Besi: Perbedaan antara revisi

Logam besi telah digunakan sejak [[Zaman Besi|zaman purba]], meskipun [[Logam paduan|paduan]] [[tembaga]], yang memiliki titik lebur lebih rendah, yang digunakan lebih awal dalam sejarah manusia. Besi murni relatif lembut, tapitetapi tidak bisa didapat melalui [[Peleburan (metalurgi)|peleburan]]. Materi ini mengeras dan diperkuat secara signifikan oleh kotoran, [[karbon]] khususnya, dari proses peleburan. Dengan proporsi karbon tertentu (antara 0,002% dan 2,1%) menghasilkan [[baja]], yang lebih keras dari besi murni, mungkin sampai 1000 kali. Logam besi mentah diproduksi di [[tanur tinggi]], dimana bijih direduksi dengan [[batu bara]] menjadi ''[[pig iron]]'', yang memiliki kandungan karbon tinggi. Pengolahan lebih lanjut dengan oksigen mengurangi kandungan karbon sehingga mencapai proporsi yang tepat untuk pembuatan baja. Baja dan [[Logam paduan|paduan]] 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.

Besi cair dingin mengkristal pada 1538&nbsp;°C ke alotrop δ, yang memiliki struktur kristal ''[[body-centered cubic]]'' (bcc). Setelah mendingin lebih lanjut menjadi 1394&nbsp;°C, berubah menjadi besi alotrop γ, dengan struktur kristal ''[[face-centered cubic]]'' (fcc), atau [[austenit]]. Pada 912&nbsp;°C atau lebih rendah, struktur kristal berubah kembali menjadi alotrop besi α bcc, atau [[Ferit (besi)|ferit]]. Akhirnya, pada 770&nbsp;°C ([[titik Curie]], Tc) besi menjadi [[magnet]]. Ketika besi melewati suhu Curie tidak ada perubahan dalam struktur kristal, tapitetapi 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.<ref name="Metallo">{{Cite book|url = https://books.google.com/?id=hoM8VJHTt24C&pg=PA24|pages=24–28|title =Metallographer's guide: practice and procedures for irons and steels|first1 = B. L.|last1 = Bramfitt|first2= Arlan O.|last2 = Benscoter|chapter = The Iron Carbon Phase Diagram|publisher = ASM International|date = 2002|isbn = 978-0-87170-748-2}}</ref> Pada tekanan di atas sekitar 10 GPa dan suhu beberapa ratus kelvin atau kurang, besi-α berubah menjadi struktur [[hexagonal close-packed]] (hcp), yang juga dikenal sebagai [[Heksaferum|besi-ε]]; fase-γ yang temperaturnya lebih tinggi juga berubah menjadi besi-ε, tapitetapi tidak terjadi pada tekanan yang lebih tinggi. [[Beta ferit|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.<ref name="beta-iron" />

[[Besi tuang]] (atau besi cor) ({{Lang-en|cast iron}}) pertama kali diproduksi di [[China]] selama abad ke-5 SM,<ref>{{Cite journal|author=Wagner, Donald B. |title=Chinese blast furnaces from the 10th to the 14th century|journal=Historical Metallurgy|volume=37|issue=1|date=2003|pages=25–37}} originally published in {{Cite journal|first =Donald B.|last =Wagner|title=Chinese blast furnaces from the 10th to the 14th century|journal=West Asian Science, Technology, and Medicine|volume=18 |date=2001|pages=41–74}}</ref> tapitetapi hampir tidak dikenal di Eropa sampai periode abad pertengahan.<ref>Giannichedda, Enrico (2007): [https://books.google.com/books?id=LAgxAJNXhFwC&pg=PA200 "Metal production in Late Antiquity"], in ''Technology in Transition AD 300–650'' Lavan, L.; Zanini, E. and Sarantis, A.(eds.), Brill, Leiden; ISBN 90-04-16549-5, p. 200.</ref><ref name="Biddle">{{Cite book|title = Chemistry, Precision and Design|publisher = A Beka Book, Inc.|first1 = Verne|last1 =Biddle|first2= Gregory|last2 =Parker}}</ref> Artifak besi tuang tertua ditemukan oleh arkeolog di tempat yang sekarang dikenal sebagai [[Luhe County]], [[Jiangsu]], China. Besi tuang digunakan oleh [[Sejarah Tiongkok|China kuno]] untuk peralatan perang, pertanian, dan arsitektur.<ref name="Wagner">{{cite book|author=Donald B. Wagner|title=Iron and Steel in Ancient China|date=1993|publisher=BRILL|isbn=978-90-04-09632-5|pages=335–340}}</ref> Selama periode [[Abad Pertengahan|abad pertengahan]], di Eropa ditemukan sarana produksi besi tempa dari besi cor (dalam konteks ini dikenal sebagai besi kasar) dengan menggunakan ''[[finery forge]]''. Pada seluruh proses ini, digunakan [[batu bara]] sebagai bahan bakar.

