Ferro | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Posizione nella tavola periodica | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Simbolo | Fe | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Nome | Ferro | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Numero atomico | 26 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Gruppo | 8 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Periodo | 4 ° periodo | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Bloccare | Blocco d | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Famiglia di elementi | Metallo di transizione | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Configurazione elettronica | [ Ar ] 4 s 2 3 d 6 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elettroni per livello di energia | 2, 8, 14, 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Proprietà atomiche dell'elemento | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Massa atomica | 55,845 ± 0,002 u | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Raggio atomico (calc) | 140 pm ( 156 pm ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
raggio covalente |
132 ± 15:00 ( centrifuga bassa ) 152 ± 18 |
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Stato di ossidazione | +2, +3 , +4, +6 + | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elettronegatività ( Pauling ) | 1.83 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ossido | anfotero | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Energie di ionizzazione | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 re : 7.9024 eV | 2 ° : 16.1877 eV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3 e : 30,652 eV | 4 e : 54,8 eV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
5 e : 75,0 eV | 6 e : 99,1 eV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
7 e : 124.98 eV | 8 e : 151.06 eV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
9 e : 233,6 eV | 10 e : 262.1 eV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
11 e : 290.2 eV | 12 e : 330,8 eV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
13 e : 361,0 eV | 14 e : 392,2 eV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
15 e : 457 eV | 16 ° : 489,256 eV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
17 e : 1266 eV | 18 ° : 1.358 eV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
19 ° : 1.456 eV | 20 e : 1.582 eV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
21 e : 1689 eV | 22 ° : 1799 eV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
23 ° : 1.950 eV | 24 ° : 2.023 eV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
25 ° : 8828 eV | 26 e : 9.277,69 eV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Isotopi più stabili | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Proprietà fisiche semplici del corpo | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Stato ordinario | Ferromagnetico solido | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Allotropico allo stato standard | Ferro α ( cubico centrato ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Altri allotropi | Ferro γ ( cubico a facce centrate ) δ ferro ( cubico a corpo centrato ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Massa volumica | 7,874 g · cm da -3 a ( 20 °C ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Sistema di cristallo | centrato cubico | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Durezza | 4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Colore | Bianco argenteo; riflessi grigi | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Punto di fusione | 1538 °C | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Punto di ebollizione | 2.861 °C | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Energia di fusione | 13,8 kJ · mol -1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Energia di vaporizzazione | 349,6 kJ · mol -1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Volume molare | 7,09 × 10 -6 m 3 · mol -1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Pressione del vapore | 7,05 Pa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Velocità del suono | 4910 m · s da -1 a 20 °C | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Calore massiccio | 440 J · kg -1 · K -1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Conduttività elettrica | 9,93 x 10 6 S · m -1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Conduttività termica | 80,2 W · m -1 · K -1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
solubilità | terra. in H 2 SO 4 diluito, HCl | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Varie | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
N o CAS | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
N o ECHA | 100.028.270 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
N o EC | 231-096-4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Precauzioni | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
SGH | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Stato in polvere :
Pericolo H228, P210, H228 : Solido infiammabile P210 : Tenere lontano da fonti di calore/scintille/fiamme libere/superfici calde. - Vietato fumare. |
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WHMIS | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Prodotto non controllatoQuesto prodotto non è controllato secondo i criteri di classificazione WHMIS. |
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Trasporto | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3178 : SOLIDO INORGANICO, INFIAMMABILE, NAS Classe: 4.1 Etichetta: 4.1 : Solidi infiammabili, sostanze autoreattive e solidi esplosivi desensibilizzati |
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Unità di SI e STP se non diversamente indicato. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Il ferro è l' elemento chimico di numero atomico 26, di simbolo Fe.
Il corpo semplice è il materiale metallico e ferromagnetico più comune nella vita di tutti i giorni, il più delle volte sotto forma di varie leghe . Il ferro puro è un metallo di transizione duttile , ma l'aggiunta di piccolissime quantità di elementi aggiuntivi ne modifica notevolmente le proprietà meccaniche. Combinato con il carbonio e con altri elementi aggiuntivi, forma acciai , la cui sensibilità ai trattamenti termomeccanici consente di diversificare ulteriormente le proprietà del materiale.
