Ferro - Fe

Ferro: caratteristiche, composti, utilizzo e metodo di produzione del Ferro

Il ferro è un metallo che in natura è molto diffuso, secondo tra i metalli dopo l'alluminio. Costituisce circa il 5% in peso della crosta terrestre, ma allo stato elementare lo si rinviene solo in modeste quantità nelle meteoriti (in lega con il nichel) e in alcuni piccolissimi giacimenti. I principali minerali del ferro, raramente puri, ma quasi sempre associati con altri minerali, sono gli ossidi, quali l'ematite Fe2O3, la magnetite Fe3O4, e la limonite Fe2O3 ∙ nH2O; di minore importanza sono i carbonati come la siderite FeCO3, e i solfuri come la pirite FeS2.

Il ferro puro è un metallo bianco splendente, malleabile e duttile, ferromagnetico a temperatura ambiente. Se ne conoscono diverse forme allotropiche (o modificazioni cristalline). Il ferro α (ferrite), a reticolo cubico a corpo centrato, è stabile fino a 760 °C, temperatura alla quale si trasforma in ferro β, senza variazioni nel reticolo ma solo nelle proprietà magnetiche; tra i 910 e i 1400 °C è stabile la forma γ, cubica a facce centrate; sopra i 1400 °C, fino alla fusione, è stabile il ferro δ, con reticolo simile a quello del ferro α. Il ferro reagisce lentamente con l'acqua all'aria ricoprendosi di ruggine (carbonato basico idrato), mentre rimane inalterato all'aria secca. Se arroventato può reagire con l'acqua liberando idrogeno; è facilmente attaccato dall'acido cloridrico e dall'acido solforico diluiti; non si scioglie in acido nitrico concentrato perché si forma uno strato compatto protettivo di ossido. Il ferro forma due serie principali di composti: i ferrosi (numero di ossidazione +2) e i ferrici (numero di ossidazione +3). I composti ferrici sono generalmente più stabili di quelli ferrosi, infatti che il ferro bivalente ha tendenza a ossidarsi a ferro +3.Come tutti gli elementi di transizione, il ferro mostra una spiccata tendenza a formare complessi con un gran numero di leganti elettrondonatori, come per esempio F-, Cl-, OH-, H2O, NH3, CN-  o come lo ione ossalato e l'etilendiammina.

Ferro: composti

Il ferro a numero di ossidazione O è presente nei ferrocarbonili di formula Fe(CO)5 e Fe(CO)4, composti volatili che si formano per azione dell'ossido di carbonio (CO) sul ferro a temperatura fino a 200 °C; alla formazione di questi composti è dovuta la decarburazione di molti acciai.

Tra i composti del ferro bivalente possono essere annoverati principalmente l'ossido ferrico FeO, polvere nera instabile a temperatura ambiente  (tende a trasformarsi nell'ossido ferroso ferrico Fe3O4 magnetico di cui sono costituite le comuni calamite); l'idrossido ferroso Fe(OH)2, massa gelatinosa verdastra che si ossida facilmente a idrato ferrico; il solfuro ferroso FeS di colore nero e il disolfuro ferroso o pirite(FeS2) estremamente diffuso in natura e principale materia prima per la produzione di acido solforico; il solfato ferroso FeSO4∙7H2O (preparato da ferro metallico e acido solforico) noto anche col nome di vetriolo verde, usato nella fabbricazione di inchiostri, come mordente e come disinfettante; il carbonato ferroso FeCO3 che si trova disciolto come bicarbonato Fe(HCO3)2 nelle acque ferruginose.

I composti ferrici (ferro trivalente) comprendono: l'ossido ferrico o ematite Fe2O3, la principale materia prima per l'estrazione del ferro, polvere rosso-bruna usata anche come pigmento; l'idrossido ferrico Fe(OH)3, massa gelatinosa rosso-bruna , il solfuro ferrico Fe2S3 che si trova in natura associato al solfuro di rame come calcopirite Cu2S∙Fe2S3; il cloruro ferrico FeCl3 assai solubile in acqua; il solfato ferrico Fe2(SO4)3 da cui derivano gli allumi.

Il ferro nello stato di ossidazione +2 e +3 forma alcuni composti di coordinazione a cominciare dai ferrocianuri Fe(CN)64- e dai ferricianuri Fe(CN)63-.

Ferro: utilizzo

Il ferro allo stato puro è scarsamente usato, salvo che in certe analisi chimiche e nella fabbricazione di nuclei magnetici. Di impiego quasi esclusivo sono le sue numerose leghe, principalmente con carbonio (leghe ferro-carbonio), che danno ghise e acciai di fondamentale importanza nell'industria siderurgica.

Ferro: metodo di produzione

Dagli ossidi il ferro viene estratto per riduzione e carburazione con carbone negli altiforni, dove si forma inizialmente ghisa che può essere convertita in acciaio; il ferro può anche essere ottenuto dai prodotti solidi (ossidi di ferro) ottenuti come residuo nell'arrostimento delle piriti, ma si può anche ottenere per riduzione dell'ossido con alluminio (alluminotermia) o con idrogeno, oppure per elettrolisi di solfato ferroso in soluzione.