasi sebagian (dengan panas dan katalis):
Gas-gas ini kemudian diberi perlakuan dengan bijih besi dalam tanur, menghasilkan besi karang padat:
Silika dihilangkan dengan penambahan fluksgamping seperti telah dijelaskan di atas.
Diagram fase besi-karbon, berbagai bentuklarutan padat yang stabil
Besi logam secara umum diproduksi di laboratorium melalui dua metode. Pertama adalah elektrolisis fero klorida pada katode besi. Metode kedua melibatkan reduksi besi oksida dengan gas hidrogen pada temperatur sekitar 500 °C.[73]
Besi adalah logam yang paling banyak digunakan, mencakup 92% dari produksi logam dunia.[n 1] Biayanya yang rendah dan kekuatannya yang tinggi membuatnya sangat diperlukan dalam aplikasi teknik seperti pembangunan mesin danperalatan mesin,mobil,lambungkapal-kapal besar, dan komponen strukturbangunan. Karena besi murni cukup lunak, hal ini paling sering dikombinasikan dengan unsur paduan untuk membuat baja.
Besi yang tersedia untuk komersial diklasifikasikan berdasarkan kemurnian dan kandungan aditifnya.Pig iron memiliki 3,5-4,5% karbon[75] dan mengandung berbagai jumlah kontaminan sepertibelerang, silikon danfosfor.Pig iron bukan produk komersial, melainkan tahap antara dalam produksi besi tuang dan baja. Pengurangan kontaminan dalam pig iron yang berpengaruh negatif kepada sifat materi, seperti belerang dan fosfor, menghasilkan besi tuang yang mengandung 2–4% karbon, 1–6% silikon, dan sejumlah kecilmangan. Ia memilikititik leleh di kisaran 1420-1470 K, lebih rendah daripada salah satu dari dua komponen utama, dan membuatnya produk pertama yang akan meleleh ketika karbon dan besi dipanaskan bersama-sama. Sifat mekaniknya sangat bervariasi dan bergantung pada bentuk karbon dalam paduan.
Besi tuang "putih" mengandung karbon dalam bentuksementit, atau besi-karbida. Senyawa keras dan rapuh ini mendominasi sifat mekanik besi tuang putih ini, sehingga tetap keras, tetapi tidak tahan kejut. Permukaan besi tuang putih yang rusak penuh goresan halus pecahan besi-karbida, suat bahan mengkilap, keperakan dan sangat pucat.
Dalambesi abu-abu, karbon berbentuk serpihan halusgrafit terpisah, dan juga membuat bahan rapuh karena serpihannya bermata tajam yang menghasilkan alokasikonsentrasi tegangan dalam materi. Varian baru dari besi abu-abu, disebut sebagaibesi elastis yang diberi perlakuan khusus denganmagnesium dalam jumlah renik untuk mengubah bentuk grafit menjadi sferoid, atau nodul, mengurangi konsentrasi tegangan serta meningkatkan ketangguhan dan kekuatan material.
Besi tempa mengandung kurang dari 0,25% karbon, tetapi mengandung terak dalam jumlah besar sehingga memberikan karakteristik berserat.[75] Ini adalah produk keras, dapat ditempa, tetapi tidak mudah dilebur sepertipig iron. Ia juga mudah diasah Besi tempa ditandai oleh adanya serat terak halus yang terperangkap dalam logam. Besi tempa lebih tahan korosi daripada baja. Produkblacksmithing dan "besi tempa" tradisional dan telah hampir sepenuhnya digantikan olehbaja ringan.
Baja ringan lebih mudah berkarat daripada besi tempa, tetapi lebih murah dan lebih banyak tersedia.Baja karbon mengandung 2,0% karbon atau kurang,[76] ditambah sedikitmangan,belerang,fosfor, dansilikon.Baja paduan mengandung bervariasi jumlah karbon dan logam lain, sepertikromium,vanadium,molibdenum,nikel,wolfram, dan sebagainya. Kandungan paduannya mendongkrak biaya, sehingga biasanya hanya digunakan untuk keperluan khusus. Satu baja paduan umum, adalahbaja nirkarat. Recent Perkembangan terkini dalam metalurgi besi telah menghasilkan berbagai baja paduan mikro, yang disebut juga baja 'HSLA' (singkatan daribahasa Inggris:HighStrengthLowAlloy), mengandung sedikit tambahan untuk menghasilkan kekuatan tinggi dan biasanya ketangguhan spektakuler dengan biaya minimal.