Il ferro fa parte del gruppo degli elementi all'origine dei metalli di transizione , presenta analogie caratteristiche con rutenio , osmio , cobalto e nichel .
Il ferro 56 è il nuclide stabile più pesante risultante dalla fusione del silicio per reazioni α durante la nucleosintesi , che porta infatti al nichel-56 , che è instabile e dà 56 Fe per due disintegrazioni + taglio; gli elementi di numero atomico più alto sono sintetizzati da reazioni più energetiche che avvengono piuttosto durante l'esplosione delle supernove .
Il nucleo di ferro 56 ha la massa per nucleone più bassa di tutti i nuclidi ma non l'energia di legame più alta, a causa di una proporzione di protoni leggermente più alta rispetto al nichel 62 che ha la più alta energia di legame per nucleone.
Ferro 56 risultati dal decadimento naturale di nichel 56 , un isotopo instabile generato nel nucleo delle stelle massicce dalla fusione di silicio 28 durante alfa cascata reazioni quali nichel fermata proprio perché quest'ultimo ha l' energia di legame nucleare. Per nucleone: continuando la la fusione, ad esempio per produrre zinco 60 , consumerebbe energia invece di rilasciarla.
Il ferro ha 28 isotopi conosciuti, con numeri di massa che vanno da 45 a 72, oltre a sei isomeri nucleari . Tra questi isotopi, quattro sono stabili, 54 Fe, 56 Fe, 57 Fe e 58 Fe, 56 Fe essendo il più abbondante (91,754%), seguito da 54 Fe (5,845% forse leggermente radioattivo con un'emivita maggiore di 3 , 1 × 10 22 anni), 57 Fe (2,119%) e 58 Fe (0,282%). La massa atomica standard del ferro è 55.845 (2) u .
Il radioisotopo più stabile del ferro è il 60 Fe con un'emivita di 1,5 milioni di anni, seguito da 55 Fe (2,7 anni), 59 Fe (poco meno di 44,5 giorni) e 52 Fe (8,5 ore).
Il ferro è il metallo più abbondante nei meteoriti così come nei nuclei dei pianeti , come quello della Terra .
Il minerale ferro è presente in natura in forma pura o, più raramente come lega con il nichel (dal 5 al 18%) meteorite originario ma anche come ferro terrestre detto “Terra”. Troppo raro e soprattutto diffuso, è stato fabbricato artificialmente dal fabbro e dall'acciaieria e in modo massiccio in alcune civiltà caucasiche per più di tre millenni dai suoi principali minerali. Le combinazioni chimiche e minerali che coinvolgono il ferro sono pletoriche, ma i veri minerali relativamente puri con un alto contenuto di ferro sono molto meno comuni e spesso molto localizzati nelle miniere di ferro per lo più conosciute dalla prima antichità.
Il ferro è il 6 ° elemento più abbondante nell'Universo , si forma come "elemento finale" della fusione nucleare , dalla fusione del silicio in stelle massicce. Mentre costituisce circa il 5% (in massa) della crosta terrestre , si ritiene che il nucleo terrestre sia in gran parte una lega di ferro-nichel, che costituisce il 35% della massa della Terra nel suo insieme. Il ferro è forse, infatti, l'elemento più abbondante sulla Terra o almeno comparabile (in soli 2 ° massa posizione) di ossigeno , ma solo il 4 ° elemento più abbondante nella crosta.
Si ritiene che le correnti di convezione nello strato esterno del nucleo terrestre ( nucleo esterno), una “lega” liquida prevalentemente ferro- nichel , siano la fonte del campo magnetico terrestre .
Il ferro svolge un ruolo importante come oligoelemento o micronutriente per molte specie e come elemento che regola l'ampiezza e la dinamica della produttività oceanica primaria , rendendolo un componente essenziale dei cicli biogeochimici marini e dei pozzi di carbonio .
