Il ferro è il quarto elemento più importante nella crosta terrestre ed è uno dei fattori e degli elementi costitutivi del nucleo esterno e interno della Terra, che è rappresentato con il simbolo chimico Fe e con il numero atomico 26 nella tavola periodica.

Il ferro e le sue leghe sono considerati tra i metalli più utilizzati e comuni, con superfici lisce e lucide di colore grigio argento, ma quando si combina con l'ossigeno nell'aria, appare di colore rosso o marrone.

Il ferro puro è un metallo, ma a causa della presenza di ossigeno e umidità che si combinano con esso, si ossida e raramente può essere osservato sulla Terra nella forma di metallo o ferro puro. Per questo motivo, per ottenere il metallo ferro, si utilizza un metodo chiamato riduzione chimica, in cui l'ossigeno presente nel minerale viene rimosso, e in questo modo si ottiene il metallo ferro.

Origine:

Il ferro è prodotto dal minerale ematite, che è rappresentato con il simbolo Fe2o3. Questo metallo ferro viene separato in forni di grandi dimensioni a temperature superiori ai 2000 gradi Celsius mediante il metodo di riduzione con carbonio e il metallo ferro viene estratto.

L'estrazione del minerale di ferro avviene in generale in 48 paesi, tra cui Cina, Brasile, Australia, Russia e India, che sono i cinque paesi che estraggono e producono il 70% del minerale di ferro mondiale.

Minerale di ferro

Il ferro è il sesto elemento più abbondante nel mondo, ma nella crosta terrestre occupa il quarto posto in termini di abbondanza. Gli scienziati credono che il nucleo della Terra sia composto in gran parte da una lega di ferro-nickel, che costituisce il 35% della massa totale della Terra. Pertanto, per queste ragioni, il ferro è considerato l'elemento più abbondante sulla Terra e tra i metalli, il 95% del metallo prodotto è ferro.

Utilizzando le proprietà del ferro e l'applicazione di altri metalli e combinandoli, possiamo ottenere acciaio.

Trasformazioni:

Il ferro potrebbe essere il miglior esempio conosciuto di trasformazioni in un metallo, che esiste in tre forme allotropiche chiamate allotropo, austenite e ferrite. In questo modo, si può spiegare questa denominazione: mentre il ferro fuso si raffredda lentamente, a una temperatura di 1538 gradi Celsius si cristallizza in un allotropo noto come ferro delta, che ha una struttura cristallina cubica centrata. Durante un ulteriore raffreddamento, la struttura cristallina a 1394 gradi Celsius cambia in cubica a faccia centrale, che è chiamata ferro austenite o ferro gamma, e a 912 gradi Celsius la struttura cristallina torna a essere cubica, e questa trasformazione è chiamata ferrite o ferro alfa, che ha una somiglianza cristallografica con il ferro delta.

Applicazioni:

Il ferro è considerato il metallo più comune e utilizzato al mondo, poiché costituisce il 95% dei metalli prodotti nel mondo. Questo è dovuto al fatto che il ferro, con la sua alta resistenza, è anche uno dei metalli più economici e viene sempre utilizzato nelle strutture degli edifici, nei corpi delle automobili e nelle scocche delle grandi navi, ecc.

In generale, i prodotti ottenuti dal ferro grezzo possono essere suddivisi nelle seguenti categorie:

Ghisa: quando il ferro grezzo viene fuso, viene versato in stampi di sabbia o metallo e viene raffreddato, da cui si ottiene la ghisa.

Ghisa malleabile: differisce notevolmente dalla ghisa, essendo più morbida, con una maggiore resistenza alla trazione e un uso maggiore nell'industria rispetto alla ghisa. Questo si ottiene quando sulla ghisa vengono effettuate operazioni come l'aggiunta di magnesio e silicato di ferro e la cristallizzazione del carbonio.

Ghisa bianca: si ottiene dal raffreddamento della fusione; il carbonio di questa ghisa è sotto forma di carbonio cementitico, e la percentuale di fragilità può essere ridotta ammorbidendola.

Ferro lavorato: in questo caso, il ferro viene fuso e trasformato in forma spugnosa; per ottenere questi tipi di ferro, le impurità presenti come silicio, manganese e carbonio vengono purificate.

