1.

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.

2.

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.

3.

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.

4.

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.

5.

Composti

Il ferro forma composti in cui presenta stato di ossidazione +2 (composti ferrosi) e +3 (composti ferrici). Il più importante composto del ferro bivalente è il solfato di ferro (II), FeSO₄, detto anche vetriolo verde, un sale verde chiaro che cristallizza con sette molecole di acqua di idratazione. Si ottiene in grandi quantità come sottoprodotto del decapaggio del ferro e viene usato come mordente in tintoria, come tonico in medicina e nell'industria degli inchiostri e dei pigmenti.

L'ossido di ferro (III), Fe₂O₃, una polvere amorfa rosso-bruna, si ottiene dal trattamento dei sali di ferro (III) con una base o dall'ossidazione della pirite. Viene usato quale pigmento (rosso ferro o rosso veneziano), come polvere abrasiva lucidante e come mezzo magnetizzabile nei nastri e nei dischi magnetici. Il cloruro di ferro (III), FeCl₃, un composto cristallino verde scuro che si ottiene per riscaldamento del ferro con il cloro, viene usato in medicina in soluzione alcolica con il nome di tintura di ferro.

Gli ioni ferro (II) e ferro (III) formano con lo ione cianuro dei complessi molto stabili. L'esacianoferrato (II) di ferro (III), o ferrocianuro ferrico, di formula Fe₄[Fe(CN)₆]₃, è un solido amorfo blu scuro formato dalla reazione dell'esacianoferrato (II) di potassio con un sale di ferro (III), noto con il nome di blu di Prussia. Viene usato come pigmento e come azzurrante per correggere l'ingiallimento dei tessuti dovuto alle tracce di sali ferrosi presenti nell'acqua. L'esacianoferrato (III) di potassio (ferricianuro di potassio o prussiato rosso), di formula K₃[Fe(CN)₆], viene usato nella produzione della carta per cianografia, mentre l'esacianoferrato (III) di potassio e ferro (II), KFe[Fe(CN)₆], è un pigmento noto con il nome di azzurro di Turnbull, usato per il trattamento della carta per negativi.

Le reazioni fisico-chimiche tra il ferro e il carbonio sono alla base del processo di formazione della ghisa e dell'acciaio.