Dati recenti mostrano che il ciclo oceanico del ferro inizialmente ipotizzato legato all'immissione di polveri ricche di ferro è in realtà molto più complesso e strettamente biogeochimicamente accoppiato con i principali nutrienti (carbonio, azoto). Nel 2017 è stato dimostrato che nelle aree povere di ferro dell'Antartide, il ferro particolato proveniente dalla piallatura delle rocce da parte dei ghiacciai è una fonte alternativa di ferro che il fitoplancton sa sfruttare. Gli studi hanno dimostrato che alcuni fitoplancton sembrano trarre beneficio da alti livelli di CO2 ., ma per assimilare questa CO 2hanno anche bisogno di ferro; si è speculato a partire dalla fine del XX ° secolo, che semina l'oceano con il ferro potrebbe aiutare a limitare il cambiamento climatico. Ora scopriamo che nella maggior parte delle specie di fitoplancton, questo ferro può essere assimilato solo in presenza di carbonati. Problema: questi vengono distrutti dall'acidificazione indotta dalla solubilizzazione della CO 2 in acqua.
Il ferro rivela un polimorfismo metallico. L'allotropia applica tuttavia un cambiamento fondamentale nella sequenza delle proprietà fisiche (espansione, resistività, calore specifico legato alla struttura cristallochimica, ecc .).
È un metallo che, a seconda della temperatura, mostra un evidente polimorfismo metallico. L' allotropia distingue:
La sostanza pura fonde a 1538 °C con un calore latente di fusione che è dell'ordine di 3,7 kcal/grammo atomo . L'ebollizione del ferro, caratterizzata da un calore latente di ebollizione dell'ordine di 84,18 kcal/atomo-grammo si manifesta intorno a 2860 °C , in pratica per un corpo semplice più o meno impuro tra 2750 °C e 3000 °C .
Il ferro è insolubile in acqua e nelle basi. Viene attaccato dagli acidi.
Il ferro ha essenzialmente tre gradi di ossidazione :
Il ferro, combinato con l'ossigeno, si ossida, a seconda delle condizioni, in tre ossidi di ferro :
Nella aperto dell'aria in presenza di umidità, si corrode formare ruggine , costituito da idrati ferrici ossidi e ossidrossidi , che possono essere scritti Fe 2 O 3 · n H 2 O e FeO (OH) · n H 2 Orispettivamente. Poiché la ruggine è un materiale poroso, la reazione di ossidazione può propagarsi al cuore del metallo, a differenza, ad esempio, dell'alluminio, che forma un sottile strato di ossido impermeabile.
La spettroscopia Mössbauer fornisce un potente strumento per distinguere diversi gradi di ossidazione del ferro. Con questa tecnica è possibile effettuare un'analisi quantitativa in presenza di una miscela di fasi ferrose.
In soluzione acquosa, l'elemento chimico ferro è presente in forma ionica con due valenze principali:
Un certo numero di ioni porta alla precipitazione di ioni ferro in soluzione. Lo ione idrossido HO - è uno di questi (vedi sopra). Lo ione solfuro S 2− forma solfuro di ferro (II) FeS, solfuro di ferro (III) e Fe 2 S 3per pH non troppo acido. In effetti, deve essere presente una quantità ragionevole di ioni solfuro, il che non è il caso a pH acido poiché lo ione solfuro è quindi nella sua forma diacido, idrogeno solforato H 2 S.
I potenziali di riferimento delle coppie di ferro sono :
Fe 2+ / Fe: E ° = -0,44 V Fe 3+ / Fe 2+ : E ° = +0,77 VCiò indica che il ferro metallico non è stabile in mezzi acquosi. Più basso è il pH, tanto più velocemente si ossida.
Questo indica anche che in presenza di ossigeno disciolto ( E ° (O 2/ H 2 O) = 1,3 V ), anche gli ioni ferro (II) non sono stabili.
Questi potenziali di riferimento cambiano a seconda degli ioni presenti in soluzione, soprattutto se le costanti di stabilità dei corrispondenti complessi Fe (II) e Fe (III) sono notevolmente differenti.
