Caratteristiche di ferro (elemento), struttura chimica, usi

Lui ferro È un metallo di transizione che appartiene al gruppo 8 o viiib della tavola periodica ed è rappresentato con il simbolo chimico FE. È un metallo grigiastro, duttile, malleabile e di grande tenacia, utilizzato in numerose applicazioni molto utili per l'uomo e la società.

Costituisce il 5% della crosta terrestre ed è anche il secondo metallo più abbondante dopo l'alluminio. Inoltre, la sua abbondanza è superata dall'ossigeno e dal silicio. Tuttavia, rispetto al nucleo terrestre, il 35% di esso è composto da ferro metallico e liquido.

Alchemist-HP (talk) (www.PSE-Mendelejew.di) [fal o gfdl 1.2 (http: // www.gnu.Org/licenze/vecchi licenze/FDL-1.2.html)]

Fuori dal nucleo terrestre, il ferro non è metallo, poiché viene rapidamente ossidato quando esposto all'aria umida. Si trova in rocce basaltiche, sedimenti carboniferi e meteoriti; Generalmente in lega con nichel, come nel minerale di Kamacita.

I principali minerali di ferro utilizzati per lo sfruttamento delle miniere sono i seguenti: ematite (ossido ferrico, fede₂O₃), Magnetite (ossido ferrostero, fede₃O₄), Limonite (idrossido di ossido ferroso idratato, [Ugly (OH) · NH₂O]) e la siderite (carbonato di ferro, feco₃).

In media, l'uomo ha un contenuto di ferro di 4,5 g di ferro, di cui il 65 % è sotto forma di emoglobina. Questa proteina interviene nel trasporto di ossigeno nel sangue e nella sua distribuzione ai diversi tessuti, per la successiva raccolta da parte della mioglobina e della neuroglobina.

Nonostante i numerosi benefici del ferro per l'essere umano, il metallo in eccesso può avere azioni tossiche molto gravi, in particolare sul fegato, sul sistema cardiovascolare e sul pancreas; Questo è il caso della malattia ematocromatismo ereditaria.

Il ferro è sinonimo di costruzione, forza e guerre. D'altra parte, seguendo la sua abbondanza è sempre un'alternativa da considerare quando si tratta dello sviluppo di nuovi materiali, catalizzatori, farmaci o polimeri; E nonostante il colore rosso dei suoi Rusties, è un metallo verde ecologico.

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Storia

Antichità

Il ferro è stato perseguito per millenni. Tuttavia, è difficile trovare oggetti di ferro di tali antiche età a causa della loro suscettibilità alla corrotta, il che causa la sua distruzione. Gli oggetti di ferro più antichi sono stati realizzati con quello trovato all'interno dei meteoriti.

Tale è una specie di conti elaborati nel 3500 a.C., Trovato in Gerzah, in Egitto, e un pugnale trovato nella tomba di Tutankhamon. I meteoriti di ferro sono caratterizzati da un alto contenuto di nichel, quindi è stato possibile identificare la loro origine in questi oggetti.

Sono state trovate anche prove della ghisa in Asmar, Mesopotamia e Tail Chagar Bazaar, in Siria.C. Sebbene la fonderia di ferro sia iniziata nell'era del bronzo, ci sono voluti secoli in cui poteva spostarsi in bronzo.

Inoltre, sono stati trovati artefatti in ghisa in India, dal 1800 a 1200 a.C. E a Levante, circa 1500 a.C. Si pensa che l'era del ferro sia iniziata nell'anno 1000 a.C., Riducendo il costo della sua produzione.

Appare in Cina tra 700 e 500 e.C., Probabilmente trasportato attraverso l'Asia centrale. I primi oggetti di ferro sono stati trovati a Luhe Jiangsu, in Cina.

Europa

Il ferro forgiato è stato prodotto in Europa usando le chiamate di gala. Per il processo, l'uso del carbone era richiesto come carburante.

Gli alti forni medievali erano alti 3,0 m, erano fatti di mattoni ignipati e l'aria veniva fornita da soffietti manuali. Nel 1709, Abraham Darby fondò un forno a coke corto per produrre ghisa, sostituendo il carbone vegetale.