Terlepas dari aplikasi tradisional, besi juga digunakan untuk perlindungan dari radiasi pengion. Meskipun lebih ringan daripada bahan perlindungan tradisional lainnya, yaitu timbal, ini jauh lebih kuat secara mekanis. Atenuasi radiasi sebagai fungsi energi ditunjukkan dalam grafik.
Kerugian utama besi dan baja adalah bahwa besi murni, dan sebagian besar paduannya, dapat membentukkarat jika tidak dilindungi.Pengecatan,galvanisasi,pasivasi, pelapisan plastik danpembiruan semua digunakan untuk melindungi besi dari karat dengan menghalangi masuknyaair dan oksigen atau denganproteksi katodik.
Meskipun peran metalurgi dominan dalam hal jumlah, senyawa besi banyak digunakan oleh baik industri maupun kegunaan lainnya. Katalis besi secara tradisional digunakan dalamproses Haber-Bosch untuk produksi amonia danproses Fischer-Tropsch untuk konversi karbon monoksida menjadihidrokarbon untuk bahan bakar dan pelumas.[77] Serbuk besi dalam pelarut asam digunakan dalamreduksi Bechamp yaitu reduksinitrobenzena menjadianilin.[78]
Besi(III) klorida digunakan untuk pemurnian air danpengolahan limbah, untuk mewarnai tekstil, sebagai pewarna cat, sebagai aditif pakan ternak, dan sebagaietchant untuktembaga dalam pabrikasiPCB.[79] Ini bisa juga dilarutkan dalam alkohol untuk membuat besitincture. Halida lainnya cenderung memiliki penggunaan yang terbatas di laboratorium.
Besi(II) sulfat digunakan sebagai prekursor untuk senyawa besi lainnya. Ini juga digunakan untukmereduksi kromat dalam semen. Ini digunakan untuk memfortifikasi makanan dan mengobatianemia defisiensi besi. Hal di atas adalah kegunaan utamanya.Besi(III) sulfat digunakan dalam pengendapan partikel limbah dalam air tangki.Besi(II) klorida digunakan sebagai pereduksi flokulator, dalam pembentukan kompleks besi dan besi oksida magnetik, serta sebagai reduktor dalam sintesis organik.
Korosi besi memerlukanoksigen danair. Berbagai jenis logam contohnyaseng danmagnesium dapat melindungi besi dari korosi. Cara-cara pencegahan korosi besi yang akan dibahas berikut ini didasarkan pada dua sifat tersebut. Proses korosi besi disebut juga denganperkaratan.
Pengecatan. Jembatan, pagar, dan railing biasanya dicat. Cat menghindarkan kontak dengan udara dan air. Cat yang mengandung timbel dan zink (seng) akan lebih baik, karena keduanya melindungi besi terhadap korosi.
Pelumuran denganoli atau gemuk. Cara ini diterapkan untuk berbagai perkakas dan mesin. Oli dan gemuk mencegah kontak dengan air.
Pembalutan dengan Plastik. Berbagai macam barang, misalnya rak piring dan keranjang sepeda dibalut dengan plastik. Plastik mencegah kontak dengan udara dan air.
Tin plating (pelapisan dengantimah). Kaleng-kaleng kemasan terbuat dari besi yang dilapisi dengan timah. Pelapisan dilakukan secara elektrolisis, yang disebuttin plating. Timah tergolong logam yang tahan karat. Akan tetapi, lapisan timah hanya melindungi besi selama lapisan itu utuh (tanpa cacat). Apabila lapisan timah ada yang rusak, misalnya tergores, maka timah justru mendorong/mempercepat korosi besi. Hal itu terjadi karena potensial reduksi besi lebih negatif daripada timah. Oleh karena itu, besi yang dilapisi dengan timah akan membentuk suatu sel elektrokimia dengan besi sebagai anode. Dengan demikian, timah mendorong korosi besi. Akan tetapi hal ini justru yang diharapkan, sehingga kaleng-kaleng bekas cepat hancur.
