Besi
Fe adalah radionuklida yang telah punah dengan waktu paruh panjang (2.6 juta tahun). Ia tidak ditemukan di bumi, namun produk peluruhan utamanya adalah nuklida stabil nikel-60.
Banyak riset masa lalu tentang pengukuran komposisi isotop Fe telah difokuskan pada penentuan variasi Fe karena proses yang menyertai nukleosintesis (yaitu, studi meteorit) dan formasi bijih. Namun dalam dekade terakhir, perkembangan teknologi spektrometri massa telah memungkinkan untuk melakukan deteksi dan kuantifikasi renik, variasi rasio alami isotop stabil besi. Banyak dari penelitian ini telah
didorong oleh komunitas ilmu bumi dan planet, meskipun aplikasi untuk sistem biologis dan industri mulai bermunculan.
Isotop besi yang paling melimpah Fe 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 dimiliki nikel-62. Karena Ni mudah dihasilkan dari inti yang lebih ringan dalam proses alfa pada reaksi
nuklir di supernova (lihat proses pembakaran silikon), nikel-56 (14 partikel alfa) adalah titik akhir rantai fusi dalam bintang 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 gas sisa supernova. Peluruhan pertama membentuk kobalt-56, dan kemudian besi-56 yang stabil. Nuklida terakhir ini kemudian menjadi relatif mayoritas di jagat raya, dibandingkan dengan logam stabil lainnya dengan berat atom yang mendekati.
Dalam fase meteorit "Semarkona" dan "Chervony Kut" korelasi antara konsentrasi Ni, produk anang Fe, dan kelimpahan isotop besi yang stabil dapat ditemukan yang merupakan bukti keberadaan Fe pada saat pembentukan Sistem Tata Surya. Kemungkinan energi yang dilepaskan pada peluruhan Fe, bersama energi yang dilepaskan pada peluruhan radionuklida Al, memberikan kontribusi pada pelelehan
kembali dan diferensiasi asteroid setelah pembentukannya 4.6 milyar tahun yang lalu. Kelimpahan 60Ni dalam materi ekstraterestrial juga memberikan wawasan lebih jauh ke dalam asal mula Sistem Tata Surya dan sejarah awalnya.
Inti atom besi memiliki beberapa energi ikatan tertinggi per inti, hanya bisa diimbangi oleh isotop nikel Ni. Ini terbentuk melalui fusi nuklir pada bintang. Meskipun penambahan sedikit energi dapat diekstraksi melalui sintesis Ni, 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.
Besi-56 adalah isotop stabil terberat yang diproduksi melalui proses alfa dalam nukleosintesis stellar; unsur yang lebih berat daripada besi adalah nikel memerlukan supernova untuk pembentukannya. Besi adalah unsur yang paling melimpah dalam inti raksasa merah, dan logam paling melimpah dalam meteorit besi dan dalam inti planet yang berupa logam padat seperti bumi.
Besi dibentuk oleh bintang yang sangat besar dengan inti yang sangat panas (lebih dari 2.5 milyar kelvin) melalui proses 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 menjadi besi-56 yang stabil. Ketika inti bintang runtuh, ia membentuk supernova. Supernova juga menciptakan bentuk-bentuk besi stabil tambahan melalui proses-r.
Besi adalah unsur paling melimpah keenam di jagat raya, dan merupakan unsur refraktori yang paling umum. Ia terbentuk sebagai tahap eksotermal terakhir nukleosintesis stelar, melalui fusi silikon dalam bintang besar.
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 bagian dalam dan luar 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. Sebagian besar besi pada kerak bumi ditemukan bersenyawa dengan oksigen sebagai mineral besi oksida seperti hematit () dan magnetit (). Deposit besar besi ditemukan dalam "banded iron formations". Formasi geologis ini adalah jenis batuan yang menandung lapisan-lapisan tipis besi
oksida yang berulang (seperti pita-pita), dan diseling dengan lapisan serpih () dan rijang () yang miskin kandungan besinya. Banded iron formation terbentuk antara dan.
Sekitar 1 dalam 20 meteorit mengandung mineral unik besi-nikel taenit (35-80% iron) dan kamasit (90-95% iron). Meskipun jarang, meteorit besi adalah bentuk utama besi logam alami di permukaan bumi.
Warna merah permukaan Mars terbentuk dari regolit yang kaya besi oksida. Ini telah dibuktikan berdasarkan spektroskopi Mössbauer.
Menurut "Metal Stocks in Society report" yang dikeluarkan oleh Panel Sumber Daya Internasional (), cadangan global besi yang digunakan di masyarakat adalah per kapita. Sebagian besar adalah negara maju (- per kapita) sedangkan negara yang kurang berkembang hanya per kapita.
Besi menunjukkan karakteristik sifat kimia logam 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. Besi kadang-kadang dianggap sebagai prototipe untuk seluruh blok logam
transisi, karena kelimpahannya dan perannya yang besar sekali dalam perkembangan teknologi kemanusiaan. Keduapuluh enam elektronnya tertata dalam konfigurasi [Ar]3d4s, 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.
Besi membentuk senyawa utamanya dalam tingkat oksidasi +2 dan +3. Menurut tradisi, senyawa besi (II) disebut fero dan senyawa besi (III) disebut feri. Besi juga dapat memiliki tingkat oksidasi yang lebih tinggi, contohnya adalah kalium ferat (KFeO), berwarna ungu, yang mengandung besi dengan bilangan oksidasi +6. Besi (IV) adalah
bentuk antara yang umum dalam banyak reaksi oksidasi biokimia. 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. Terdapat juga banyak senyawa valensi campuran yang berintikan besi (II) dan besi (III) sekaligus, seperti magnetit dan
biru Prusia (Fe (Fe[CN])). Senyawa yang disebutkan terakhir di atas digunakan sebagai "biru" tradisional dalam cetak biru. 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. Ruthenium menunjukkan kimia