Acciaio: è una lega di ferro e carbonio che si ottiene grazie alle proprietà del ferro e di altri elementi; quando l'acciaio viene prodotto, la sua stabilità e resistenza aumentano di cento volte rispetto a prima.

Ferro di recupero: si riferisce ai ritagli e ai rottami di acciaio.

Il ferro è uno degli elementi più comuni della Terra, che costituisce circa il 5% della crosta terrestre.

Il ferro viene estratto dal minerale ematite, che è principalmente Fe2O3. Questo metallo viene separato mediante il metodo di riduzione con carbonio, che è un elemento più reattivo. Questa operazione avviene in un altoforno a una temperatura di circa 2000 gradi Celsius.

Nel anno 2000, circa 1100 milioni di tonnellate di minerale di ferro sono state estratte con un valore commerciale di circa 25 miliardi di dollari USA. Anche se l'estrazione del minerale di ferro avviene in 48 paesi, Cina, Brasile, Australia, Russia e India sono i cinque principali paesi produttori, che rappresentano il 70% del minerale di ferro mondiale. Per produrre circa 572 milioni di tonnellate di ferro grezzo, sono necessarie 1100 milioni di tonnellate di minerale di ferro.

Caratteristiche notevoli

La massa di un atomo di ferro normale è 56 volte la massa di un atomo di idrogeno normale. Si ritiene che il ferro sia il decimo elemento più abbondante nel mondo. Fe è l'abbreviazione della parola latina ferrum per ferro. Questo metallo viene estratto dal minerale di ferro e raramente si trova allo stato libero (elementare).

Per ottenere ferro elementare, le sue impurità devono essere rimosse tramite il metodo di riduzione chimica. Il ferro è utilizzato per produrre acciaio, che non è un elemento, ma una lega e una miscela di metalli diversi (e alcuni non metalli, in particolare carbonio). Il nucleo degli atomi di ferro ha la massima forza di attrazione in ogni nucleone, quindi il ferro è il più pesante prodotto tramite fusione e il più leggero prodotto tramite fissione nucleare, generato in modo esotermico.

Quando una stella con una massa sufficiente compie tale azione, non è più in grado di produrre energia nel suo nucleo e si forma una supernova. Il ferro è considerato il metallo più comune nel mondo. I modelli cosmologici prevedono un universo aperto in cui, a seguito delle reazioni di fusione e fissione nucleare, tutto si trasformerà in ferro!

Applicazioni

Le applicazioni del ferro superano quelle di tutti i metalli e costituiscono il 95% dei metalli prodotti in tutto il mondo. Il suo prezzo economico e l'alta resistenza della sua composizione rendono il suo utilizzo inevitabile, soprattutto nelle automobili, nelle scocche delle grandi navi e negli edifici. L'acciaio è la lega di ferro più conosciuta e alcune delle varietà di ferro sono descritte di seguito:

Ferro grezzo, che contiene dal 4% al 5% di carbonio e quantità variabili di impurità come zolfo, silicio e fosforo, e la sua importanza è dovuta al fatto che si trova nella fase intermedia del percorso dal minerale di ferro alla ghisa e all'acciaio.

Ghisa, che contiene dal 2% al 3,5% di carbonio e una piccola quantità di manganese. Le impurità presenti nel ferro grezzo, come zolfo e fosforo, che influenzano negativamente le sue proprietà, vengono ridotte a un livello accettabile nella ghisa. Il punto di fusione della ghisa è compreso tra 1420 e 1470 K, che è inferiore a quello di entrambi i suoi componenti principali, rendendola il primo prodotto fuso dopo il riscaldamento simultaneo di carbonio e ferro. La ghisa è molto resistente, dura e fragile. Anche la ghisa bianca utilizzata può rompere oggetti.

Acciaio al carbonio contiene dallo 0,5% all'1,5% di carbonio e piccole quantità di manganese, zolfo, fosforo e silicio.

Ferro dolce (ferro lavorato) contiene meno dello 0,5% di carbonio ed è un prodotto resistente e malleabile, ma non è così fusibile come il ferro grezzo. Contiene quantità molto ridotte di carbonio (alcune frazioni di percentuale). Se un suo bordo viene affilato, perde rapidamente il suo filo.