Redox è un modo per titolare ioni di ferro (II), ad esempio da ioni di cerio (IV) (coppia Ce 4+ / Ce 3+ ) o da permanganato MnO 4 - ioni (MnO 4 - / Mn 2 coppia + in mezzo di acido solforico ).
Sebbene la riduzione degli ioni ferro a ferro metallico sia possibile, raramente viene eseguita da una soluzione acquosa.
Molti complessi di ferro in soluzione acquosa si formano facilmente per semplice aggiunta del legante (al pH corretto). Tra i complessi più comuni ci sono quelli che coinvolgono ligandi:
Questi complessi permettono di preparare il blu di Prussia ;
In chimica analitica, questo complesso permette di marcare il colore degli ioni ferro (III);
La coppia redox costituita da questi due complessi viene utilizzata come indicatore di titolazione di ossidoriduzione;
Questo complesso permette di evidenziare una piccola quantità di ione ferro (III) in soluzione grazie al suo caratteristico colore.
Il primo complesso organometallico isolato come tale, nel 1951, fu un complesso ferroso: il ferrocene . È costituito da uno ione ferro (II) con due ioni ciclopentadienilici C 5 H 5- . Da allora sono stati prodotti molti altri complessi, derivati dal ferrocene o di natura completamente diversa.
La maggior parte del ferro nella crosta si combina con l'ossigeno, formando minerali di ossido di ferro, come l' ematite ( Fe 2 O 3), magnetite ( Fe 3 O 4) E la limonite ( Fe 2 O 3 · n H 2 O). L'ossido magnetico o magnetite Fe 3 O 4 è noto fin dall'antica Grecia. Prende il nome dal Monte Magnetos (il grande monte), una montagna greca particolarmente ricca di questo minerale .
Circa un meteorite su venti contiene taenite , l'unica lega minerale ferro-nichel (35-80% di ferro) e kamacite (90-95% di ferro). Sebbene rari, i meteoriti di ferro sono una fonte di ferro nichelato, questo ferro meteorico che arriva sulla superficie terrestre essendo all'origine dell'industria siderurgica in senso etimologico; l'altra fonte naturale di ferro metallico leggermente nichelato sono i depositi di ferro tellurico o ferro nativo dei mineralogisti, che sono più rari.
Il colore rosso della superficie di Marte è dovuto ad una regolite ricca di ematite amorfa; il pianeta rosso è in un certo senso un "pianeta arrugginito".
Il 90% dei giacimenti di minerale di ferro nel mondo è trattenuto in uno strato sottile molto ricco di Fe (II), lo strato di ferro a bande. Nelle prime fasi della vita, nell'eone Archeano tra -2 e -4 Ga , i cianobatteri vivono negli oceani Fe (II). Quando iniziano a fotosintetizzare, l'ossigeno prodotto si dissolve e reagisce con Fe (II) per formare ossidi di Fe (III) che precipitano sul fondo dell'oceano. Dopo aver consumato Fe (II), l'ossigeno si concentra negli oceani e poi nell'atmosfera, quindi costituisce un veleno per la proto-vita. Così, le fasce di ferro fasciato si trovano sistematicamente tra gli strati geologici dei massicci cristallini (scisti, gneiss, ecc. ) e gli strati di calcari dolomitici (coralli) costituenti i massicci prealpini.
Ferro era conosciuto già nel Calcolitico attraverso i siti di ferro nativo e soprattutto meteoriti di ferro con il ferro spesso già legati di alta qualità, e non è certo che la sua metallurgia è rimasto confidenziale come spesso stimato fino al XII ° secolo aC. DC , un periodo che segna appunto l'inizio del " età del ferro " intorno al XV ° secolo aC. dC gli Ittiti, in Anatolia, avevano sviluppato una discreta padronanza della lavorazione del ferro, la loro tradizione ne determinò l'origine nella regione del Caucaso , e questa tecnica sembra fosse conosciuta anche abbastanza presto nell'India settentrionale, soprattutto nell'Uttar Pradesh .
