Besi

Besi cair dingin mengkristal pada 1538 °C ke alotrop δ, yang memiliki struktur kristal "body-centered cubic" (bcc). Setelah mendingin lebih lanjut menjadi 1394 °C, berubah menjadi besi alotrop γ, dengan struktur kristal "face-centered cubic" (fcc), atau austenit. Pada 912 °C atau lebih rendah, struktur kristal berubah kembali menjadi alotrop besi α 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", 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. 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 besi-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.