Acciai legati contengono quantità variabili di carbonio oltre ad altri metalli come cromo, vanadio, molibdeno, nichel, tungsteno, ecc.

Gli ossidi di ferro vengono utilizzati per costruire memorie magnetiche nei computer. Spesso vengono mescolati con altri composti e mantengono le loro proprietà magnetiche anche in forma di soluzione.

Le forme di ossidazione del ferro più comuni sono:

Stato ferroso 2+Fe

Stato ferrico 3+Fe

Stato ferril 4+Fe, stabilizzato da alcuni enzimi (ad esempio, perossidasi).

Il ferro (VI) è noto anche (sebbene raro). Se si trova sotto forma di ferro potassico (K2FeO), è un ossidante selettivo per alcoli di tipo primario. Questo solido è stabile solo in condizioni di vuoto e di colore viola scuro, sia in forma di soluzione caustica che come solido.

Il carburo di ferro Fe3C è noto come cementite.

Biologia

Il ferro è l'atomo principale della molecola di eme (parte dei globuli rossi) e quindi è un componente essenziale di tutte le emoproteine. Per questo motivo, la presenza di questo elemento negli animali è vitale. Inoltre, il ferro inorganico si trova nelle catene di ferro-zolfo di molti enzimi. I batteri spesso utilizzano il ferro. Quando il corpo sta combattendo un'infezione batterica, nasconde questo elemento per impedire ai batteri di accedervi.

Isotopi

Il ferro ha naturalmente quattro isotopi stabili: Fe-54, Fe-56, Fe-57, Fe-58. L'abbondanza relativa degli isotopi di ferro in natura è di circa Fe-54 5.8%, Fe-56 91.7%, Fe-57 2.2% e Fe-58 0.3%. Fe-60, che è un isotopo radioattivo non attivo, ha un'emivita di 1.5 (Myr). Gran parte degli sforzi passati per misurare le composizioni isotopiche del ferro si è concentrata sulla determinazione dei vari tipi di Fe-60 a causa dei processi associati alla nucleosintesi (come gli studi sui meteoriti) e alla formazione dei minerali.

In diverse occasioni, i meteoriti Semarkona e Chervony Kut possono mostrare una correlazione tra la concentrazione di Ni-nickel|60 (prodotto della supernova Fe-60) e l'abbondanza degli isotopi stabili del ferro, che è una prova della presenza di ferro 60 al momento della formazione del sistema solare. Probabilmente, l'energia liberata dal decadimento del ferro 60, insieme all'energia rilasciata dal decadimento dell'isotopo radioattivo Al-26, ha avuto un impatto sulla fusione e sulla separazione delle supernove dopo la loro formazione circa 4.6 miliardi di anni fa. L'abbondanza di Ni-60 presente nei materiali extraterrestri potrebbe anche fornire ulteriori informazioni sull'origine del sistema solare e sulla sua storia primordiale.

Tra gli isotopi stabili, solo il ferro 57 ha spin nucleare (1/2-). Per questo motivo, il ferro 57 è utilizzato in chimica e biochimica come isotopo spinato.

Avvertenze

Un eccesso di ferro alimentare provoca intossicazione, poiché una grande quantità di ferro ferroso reagisce con i perossidi del corpo, producendo radicali liberi. Quando la quantità di ferro nel corpo è normale, i meccanismi di antiossidazione del corpo stesso possono controllare questo processo. Se la quantità di ferro è superiore alla norma, si generano quantità incontrollabili di radicali liberi.

La dose letale di ferro per un bambino di due anni è di circa 3 grammi, e un grammo di esso porterà a una grave intossicazione. Ci sono segnalazioni di intossicazione nei bambini a causa del consumo di da 10 a 50 compresse di solfato di ferro in breve tempo. L'assunzione eccessiva di ferro a causa dell'ingestione accidentale di farmaci è una causa seria di mortalità infantile. L'aumento incontrollato di ferro nel corpo porta a una malattia chiamata emocromatosi. Il ferro in eccesso si accumula nel fegato, causando malattie da sovraccarico di ferro e danni agli organi. Per questo motivo, le persone che non hanno carenza di ferro non dovrebbero assumere integratori di ferro.

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