Nel mondo ellenistico il ferro è l'attributo di Efesto , dio greco della metallurgia e dei vulcani. Presso i romani, sempre forgiato da Vulcano, avatar italico di Efesto, è un attributo principesco di Marte. Gli alchimisti diedero al ferro il nome di Marte, dio della guerra nella mitologia romana .
Fino alla metà del Medioevo , l' Europa raffinava il ferro mediante altiforni , che non producevano ghisa ; il tecnico altoforno , che a sua volta produce ghisa da carbone e minerale di ferro , è stato sviluppato in Cina a metà del V ° secolo aC. DC . E 'comune in Europa occidentale a partire dalla metà del XV ° secolo .
L' Occidente sta reinventando in modo indipendente la tecnica più di mille anni dopo la Cina. Secondo l' antico dossografo Teofrasto , fu Délas, un frigio , ad inventare il ferro.
I piccoli cambiamenti nelle parti metalliche solide ottenute dal lavoro fisico del fabbro (martellatura, riscaldamento, leghe di superficie, ecc. ) sono di pochissima importanza per il chimico . La chimica del ferro dimentica in gran parte l'apprezzamento estremamente raffinato dei fabbri o degli stagni di forgiatura durante la lunga storia tecnica del ferro.
I principali paesi produttori di minerale di ferro nel 2013 sono:
Nazione | Minerale
(milioni di tonnellate) |
% mondo
minerale di ferro |
Contenuto di ferro
(milioni di tonnellate) |
% mondo
contenuto di ferro |
|
---|---|---|---|---|---|
1 | Cina | 1450.0 | 45,9 | 436.0 | 29,5 |
2 | Australia | 609.0 | 19.3 | 377.0 | 25,5 |
3 | Brasile | 386.27 | 12.2 | 245,67 | 16.6 |
4 | India | 150.0 | 4.7 | 96,0 | 6.5 |
5 | Russia | 105.0 | 3.3 | 60.7 | 4.1 |
6 | Sud Africa | 71.53 | 2.3 | 45,7 | 3.1 |
7 | Ucraina | 81,97 | 2.6 | 45.1 | 3.0 |
8 | stati Uniti | 53.0 | 1.7 | 32,8 | 2.2 |
9 | Canada | 42,8 | 1.4 | 26.0 | 1.8 |
10 | Iran | 50.0 | 1.6 | 24,0 | 1.6 |
11 | Svezia | 26.04 | 0.8 | 17.19 | 1.2 |
12 | Kazakistan | 25,5 | 0.8 | 14.5 | 1.0 |
13 | Chile | 17.11 | 0,5 | 9.09 | 0.6 |
14 | Mauritania | 13.0 | 0,4 | 7.8 | 0,5 |
15 | Messico | 14.5 | 0,5 | 7.53 | 0,5 |
16 | Venezuela | 10.58 | 0,3 | 6.58 | 0,4 |
17 | Malaysia | 10.0 | 0,3 | 5.7 | 0,4 |
18 | Perù | 6.79 | 0.2 | 4.55 | 0,3 |
19 | Mongolia | 6.01 | 0.2 | 3.79 | 0,3 |
20 | tacchino | 4.45 | 0.1 | 2.98 | 0.2 |
Totale mondiale | 3 160 | 100 | 1.480 | 100 |
Le principali aziende produttrici di minerale di ferro nel mondo nel 2008 sono:
Nel 2007, la Cina ha prodotto un terzo dell'acciaio mondiale e il 50% delle esportazioni di minerale di ferro.
La maggior parte dei metalli a base di ferro sono magnetici. Questa proprietà semplifica il loro ordinamento. Nella seconda metà del XX ° secolo, il basso costo del rottame rende acciaierie elettriche più competitivo rispetto forni up .
Il ferro si ottiene industrialmente riducendo gli ossidi di ferro contenuti nel minerale utilizzando monossido di carbonio (CO) dal carbonio ; questo può essere raggiunto in quanto l'età del ferro , fino al XIX ° secolo, in alcune parti del mondo, riducendo il minerale con carbone in un fondo del forno o in basso a casa. Otteniamo, senza passare per una fase liquida, una massa eterogenea di ferro, acciaio, o anche ghisa, mista a scorie , chiamata “ lente d'ingrandimento ”, “massiot” o “spugna di ferro”. Per rendere il metallo idoneo alla lavorazione di oggetti, la "lente d'ingrandimento" può essere rotta e ordinata per tipo di contenuto di carbonio o più semplicemente compattata direttamente in fucina.
