Besi
Besi adalah unsur kimia dengan simbol Fe (dari) dan nomor atom 26. Merupakan logam dalam deret transisi pertama. Ini adalah unsur paling umum di bumi berdasarkan massa, membentuk sebagian besar bagian inti luar dan dalam bumi. Besi adalah unsur keempat terbesar pada kerak bumi. Kelimpahannya dalam planet berbatu seperti bumi karena melimpahnya produksi akibat
reaksi fusi dalam bintang bermassa besar, dimana produksi nikel-56 (yang meluruh menjadi isotop besi paling umum) adalah reaksi fusi nuklir terakhir yang bersifat eksotermal. Akibatnya, nikel radioaktif adalah unsur terakhir yang diproduksi sebelum keruntuhan hebat supernova. Keruntuhan tersebut menghamburkan prekursor radionuklida besi ke angkasa raya.
Seperti unsur golongan 8 lainnya, besi berada pada rentang tingkat oksidasi yang lebar, 2 hingga +6, meskipun +2 dan +3 adalah yang paling banyak. Unsur besi terdapat dalam meteorit dan lingkungan rendah oksigen lainnya, tetapi reaktif dengan oksigen dan air. Permukaan besi segar tampak berkilau abu-abu keperakan, tetapi teroksidasi dalam udara normal
menghasilkan besi oksida hidrat, yang dikenal sebagai karat. Tidak seperti logam lain yang membentuk lapisan oksida pasivasi, oksida besi menempati lebih banyak tempat daripada logamnya sendiri dan kemudian mengelupas, mengekspos permukaan segar untuk korosi.
Logam besi telah digunakan sejak zaman purba, meskipun paduan tembaga, yang memiliki titik lebur lebih rendah, yang digunakan lebih awal dalam sejarah manusia. Besi murni relatif lembut, tetapi tidak bisa didapat melalui 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 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.
Senyawa kimia besi memiliki banyak manfaat. Besi oksida dicampur dengan serbuk aluminium dapat dipantik untuk membuat reaksi termit, yang digunakan dalam pengelasan dan pemurnian bijih. Besi membentuk senyawa biner dengan halogen dan kalsogen. Senyawa organologamnya antara lain ferosen, senyawa sandwich pertama yang ditemukan.
Besi memainkan peranan penting dalam biologi, membentuk kompleks dengan oksigen molekuler dalam hemoglobin dan myoglobin; kedua senyawa ini adalah protein pengangkut oksigen dalam vertebrata. Besi juga logam pada bagian aktif sebagian besar enzim redoks yang berperan dalam respirasi seluler serta oksidasi dan reduksi dalam tumbuhan dan hewan.
Sifat mekanik besi dan paduannya dapat dievaluasi menggunakan berbagai uji, termasuk uji Brinell, uji Rockwell dan uji kekerasan Vickers. Data pada besi begitu konsisten sehingga sering digunakan untuk kalibrasi peralatan atau uji perbandingan. Namun, sifat mekanik besi sangat dipengaruhi oleh kemurnian sampel: besi murni kristal tunggal untuk keperluan penenelitian faktanya
lebih lunak daripada aluminium, dan besi hasil produksi industri yang paling murni (99.99%) memiliki kekerasan 20-30 Brinell. Kenaikan kandungan karbon dalam besi akan menyebabkan kenaikan yang signifikan pada kekerasan dan kekuatan tarik. Kekerasan maksimum 65 R dicapai dengan kadar karbon 0.6%, meskipun prosedur ini untuk logam dengan daya tarik rendah
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 contoh alotropi pada logam. Setidaknya ada empat bentuk alotrop besi, yang dikenal sebagai , , , dan ; pada tekanan yang sangat tinggi dengan volume yang rendah, beberapa bukti eksperimental yang kontroversial ada untuk fase  yang stabil pada tekanan dan suhu yang sangat tinggi.
Besi cair dingin mengkristal pada 1538 °C ke alotrop , yang memiliki struktur kristal "body-centered cubic" (bcc). Setelah mendingin lebih lanjut menjadi 1394 °C, berubah menjadi besi alotrop , dengan struktur kristal "face-centered cubic" (fcc), atau austenit. Pada 912 °C atau lebih rendah, struktur kristal berubah kembali menjadi alotrop besi  bcc, atau ferit. Akhirnya, pada
770 °C (titik Curie, Tc) besi menjadi magnet. Ketika besi melewati suhu Curie tidak ada perubahan dalam struktur kristal, tetapi ada perubahan dalam "struktur domain", dimana 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. Pada tekanan di atas sekitar 10 GPa dan suhu beberapa
ratus kelvin atau kurang, besi- berubah menjadi struktur hexagonal close-packed (hcp), yang juga dikenal sebagai besi-; fase- yang temperaturnya lebih tinggi juga berubah menjadi besi-, tetapi tidak terjadi pada tekanan yang lebih tinggi. Fase-, jika ada, akan muncul pada tekanan minimal 50 GPa dan suhu minimal 1500 K; telah diperkirakan memiliki struktur ortorombik atau struktur hcp ganda.
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-sifat alotrop besi adalah kunci untuk pembuatan baja berkualitas baik.
Besi-, 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).
Di atas 912 °C dan sampai 1400 °C besi- mengalami transisi fasa dari bcc ke konfigurasi besi- fcc, juga disebut austenit. 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.
Besi fasa tekanan tinggi penting sebagai model untuk bagian-bagian padat pada inti planet. Inti dalam planet bumi umumnya diasumsikan terdiri dari paduan besi-nikel dengan struktur  (atau ).
Titik lebur besi didefinisikan secara eksperimen dengan baik untuk tekanan sampai sekitar 50 GPa. Untuk tekanan yang lebih tinggi, studi yang berbeda menempatkan titik triple - cair pada tekanan yang berbeda hingga puluhan gigapascal dan menghasilkan perbedaan titik lebur lebih dari 1000 K. Secara umum, simulasi komputer dinamika 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 dalam sel diamond anvil.
Besi alami terdiri dari empat isotop stabil: 5.845% Fe, 91.754% Fe, 2.119% Fe dan 0.282% Fe. Dari empat isotop stabil ini, hanya Fe yang mempunyai spin inti (). Nuklida Fe diperkirakan mengalami peluruhan beta ganda, tetapi proses ini belum pernah diteliti untuk nuklei ini, dan hanya batas bawah waktu paruh yang ditetapkan: t>3.1 tahun.