La disponibilità di ferro a basso costo è stata uno dei fattori che hanno portato alla rivoluzione industriale. In questo periodo iniziò la raffinazione del ferro stirato di ferro, che veniva utilizzato per costruire ponti, navi, depositi, ecc.

Acciaio

L'acciaio utilizza una concentrazione di carbonio maggiore del ferro battuto. L'acciaio si è verificato in Luristan, in Persia, nell'anno 1000 a.C. Nella rivoluzione industriale, sono stati ideati nuovi metodi per produrre barre di ferro senza carbone, che sono state quindi utilizzate per produrre acciaio.

Alla fine del 1850, Henry Bessemer progettò per far saltare l'aria verso l'Arrabio fuso per produrre acciaio dolce, che fece la produzione dell'acciaio più economico. Ciò ha comportato una diminuzione della produzione di ferro battuto.

Proprietà

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Aspetto

Lustre metallica con una tintura grigiastra.

Peso atomico

55.845 u.

Numero atomico (Z)

26

Punto di fusione

1.533 ºC

Punto di ebollizione

2.862 ºC

Densità

-Temperatura ambiente: 7.874 g/ml.

-Punto di fusione (liquido): 6.980 g/ml.

Calore di fusione

13,81 kJ/mol

Calore di vaporizzazione

340 kJ/mol

Può servirti: ipoclorito di potassio (KCLO)

Capacità calorica molare

25.10 J/(mol · K)

Energia ionizzata

-Primo livello di ionizzazione: 762,5 kJ/mol (Faith⁺ gassoso)

-Secondo livello di ionizzazione: 1.561,9 kJ/mol (Faith²⁺ gassoso)

-Ionizzazione di terzo livello: 2.957, KJ/mol (Faith³⁺ gassoso)

Elettronegatività

1.83 sulla scala Pauling

Radio atomica

Empirico 126 pm

Conduttività termica

80.4 W/(M · K)

Resistività elettrica

96,1 Ω · m (a 20 ºC)

Curie Point

770 ° C, approssimativamente. A questa temperatura, il ferro cessa di essere ferromagnetico.

Isotopi

Isotopi stabili: ⁵⁴Fede, con un'abbondanza del 5,85%; ⁵⁶Fede, con un'abbondanza del 91,75%; ⁵⁷Fede, con un'abbondanza del 2,12%; E ⁵⁷Fede, con un'abbondanza dello 0,28%. Essere il ⁵⁶Fede L'isotopo più stabile e abbondante non è sorpreso che il peso atomico del ferro sia molto vicino a 56 u.

Mentre gli isotopi radioattivi sono: ⁵⁵Fede, ⁵⁹Fede e ⁶⁰Fede.

Struttura elettronica e configurazione

-Alotropi

Il ferro a temperatura ambiente cristallizza nella struttura cubica focalizzata sul corpo (BCC), che è anche noto come α-Fe o ferrite (all'interno del gergo metallurgico). Dal momento che puoi adottare diverse strutture cristalline a seconda della temperatura e della pressione, si dice che il ferro sia un metallo allotropico.

L'alotrope BCC è un ferro comune (ferromagnetico), che le persone conoscono così tanto ed è attratta dai magneti. Quando è riscaldato al di sopra di 771 ºC, diventa paramagnetico e sebbene il loro cristallo si dilata, hanno considerato questa "nuova fase" come β-FE. Gli altri alotropi di ferro sono anche paramagnetici.

Tra 910 ºC e 1394 ºC, il ferro è come l'austenite o γ-Fe alotropico, la cui struttura è centrata cubica su facce, FCC. La conversione tra Austenita e Ferrita ha un impatto importante sulla produzione in acciaio; Poiché gli atomi di carbonio sono più solubili nell'austenite che nella ferrite.

E poi, sopra 1394 ºC al suo punto di fusione (1538 ºC), il ferro si adatta alla struttura BCC, Δ-Fe; Ma a differenza della ferrite, questo alotropico è paramagnetico.

Ferro opsilon

Aumentando la pressione a 10 GPa, a una temperatura di poche centinaia di gradi Celsius, il α o la ferrite alotropica si evolve sull'allotropio ε, Epsilon, caratterizzato dalla cristallizzazione in una struttura esagonale compatta; cioè, con gli atomi di fede più compattati. Questa è la quarta forma di ferro allotropico.