Fu con lo sviluppo dei mulini e della forza idraulica che poté svilupparsi la stirpe tecnica dell'altoforno, generalmente imposta a scapito di quella dell'altoforno. La principale differenza in questo processo è che la riduzione degli ossidi di ferro avviene contemporaneamente alla fusione . Il metallo viene prodotto in fase liquida sotto forma di ghisa che ha assorbito parte del carbonio dal coke e che fonde più facilmente del ferro (temperatura di fusione inferiore di almeno 200 °C ). Ma la ghisa dovrà poi essere trasformata in ferro.
È anche aggiungendo silice al minerale di ganga calcarea, o calcare al minerale di ganga silicea, che si è passati all'altoforno: una precisa proporzione di silice e calcare dà una scoria facilmente fusibile che separa la ghisa naturalmente liquida. Per lungo tempo gli altiforni hanno funzionato a carbone. Il coke , più duro e abbondante, permetteva di realizzare altiforni molto più alti ma producendo una fusione carica di zolfo .
Per ottenere un metallo forgiabile è necessario affinare la ghisa. Questa fase, eseguita in un'acciaieria , consiste essenzialmente nella decarburazione della ghisa per ottenere una lega a basso tenore di carbonio: ferro o acciaio. La ghisa viene trasformata in acciaio al convertitore . In questo serbatoio, l' ossigeno viene soffiato sopra o dentro la ghisa per rimuovere il carbonio .
Se la rimozione del carbonio per combustione con ossigeno è la fase principale nella raffinazione della ghisa, l'acciaieria dovrà anche:
In alcuni casi, l'abbondanza di gas naturale o la difficoltà di adattare il minerale di ferro all'altoforno, hanno portato all'adozione del cosiddetto processo di " riduzione diretta ". Il principio consiste nel ridurre il ferro presente nei minerali senza passare per la fase di fusione (come in un altoforno), utilizzando gas riducenti ottenuti da idrocarburi o carbone . Sono stati sviluppati un gran numero di metodi. Nel 2010 il 5% dell'acciaio prodotto proveniva da ferro ottenuto per riduzione diretta.
Il ferro è poco utilizzato allo stato puro (se non per risolvere alcuni problemi di saldabilità, in particolare sugli acciai inossidabili ). La fusione e l' acciaio ( 1000 Mt ) sono le principali leghe:
L'aggiunta di vari elementi di addizione permette di ottenere ghise e acciai speciali, ma l'elemento che influenza maggiormente le proprietà di queste leghe rimane il carbonio.
Gli acciai inossidabili devono le loro proprietà di resistenza alla corrosione alla presenza di cromo che, ossidandosi, formerà un sottile film protettivo.
Il nome "filo" non significa filo puro, il filo è infatti realizzato in acciaio dolce, molto malleabile.
Il ferro metallico ei suoi ossidi sono utilizzati da decenni per fissare informazioni analogiche o digitali su supporti idonei ( nastri magnetici , cassette audio e video, floppy disk ). L'utilizzo di questi materiali è però ormai soppiantato da composti aventi migliore permittività , ad esempio negli hard disk .
Il ferro è un elemento essenziale nel corpo umano. Nei primissimi anni di vita di un bambino, il fabbisogno di ferro alimentare è molto elevato, a pena di carenza alimentare ( anemia sideropenica ). Inoltre, un'overdose di ferro è anche dannosa per la salute. Infatti, troppo ferro aumenterebbe il rischio di epatite , cancro , e potrebbe essere coinvolto nel morbo di Parkinson .