Besi tuang "putih" mengandung karbon dalam bentuk [[sementit]], atau besi-karbida. Senyawa keras dan rapuh ini mendominasi sifat mekanik besi tuang putih ini, sehingga tetap keras, tapitetapi tidak tahan kejut. Permukaan besi tuang putih yang rusak penuh goresan halus pecahan besi-karbida, suat bahan mengkilap, keperakan dan sangat pucat.

[[Besi tempa]] mengandung kurang dari 0,25% karbon, tetapi mengandung terak dalam jumlah besar sehingga memberikan karakteristik berserat.<ref name="msts" /> Ini adalah produk keras, dapat ditempa, tapitetapi tidak mudah dilebur seperti ''pig iron''. Ia juga mudah diasah Besi tempa ditandai oleh adanya serat terak halus yang terperangkap dalam logam. Besi tempa lebih tahan korosi daripada baja. Produk ''[[blacksmithing]]'' dan "besi tempa" tradisional dan telah hampir sepenuhnya digantikan oleh [[baja ringan]].

Baja ringan lebih mudah berkarat daripada besi tempa, tapitetapi lebih murah dan lebih banyak tersedia. [[Baja karbon]] mengandung 2,0% karbon atau kurang,<ref name="kts">{{cite web|title = Classification of Carbon and Low-Alloy Steels|url = http://www.keytometals.com/page.aspx?ID=CheckArticle&site=kts&NM=62|accessdate = 5 January 2008}}</ref> ditambah sedikit [[manganese|mangan]], [[belerang]], [[Fosforus|fosfor]], dan [[silikon]]. [[Baja paduan]] mengandung bervariasi jumlah karbon dan logam lain, seperti [[kromium]], [[vanadium]], [[molibdenum]], [[nikel]], [[wolfram]], dan sebagainya. Kandungan paduannya mendongkrak biaya, sehingga biasanya hanya digunakan untuk keperluan khusus. Satu baja paduan umum, adalah [[baja nirkarat]]. Recent Perkembangan terkini dalam metalurgi besi telah menghasilkan berbagai baja paduan mikro, yang disebut juga baja '[[Baja HSLA|HSLA]]' (singkatan dari {{Lang-en|'''H'''igh '''S'''trength '''L'''ow '''A'''lloy}}), mengandung sedikit tambahan untuk menghasilkan kekuatan tinggi dan biasanya ketangguhan spektakuler dengan biaya minimal.

Mencerna besi dalam jumlah besar dapat menyebabkan kelebihan kadar besi dalam darah. Kadar besi fero yang tinggi dalam darah bereaksi dengan [[peroksida]] membentuk [[radikal bebas]], yang sangat reaktif dan dapat merusak [[DNA]], [[protein]], [[lemak]], dan komponen sel lainnya. Oleh karena itu, toksisitas besi muncul ketika besi bebas dalam sel, yang biasanya terjadi ketika kadar besi melebihi kemampuan [[transferin]] mengikat besi. Kerusakan pada sel [[Saluran pencernaan manusia|saluran pencernaan]] dapat juga menghambat pengaturan asupan besi yang berakibat pada peningkatan lebih lanjut kadar besi darah. Besi umumnya merusak sel dalam [[jantung]], [[liver]] dan lainnya, yang dapat menyebabkan efek parah, termasuk [[koma (medis)|koma]], [[asidosis metabolik]], [[Syok (sirkulatori)|syok]], [[Gagal liver|kegagalan liver]], [[koagulopati]], [[sindrom distres pernapasan dewasa]] ({{lang-en|adult respiratory distress syndrome}}), kerusakan organ jangka panjang, dan bahkan kematian.<ref name="Cheney" /> Manusia mengalami keracunan besi di atas 20&nbsp;miligram besi per kilogram berat badan, dan 60&nbsp;miligram per kilogram adalah [[dosis letal]].<ref name="emed-topic285">{{cite web|url=http://www.emedicine.com/emerg/topic285.htm|title=Toxicity, Iron| publisher = Medscape|accessdate=23 May 2010}}</ref> Asupan besi berlebihan, seringkali akibat dari konsumsi berlebih tablet [[fero sulfat]] pada anak-anak tapitetapi dengan dosis dewasa. Ini adalah salah satu keracunan umum yang menyebabkan kematian pada anak-anak usia di bawah enam tahun.<ref name="emed-topic285" /> [[Standar Asupan Gizi]] ({{lang-en|Dietary Reference Intake (DRI)}}) mencantumkan Batas Atas Toleransi ({{lang-en|Tolerable Upper Intake Level (UL)}}) untuk dewasa adalah 45&nbsp;mg/hari. Untuk anak-anak di bawah empat belas tahun, ''UL''-nya 40&nbsp;mg/hari.