Galvanisasi (pelapisan denganseng). Pipa besi, tiang telepon dan berbagai barang lain dilapisi dengan zink. Berbeda dengan timah, zink dapat melindungi besi dari korosi sekalipun lapisannya tidak utuh. Hal ini terjadi karena suatu mekanisme yang disebutperlindungan katode. Oleh karena potensial reduksi besi lebih positif daripada zink, maka besi yang kontak dengan zink akan membentuk sel elektrokimia dengan besi sebagai katode. Dengan demikian besi terlindungi dan zink yang mengalami oksidasi (berkarat). Badan mobil-mobil baru pada umumnya telah digalvanisasi, sehingga tahan karat.
Chromium Plating (pelapisan dengankromium). Besi atau baja juga dapat dilapisi dengan kromium untuk memberi lapisan pelindung yang mengkilap, misalnya untuk bumper mobil.Cromium plating juga dilakukan dengan elektrolisis. Sama seperti zink, kromium dapat memberi perlindungan sekalipun lapisan kromium itu ada yang rusak.
Sacrificial Protection (pengorbanan anode). Magnesium adalah logam yang jauh lebih aktif (berarti lebih mudah berkarat) daripada besi. Jika logam magnesium dikontakkan dengan besi, maka magnesium itu akan berkarat tetapi besi tidak. Cara ini digunakan untuk melindungi pipa baja yang ditanam dalam tanah atau badan kapal laut. Secara periodik, batang magnesium harus diganti.
Besi melimpah dalam biologi.[80][81] Besi-protein ditemukan dalam semua organisme mulai dari yang promotifarchaea hingga manusia. Warna darah disebabkan oleh hemoglobin, suatu protein yang mengandung besi. Seperti dalam hemoglobin, besi sering kali terikat padakofaktor, misalnya dalamheme.Gugus besi-belerang adalah penyusunnitrogenase, suatu enzim yang bertanggung jawab padafiksasi nitrogen biologis. Pengaruh teori evolusi memberikan peran pada besi sulfida dalamteori besi-belerang dunia.
StrukturHeme b, Fe akan terikat pada proteinligan tambahan.
Besi adalahunsur renik penting yang ditemukan di hampir semua organisme hidup. Enzim dan protein mengandung besi, sering kali mengandunggugus prostetikheme, yang berperan besar dalam oksidasi dan transportasi biologis. Contoh protein yang ditemukan dalam organisme tingkat tinggi antara lain hemoglobin,sitokrom (lihatbesi valensi tinggi), dankatalase.[82]
Besi memang melimpah, tetapi sumber zat besi utama antara laindaging merah,kacang-kacangan,kacang,daging unggas,ikan,sayuran hijau,selada air,tahu,buncis,kacang polong,roti yang difortifikasi, dansereal yang difortifikasi. Besi dalam jumlah kecil ditemukan dalammolases,tef, dantepung kentang (farina). Besi dalam daging (besiheme) lebih mudah diserap daripada besi dalam sayuran.[83] Meskipun sejumlah studi menyebutkan bahwa heme/hemoglobin dari daging merah mempunyai efek yang dapat meningkatkan kemungkinankanker usus besar,[84][85] tetapi tetap ada sejumlah kontroversi,[86] dan bahkan ada beberapa studi yang menyatakan bahwa tidak ada bukti cukup yang mendukung klaim semacam itu.[87]
Besi yang ada dalamsuplemen makanan sering kali ditemukan sebagaibesi(II) fumarat, meskipun besi sulfat lebih murah dan dapat diserap cukup baik. Unsur besi, meski efisiensi penyerapannya hanya⅓ relatif dari besi sulfat,[88] sering ditambahkan dalam makanan seperti sereal dan tepung terigu. Besi yang paling mudah diserap tubuh apabiladi-khelat-kan dengan asam amino[89] dan juga tersedia sebagaisuplemen besi. Seringkali asam amino yang dipilih adalah yang termurah dan paling umum yaituglisin, dalam bentuk suplemen "besi glisinat".[90]Angka Kecukupan Gizi (AKG) yang dianjurkan (bahasa Inggris:Recommended Dietary Allowance (RDA)) untuk besi beragam sesuai umur, jenis kelamin, dan sumber zat besi (besi berbasis heme memilikibioavilabilitas yang lebih tinggi).[91] Bayi memerlukan suplemen besi jika mengkonsumsi susu formula.[92]Pendonor darah dan wanita hamil berisiko mengalami kekurangan besi dan sering kali dianjurkan untuk mengkonsumsi suplemen besi.[93]
Akuisisi besi menghadapi masalah bagi organisme aerobik, karena ion feri sukar larut pada pH mendekati netral. Oleh karena itu, bakteri telah melibatkan senyawasekuestor yang disebutsiderofora (bahasa Inggris:siderophore).[94][95][96]
Setelah diserap, dalamsel, penyimpanan besi diatur dengan hati-hati; ion besi "bebas" tidak tersedia begitu saja. Komponen utama yang mengatur ini adalah proteintransferin, yang mengikat ion besi yang diserap dariduodenum dan mengangkutnya melaluialiran arah menuju sel.[97] Pada hewan, tumbuhan, dan jamur, besi sering kali berupa ion yang berbentuk kompleks heme. Heme adalah komponen esensial proteinsitokrom, yang mengatur reaksiredoks, dan komponen esensialprotein pengangkut oksigen sepertihemoglobin,myoglobin, danleghemoglobin.