L' emoglobina del sangue è una metalloproteina composta da un complesso di ferro (II). Questo complesso consente ai globuli rossi di trasportare l' ossigeno dai polmoni alle cellule del corpo. La solubilità dell'ossigeno nel sangue è infatti insufficiente per rifornire le cellule in modo efficiente. Questo complesso è costituito da un catione Fe (II) complessato dai quattro atomi di azoto di una porfirina e dall'azoto di un residuo istidinico appartenente alla catena proteica. Il sesto sito di complessazione del ferro è vuoto o occupato da una molecola di ossigeno.
È da notare che il ferro (II) lega una molecola di ossigeno senza essere ossidato. Ciò è dovuto all'ostacolo del ferro da parte della proteina.
Il ferro è un oligoelemento ed è uno dei sali minerali essenziali presenti negli alimenti , ma può essere tossico in alcune forme. Una carenza di ferro è fonte di anemia e può influenzare lo sviluppo cognitivo e socio-emotivo del cervello del bambino o esacerbare gli effetti di alcuni avvelenamenti ( ad esempio l' avvelenamento da piombo ).
Il ferro è essenziale per il trasporto dell'ossigeno e per la formazione dei globuli rossi nel sangue . È un costituente essenziale dei mitocondri , poiché nella composizione dell'eme del citocromo c . Svolge anche un ruolo nella produzione di nuove cellule , ormoni e neurotrasmettitori . Il ferro contenuto nelle piante (ferro cosiddetto "non-eme") Fe 3+ o ferro ferrico viene assorbito meno bene dall'organismo rispetto a quello contenuto nei cibi crudi di origine animale (ferro "eme") Fe 2+ o ferro ferroso . La cottura delle carni trasforma parte del ferro eme in ferro non eme, che è meno biodisponibile . Tuttavia, l'assorbimento del ferro è migliorato se viene consumato con determinati nutrienti , come la vitamina C o il succo di limone. Mettere il succo di limone sul cibo è quindi un'ottima abitudine culinaria se ti manca il ferro; invece un integratore di vitamina C è inutile se non si soffre di carenza di vitamina C (l'estrema carenza è lo scorbuto), anche se questo non può portare a ipervitaminosi poiché la vitamina C è idrosolubile (e quindi il suo surplus viene eliminato sudorazione e vie urinarie). Come il manzo, gli insetti sono una buona fonte di ferro.
Il suo assorbimento è invece inibito dal consumo di tè e/o caffè perché i tannini (polifenoli) sono chelanti del ferro. Per questo è consigliato alle persone a rischio (adolescenti, donne in gravidanza, donne in età fertile, vegetariani) e ai bevitori di tè o caffè di berlo invece un'ora prima di un pasto o due ore dopo.
L'accumulo di ferro nel corpo porta alla morte cellulare. I ricercatori dell'Inserm sospettano, a causa di ciò, che l'eccesso di ferro potrebbe essere coinvolto nella degenerazione dei neuroni nei pazienti con malattia di Parkinson.
Per le donne in menopausa e gli uomini adulti, l' assunzione giornaliera raccomandata di ferro è di 10 mg ; questo fabbisogno nutrizionale è da 16 a 18 mg per le donne dalla pubertà alla menopausa .
Il ferro è usato come medicinale. Viene utilizzato nei casi di carenza di ferro (detta "carenza di ferro") che può causare astenia o addirittura anemia sideropenica . Può essere somministrato per via orale o per iniezione.
La produzione mondiale di minerale di ferro è stata di 2,4 miliardi di tonnellate nel 2010, trainata in gran parte dalla Cina (37,5%), davanti a Australia (17,5%), Brasile (15 , 4%), India (10,8%), Russia (4,2%) e Ucraina (3,0%); Le riserve mondiali di minerale di ferro sono stimate in 180 miliardi di tonnellate, contenenti 87 miliardi di tonnellate di ferro, e sono detenute principalmente da Ucraina (16,7%), Brasile (16,1%) e Russia (13,9%). La Cina ha prodotto il 60% del ferro metallico del mondo nel 2010 (circa 600 milioni su 1 miliardo di tonnellate) e il 45% del mondo in acciaio (circa 630 milioni su 1,4 miliardi di tonnellate), davanti al Giappone (8,2% di ferro e 7,9% di acciaio prodotto nel mondo).
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