Alcuni studi teorizzano sulla possibile esistenza di altri ferri di ferro sotto tali pressioni, ma a temperature ancora più elevate.

-Collegamento metallico

Indipendentemente dall'Alotropo di ferro e dalla temperatura che "agita" i suoi atomi di fede, o la pressione che li compatta, interagiscono tra loro con gli stessi elettroni di Valencia; Questi sono, quelli mostrati nella loro configurazione elettronica:

[AR] 3D⁶ 4s²

Pertanto, ci sono otto elettroni che partecipano al legame metallico, se si indebolisce o si rafforza durante le transizioni allotropiche. Sono anche questi otto elettroni che definiscono proprietà di ferro come la loro conducibilità termica o elettrica.

-Numeri di ossidazione

I numeri di ossidazione più importanti (e comuni) del ferro sono +2 (fede²⁺) e il +3 (fede³⁺). In effetti, la nomenclatura convenzionale considera solo questi due numeri o stati. Tuttavia, ci sono composti in cui il ferro può vincere o perdere un'altra quantità di elettroni; cioè si assume l'esistenza di altri cationi.

Ad esempio, il ferro può anche avere numeri di ossidazione +1 (fede⁺), +4 (fede⁴⁺), +5 (fede⁵⁺), +6 (fede⁶⁺) e +7 (fede⁷⁺). Le specie anioniche di Ferrato, brutte₄^2-, Ha ferro con un numero di ossidazione di +6, poiché i quattro atomi di ossigeno lo hanno ossidato così estremo.

Allo stesso modo, il ferro può avere numeri di ossidazione negativi; come: -4 (fede^4-), -2 (fede^2-) e -1 (fede^-). Tuttavia, i composti che hanno centri di ferro con questi guadagni di elettroni sono molto rari. Ecco perché, sebbene supera il manganese in questo aspetto, quest'ultima forma composti molto più stabili con la sua gamma di stati di ossidazione.

Il risultato, per scopi pratici, considera solo la fede²⁺ o fede³⁺; Gli altri cationi sono riservati per alcuni ioni o composti specifici.

Come si ottiene?

Ornamenti in acciaio, la lega di ferro più importante. Fonte: pxhere.

Raccolta di materie prime

Deve procedere alla posizione dei minerali più appropriati per lo sfruttamento minerale del ferro. I minerali più usati da ottenere sono i seguenti: Ematite (fede₂O₃), Magnetite (fede₃O₄) Limonite (brutta · oh · nh₂O) e siderite (feco₃).

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Quindi, il primo passo nell'estrazione è raccogliere le rocce con il minerale di ferro Orene. Queste rocce sono schiacciate per frammentarle in pezzi di piccole dimensioni. Successivamente, esiste una fase di selezione dei frammenti delle rocce con minerale di ferro.

Nella selezione vengono seguite due strategie: uso di un campo magnetico e sedimentazione in acqua. I frammenti di roccia sono sottoposti a un campo magnetico e i frammenti con minerali sono orientati in esso, essendo in grado di essere separati.

Nel secondo metodo, i frammenti rocciosi vengono scaricati nell'acqua e quelli che contengono ferro perché sono più pesanti sono sedimiti nella parte inferiore dell'acqua, essendo in cima a questo l'affare perché è di peso minore.

Blast Furnace

Forno alto dove viene prodotto l'acciaio. Fonte: Pixabay.

I minerali di ferro vengono trasportati sui forni alti, dove vengono versato insieme a carbone di coca cola che ha la carta a combustibile e il fornitore di carbonio. Inoltre, vengono aggiunti calcare o calcare, che soddisfa la funzione del fondatore.

Al forno corto, con la miscela precedente, l'aria calda viene iniettata a una temperatura di 1.000 ºC. Il ferro si scioglie per la combustione del carbone che trasporta la temperatura a 1.800 ºC. Una volta che il liquido si chiama Arrabio, che si accumula nella parte inferiore del forno.

L'arrabio viene estratto dal forno e versato in contenitori da trasportare per una nuova fonderia; Mentre le scorie, l'impurità situata sulla superficie dell'arrabio, viene scartata.