Asupan besi diatur ketat oleh tubuh manusia, yang tidak memiliki pengaturan fisiologis ekskresi besi. Hanya sejumlah kecil besi yang hilang setiap hari karena peluruhan sel mukosa dan epitel kulit, sehingga pengendalian level besi sangat diatur dari asupannya.[99] Pengaturan asupan besi tidak berlangsung sempurna pada beberapa orang akibat daricacat genetik yang memetakan region gen HLA-H pada kromosom 6. Pada orang-orang ini, kelebihan asupan dapat mengakibatkankelainan akibat kelebihan besi (bahasa Inggris:iron overload disorder), sepertihemokromatosis. Banyak orang memiliki kerentanan genetik terhadap kelebihan zat besi tanpa menyadarinya atau menyadari masalah sejarah keluarga. Berdasarkan alasan tersebut, disarankan untuk tidak mengkonsumsi suplemen besi kecuali mengalamidefisiensi besi dan telah berkonsultasi dengan dokter.Hemokromatosis diperkirakan menyebabkan penyakit antara 0,3 dan 0,8% di kalangan ras kaukasia.[100]
Mencerna besi dalam jumlah besar dapat menyebabkan kelebihan kadar besi dalam darah. Kadar besi fero yang tinggi dalam darah bereaksi denganperoksida membentukradikal bebas, yang sangat reaktif dan dapat merusakDNA,protein,lemak, dan komponen sel lainnya. Oleh karena itu, toksisitas besi muncul ketika besi bebas dalam sel, yang biasanya terjadi ketika kadar besi melebihi kemampuantransferin mengikat besi. Kerusakan pada selsaluran pencernaan dapat juga menghambat pengaturan asupan besi yang berakibat pada peningkatan lebih lanjut kadar besi darah. Besi umumnya merusak sel dalamjantung,liver dan lainnya, yang dapat menyebabkan efek parah, termasukkoma,asidosis metabolik,syok,kegagalan liver,koagulopati,sindrom distres pernapasan dewasa (bahasa Inggris:adult respiratory distress syndrome), kerusakan organ jangka panjang, dan bahkan kematian.[106] Manusia mengalami keracunan besi di atas 20 miligram besi per kilogram berat badan, dan 60 miligram per kilogram adalahdosis letal.[107] Asupan besi berlebihan, sering kali akibat dari konsumsi berlebih tabletfero sulfat pada anak-anak tetapi dengan dosis dewasa. Ini adalah salah satu keracunan umum yang menyebabkan kematian pada anak-anak usia di bawah enam tahun.[107]Standar Asupan Gizi (bahasa Inggris:Dietary Reference Intake (DRI)) mencantumkan Batas Atas Toleransi (bahasa Inggris:Tolerable Upper Intake Level (UL)) untuk dewasa adalah 45 mg/hari. Untuk anak-anak di bawah empat belas tahun,UL-nya 40 mg/hari.
Pengelolaan medis keracunan besi adalah rumit, dan dapat berupa penggunaan zatpengkhelat yang disebutdeferoksamina untuk mengikat dan mengeluarkan kelebihan besi dari dalam tubuh.[106][108][109]
^Demazeau, G.; Buffat, B.; Pouchard, M.; Hagenmuller, P. (1982). "Recent developments in the field of high oxidation states of transition elements in oxides stabilization of six-coordinated Iron(V)".Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie.491: 60–66.doi:10.1002/zaac.19824910109.
^Lu, J.; Jian, J.; Huang, W.; Lin, H.; Li, J; Zhou, M. (2016). "Experimental and theoretical identification of the Fe(VII) oxidation state in FeO4−".Physical Chemistry Chemical Physics.18 (45): 31125–31131.Bibcode:2016PCCP...1831125L.doi:10.1039/C6CP06753K.PMID27812577.
