Ferro

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Introduzione

Ferro Elemento di transizione della tavola periodica di simbolo Fe e numero atomico 26.

In virtù della sua duttilità, era utilizzato sia a scopo decorativo che nella produzione di armi e utensili già in età preistorica; il più antico reperto rinvenuto, un gruppo di grani di ferro ossidato trovati in Egitto, risale infatti al 4000 a.C. Durante l'età del Ferro, nel I millennio a.C., le tecniche di lavorazione divennero sempre più raffinate e questo metallo sostituì quasi completamente il bronzo, segnando l'inizio della moderna metallurgia.

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Proprietà

Il ferro puro ha durezza compresa tra 4 e 5, è di colore argenteo, duttile e malleabile. A temperatura ambiente e, in generale, a temperature inferiori a 768 °C, si magnetizza in presenza di campi magnetici anche poco intensi, manifestando caratteristiche ferromagnetiche. Fonde a 1536 °C, bolle a 3000 °C, ha densità relativa 7,86 e peso atomico 55,845.

Il metallo esiste in tre forme allotropiche, diverse per la disposizione degli atomi nel reticolo cristallino: ferro a (stabile a temperature inferiori a 906 °C), ferro g (stabile tra 906 °C e 1401 °C) e ferro δ (stabile a temperature superiori a 1401 °C). Le differenti proprietà fisiche e chimiche delle tre forme giocano un importante ruolo nella metallurgia di questo materiale.

Il ferro è un elemento reattivo: reagisce con gli alogeni (fluoro, cloro, bromo, iodio e astato), con lo zolfo, il fosforo, il carbonio e il silicio; brucia in atmosfera di ossigeno formando il tetrossido di triferro (magnetite) Fe₃O₄. Se esposto all'aria umida, il ferro si corrode e si ricopre di un ossido ferrico idrato rosso-bruno, comunemente chiamato ruggine. La formazione della ruggine è dovuta a un processo elettrochimico, in cui le impurità presenti nel ferro formano una 'coppia' elettrica con il metallo: grazie alla presenza di acqua fornita dall'atmosfera, che agisce da mezzo elettrolitico, si stabilisce una debole corrente, che determina la decomposizione del ferro metallico, la sua reazione con l'ossigeno atmosferico e infine la formazione di ruggine. La reazione è accelerata dalla presenza di ruggine depositata in precedenza sulla superficie (vedi Corrosione).

A contatto con molti acidi diluiti il ferro passa in soluzione, liberando idrogeno. Non si scioglie, invece, con l'acido nitrico concentrato; quest’ultimo ha la proprietà di indurre sulla superficie del metallo la formazione di uno strato compatto di ossido che blocca l’attacco dell’acido.

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Fonti

Il ferro è il quarto elemento, in ordine di abbondanza, sulla superficie terrestre, dopo ossigeno, silicio e alluminio; i suoi composti sono molto diffusi e, in lega con il nichel, è il costituente principale di alcuni meteoriti e del nucleo centrale della Terra. A causa della elevata reattività con l'ossigeno, si rinviene allo stato elementare o nativo in piccole quantità e in poche regioni, tra le quali la Groenlandia e l'Irlanda. Solo alcuni minerali del ferro costituiscono giacimenti sfruttabili industrialmente: l'ematite, la goethite, la magnetite, la siderite e la limonite. La pirite è utilizzata prevalentemente nella produzione dell'acido solforico (vedi Siderurgia). Piccole quantità di composti di ferro sono presenti nelle acque, nelle piante e in quasi tutti gli alimenti; esso è inoltre un componente essenziale negli organismi animali, perché presente nella molecola dell'emoglobina.

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Usi e produzione

Le caratteristiche fisiche e chimiche del ferro possono essere sensibilmente migliorate mediante aggiunta di atomi di carbonio e di altri elementi in lega; queste procedure, utili anche per eliminare le impurità invariabilmente presenti nel ferro commerciale, sono impiegate nella produzione di ghisa e acciaio, che costituiscono le principali applicazioni industriali di questo metallo. Allo stato puro, preparato per elettrolisi di soluzioni di solfato ferroso, ha uso limitato alla produzione di lamiera zincata e di elettromagneti.

Composti di ferro sono contenuti in medicinali usati come tonici e nel trattamento dell'anemia, quando la quantità di emoglobina o il numero di globuli rossi nel sangue sono inferiori alla norma.