L'arrabio viene versato dall'uso di cucchiai di getti in un forno convertitore, insieme a pietra calcarea come una fusione e l'ossigeno viene introdotto ad alta temperatura. Pertanto, il contenuto di carbonio è ridotto, perfezionando l'Arrabio per trasformarlo in acciaio.

Successivamente, l'acciaio viene passato attraverso forni elettrici per la produzione di acciai speciali.

Applicazioni

-Ferro metallico

Iron Bridge in Inghilterra, una delle costruzioni di soia realizzate con ferro o leghe. Fonte: nessun autore leggibile da macchina fornita. Jasonjsmith ha ipotizzato (basato su reclami di copyright). [Dominio pubblico]

Poiché è un metallo a bassa produzione, malleabile, duttile e trasformato in resistente alla corrosione, è stato raggiunto che sia il metallo più utile per l'uomo, nelle sue diverse forme: forgiato, fuso e acciaio di diversi tipi.

Il ferro viene utilizzato per la costruzione di:

-Ponti

-Basi per edifici

-Porte e finestre

-Barche

-Strumenti diversi

-Tubi per acqua potabile

-Tubi per la collezione di acque reflue

-Mobili per i giardini

-Gradi per la sicurezza delle famiglie

Viene anche utilizzato nell'elaborazione di utensili domestici, come vasi, padelle, coltelli, titolari. Inoltre, viene utilizzato nella produzione di frigoriferi, cucine, lavatrici, lavastoviglie, frullatori, forni, tostapane.

In breve, il ferro è presente in tutti gli oggetti che circondano l'uomo.

Nanoparticelle

Il ferro metallico si prepara anche come nanoparticelle, che sono molto reattive e trattengono le proprietà magnetiche del solido macroscopico.

Queste sfere di fede (e le sue molteplici morfologie aggiuntive) sono usate per purificare l'acqua dei composti organoclorura.

Possono anche servire come supporto catalitico nelle reazioni in cui i legami di carbonio sono rotti, C-C.

-Composti di ferro

Ossidi

L'ossido ferroso e brutto è usato come pigmento per i cristalli. Ossido ferrico, fede₂O₃, È la base per una serie di pigmenti che vanno dal giallo al rosso, noto come rosso veneziano. La forma rossa, chiamata rouge, viene utilizzata per lucidare metalli e diamanti preziosi.

Ossido ferrostero, fede₃O₄, Viene utilizzato nelle ferritas, sostanze con alta accessibilità magnetica e resistività elettrica, utilizzabili in alcune memorie informatiche e nel rivestimento a nastro magnetico. È stato anche usato come agente di pigmento e lucidatura.

Solfati

Eptaidrato solfato ferroso, Feso₄· 7h₂Oppure, è la forma più comune di solfato ferroso, noto come vetriolo verde o coppera. È usato come agente riducente e nella produzione di inchiostri, fertilizzanti e pesticidi. Trova anche uso in galvanoplastica di ferro.

Solfato ferrico, fede₂(SW₄)₃, Viene utilizzato per ottenere allumina di ferro e altri composti ferrici. Funge da coagulante nella purificazione delle acque reflue e come mordente nel colorante tessile.

Cloruri

Cloruro ferroso, fecl₂, È usato come agente mordente e riducente. Nel frattempo, cloruro ferrico, Fecl₃, È usato come agente di clorazione metallica (argento e rame) e alcuni composti organici.

Il trattamento della fede³⁺ Con lo ione esocianoferrato [Fe (CN)₆"^-4 Produce un precipitato blu, chiamato blu della Prussia, utilizzato nei dipinti e le lacche.

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Cibo di ferro

Le vongole sono una fonte di cibo ricca di ferro. Fonte: pxhere.

In generale, si consiglia un'assunzione di 18 mg/giorno di ferro. Tra gli alimenti che lo forniscono nella dieta quotidiana ci sono i seguenti:

I frutti di mare contribuiscono in ferro nell'emino, quindi non c'è inibizione nell'assorbimento intestinale dello stesso. La vongola contribuisce fino a 28 mg di ferro per 100 g; Pertanto, questa quantità di vongole sarebbe sufficiente per soddisfare il requisito di ferro giornaliero.