^abBoehler, Reinhard (2000). "High-pressure experiments and the phase diagram of lower mantle and core materials".Review of Geophysics. American Geophysical Union.38 (2): 221–245.Bibcode:2000RvGeo..38..221B.doi:10.1029/1998RG000053.
^Boehler, Reinhard; Ross, M. (2007). "Properties of Rocks and Minerals_High-Pressure Melting".Mineral Physics. Treatise on Geophysics.2. Elsevier. hlm. 527–541.doi:10.1016/B978-044452748-6.00047-X.
^Rugel, G.; Faestermann, T.; Knie, K.; Korschinek, G.; Poutivtsev, M.; Schumann, D.; Kivel, N.; Günther-Leopold, I.; Weinreich, R.; Wohlmuther, M. (2009). "New Measurement of the60Fe Half-Life".Physical Review Letters.103 (7).doi:10.1103/PhysRevLett.103.072502.ISSN0031-9007.
^Bautista, Manuel A.; Pradhan, Anil K. (1995). "Iron and Nickel Abundances in H~II Regions and Supernova Remnants".Bulletin of the American Astronomical Society.27: 865.Bibcode:1995AAS...186.3707B.
^McDonald, I.; Sloan, G. C.; Zijlstra, A. A.; Matsunaga, N.; Matsuura, M.; Kraemer, K. E.; Bernard-Salas, J.; Markwick, A. J. (2010). "Rusty Old Stars: A Source of the Missing Interstellar Iron?".The Astrophysical Journal Letters.717 (2): L92–L97.arXiv:1005.3489.Bibcode:2010ApJ...717L..92M.doi:10.1088/2041-8205/717/2/L92.
^Klingelhöfer, G.; Morris, R. V.; Souza, P. A.; Rodionov, D.; Schröder, C. (2007). "Two earth years of Mössbauer studies of the surface of Mars with MIMOS II".Hyperfine Interactions.170: 169–177.Bibcode:2006HyInt.170..169K.doi:10.1007/s10751-007-9508-5.
^Nam, Wonwoo (2007). "High-Valent Iron(IV)–Oxo Complexes of Heme and Non-Heme Ligands in Oxygenation Reactions".Accounts of Chemical Research.40 (7): 522–531.doi:10.1021/ar700027f.PMID17469792.
^abcdefHolleman, Arnold F.; Wiberg, Egon; Wiberg, Nils (1985). "Iron".Lehrbuch der Anorganischen Chemie (dalam bahasa German) (edisi ke-91–100). Walter de Gruyter. hlm. 1125–1146.ISBN3-11-007511-3.Pemeliharaan CS1: Bahasa yang tidak diketahui (link)
^Reiff, William Michael; Long, Gary J. (1984). "Mössbauer Spectroscopy and the Coordination Chemistry of Iron".Mössbauer spectroscopy applied to inorganic chemistry. Springer. hlm. 245–283.ISBN978-0-306-41647-7.
^Thompson, D. F; Callen, ED (2004). "Soluble or Insoluble Prussian Blue for Radiocesium and Thallium Poisoning?".Annals of Pharmacotherapy.38 (9): 1509–1514.doi:10.1345/aph.1E024.PMID15252192.
^Federman Neto, Alberto; Pelegrino, Alessandra Caramori; Darin, Vitor Andre (2004). "Ferrocene: 50 Years of Transition Metal Organometallic Chemistry—From Organic and Inorganic to Supramolecular Chemistry".ChemInform.35 (43).doi:10.1002/chin.200443242.
^Pigott, Vincent C. (1999).The Archaeometallurgy of the Asian Old World. Philadelphia: University of Pennsylvania Museum of Archaeology and Anthropology.ISBN 0-924171-34-0, p. 191.
^Photos, E. (1989). "The Question of Meteoritic versus Smelted Nickel-Rich Iron: Archaeological Evidence and Experimental Results".World Archaeology. Taylor & Francis, Ltd.20 (3): 403–421.doi:10.1080/00438243.1989.9980081.JSTOR124562.
^Muhly, James D. (2003). "Metalworking/Mining in the Levant". Dalam Lake, Richard Winona.Near Eastern Archaeology IN: Eisenbrauns.180. hlm. 174–183.