Gli spinaci contengono 3,6 mg di ferro per 100 g. La carne di organo vaccinos, ad esempio il fegato di vitello, contiene 6,5 mg di ferro per 100 g. È probabile che il contributo del budino nero sia leggermente più alto. Il budino nero è costituito da porzioni dell'intestino tenue, riempite di sangue di manzo.

I legumi, come la lenticchie, contengono 6,6 mg di ferro per 198 g. La carne rossa contiene 2,7 mg di ferro per 100 g. I semi di zucca contengono 4,2 mg per 28 g. La quinoa contiene 2,8 mg di ferro per 185 g. La carne di tacchino scuro contiene 2,3 mg per 100 g. I broccoli contiene 2,3 mg per 156 mg.

Il tofu contiene 3,6 mg per 126 g.  Nel frattempo, il cioccolato nero contiene 3,3 mg per 28 g.

Carta biologica

Le funzioni che il ferro gioca, specialmente negli esseri viventi vertebrati, sono innumerevoli. Si stima che più di 300 enzimi richiedano ferro per il suo funzionamento. Tra gli enzimi e le proteine ​​che lo usano sono i seguenti:

-Proteine ​​che hanno il gruppo Hemo e non hanno attività enzimatica: emoglobina, mioglobina e neuroglobina.

-Enzimi con il gruppo HEMO coinvolto nel trasporto di elettroni: citocromi A, B e F e citocromo ossidasi e/o attività di ossidasi; ossidasi solfito, citocromo p450 ossidasi, mieloperossidasi, perossidasi, catalasi, ecc.

-Proteine ​​contenenti zucchero di ferro, correlate alle attività ossiducenti, coinvolte nella produzione di energia: succinato deidrogenasi, isocitrati deidrogenasi e aconitasi, o enzimi coinvolti nella replicazione e nella riparazione del DNA: DNA-polimerasa e DNA-eliclase.

-Gli enzimi non erede che usano il ferro come cofattore per la loro attività catalitica: fenilalanina idrolasi, idrolasi tirosina, idrolasi triptofana e idrolasi che giace.

-Nessuna proteina HEMO responsabile del trasporto e dello stoccaggio del ferro: ferritina, transferrina, haptoglobin, ecc.

Rischi

Tossicità

I rischi di esposizione al ferro in eccesso possono essere acuti o cronici. Una causa di avvelenamento da ferro acuto può essere l'assunzione eccessiva di compresse di ferro, sotto forma di gluconato, fumarato, ecc.

Il ferro può causare un'irritazione della mucosa intestinale, il cui disagio si manifesta immediatamente dopo l'assunzione e scompare a 6-12 ore. Il ferro assorbito viene depositato in organi diversi. Questo accumulo può causare alterazioni metaboliche.

Se la quantità di ferro ingerita è tossica, può causare perforazione intestinale con peritonite.

Nel sistema cardiovascolare produce ipovolemia che può essere causata dall'emorragia gastrointestinale e dal rilascio di ferro da sostanze vasoattive, come la serotonina e l'istamina. Alla fine può verificarsi, enorme necrosi epatica e insufficienza epatica.

Emocromatismo

L'emocromatismo è una malattia ereditaria che ha un'alterazione del meccanismo per la regolazione del ferro corporeo, che si manifesta in un aumento della concentrazione ematica del ferro e del suo accumulo in diversi organi; tra loro il fegato, il cuore e il pancreas.

I sintomi iniziali della malattia sono i seguenti: dolore articolare, dolore addominale, affaticamento e debolezza. Con i seguenti sintomi e successivi segni della malattia: diabete, perdita di desiderio sessuale, impotenza, insufficienza cardiaca e insufficienza epatica.

Ososiderosi

L'ermosiderosi è caratterizzata, come indicato dal suo nome, dall'accumulo di ososiderina nei tessuti. Ciò non provoca danni ai tessuti, ma può evolversi in danni simili a quelli osservati nell'emocromatismo.

L'oserosi può essere prodotta dalle seguenti cause: aumento dell'assorbimento di ferro dietetico, anemia emolitica che rilascia ferro dagli eritrociti e trasfusioni di sangue eccessive.

L'ermosirosi e l'emocromatismo potrebbero essere dovuti al funzionamento inappropriato dell'ormone dell'epcidina, ormone secreto dal fegato che interviene nella regolazione del ferro corpo.

Riferimenti

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