^Craddock, Paul T. (2008): "Mining and Metallurgy", in:Oleson, John Peter (ed.):The Oxford Handbook of Engineering and Technology in the Classical World, Oxford University Press,ISBN 978-0-19-518731-1, p. 108
^Wagner, Donald B.: "The State and the Iron Industry in Han China", NIAS Publishing, Copenhagen 2001,ISBN 87-87062-77-1, p. 73
^Wagner, Donald B. (2003). "Chinese blast furnaces from the 10th to the 14th century".Historical Metallurgy.37 (1): 25–37. originally published inWagner, Donald B. (2001). "Chinese blast furnaces from the 10th to the 14th century".West Asian Science, Technology, and Medicine.18: 41–74.
^"What is Stainless Steel?". Nickel Institute. Diarsipkan dariversi asli tanggal 2005-12-31. Diakses tanggal2007-08-13.Parameter|url-status= yang tidak diketahui akan diabaikan (bantuan)
^"section 2, part A:Standard specification for chromium and chromium-nickel stainless steel plate, sheet, and strip for pressure vessels and for general applications".ASTM A SA-240/SA-540M. 2007. hlm. 385.
^Yee, Gereon M.; Tolman, William B. (2015). "Chapter 5Transition Metal Complexes and the Activation of Dioxygen". Dalam Peter M.H. Kroneck and Martha E. Sosa Torres.Sustaining Life on Planet Earth: Metalloenzymes Mastering Dioxygen and Other Chewy Gases. Metal Ions in Life Sciences.15. Springer. hlm. 131–204.doi:10.1007/978-3-319-12415-5_5.
^Sesink, Aloys L. A.; T; K; V (1999). "Red meat and colon cancer: the cytotoxic and hyperproliferative effects of dietary heme".Cancer Research.59 (22): 5704–9.PMID10582688.
^Glei, M.; Klenow, S.; Sauer, J.; Wegewitz, U.; Richter, K.; Pool-Zobel, B. L. (2006). "Hemoglobin and hemin induce DNA damage in human colon tumor cells HT29 clone 19A and in primary human colonocytes".Mutat. Res.594 (1–2): 162–171.doi:10.1016/j.mrfmmm.2005.08.006.PMID16226281.
^Hoppe, M.; Hulthén, L.; Hallberg, L. (2005). "The relative bioavailability in humans of elemental iron powders for use in food fortification".European Journal of Nutrition.45 (1): 37–44.doi:10.1007/s00394-005-0560-0.PMID15864409.
^Pineda, O.; Ashmead, H. D. (2001). "Effectiveness of treatment of iron-deficiency anemia in infants and young children with ferrous bis-glycinate chelate".Nutrition.17 (5): 381–4.doi:10.1016/S0899-9007(01)00519-6.PMID11377130.
^Ashmead, H. DeWayne (1989).Conversations on Chelation and Mineral Nutrition. Keats Publishing.ISBN0-87983-501-X.
^Boukhalfa, Hakim; Crumbliss, Alvin L. (2002). "Chemical aspects of siderophore mediated iron transport".BioMetals.15 (4): 325–39.doi:10.1023/A:1020218608266.PMID12405526.
^abCheney, K.; Gumbiner, C.; Benson, B.; Tenenbein, M. (1995). "Survival after a severe iron poisoning treated with intermittent infusions of deferoxamine".J Toxicol Clin Toxicol.33 (1): 61–6.doi:10.3109/15563659509020217.PMID7837315.
^Tenenbein, M (1996). "Benefits of parenteral deferoxamine for acute iron poisoning".J Toxicol Clin Toxicol.34 (5): 485–489.doi:10.3109/15563659609028005.PMID8800185.
Greenwood, Norman N.; Earnshaw, A. (1997),Chemistry of the Elements (edisi ke-2), Oxford: Butterworth-Heinemann,ISBN0-7506-3365-4Pemeliharaan CS1: Banyak nama: authors list (link)
H.R. Schubert (1957),History of the British Iron and Steel Industry... to 1775 AD, London: Routledge.
R.F. Tylecote (1992),History of Metallurgy, London: Institute of Materials.
R.F. Tylecote (1991), "Iron in the Industrial Revolution", dalam J. Day; R.F. Tylecote,The Industrial Revolution in Metals, Institute of Materials, hlm. 200–60.
.png)
_chloride_hexahydrate.jpg)
