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Ferro

Ferro elemento

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 a (ferrite), a reticolo cubico a corpo centrato, è stabile fino a 760 °C, temperatura alla quale si trasforma in ferro ß, 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). Il ferro bivalente tende a ossidarsi al più stabile 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.

Alla temperatura di 20°C la densità del ferro è pari a 7870 kg/m3; alla stessa temperatura il valore del peso specifico del ferro è 77200 N/m3.

La temperatura di fusione del ferro corrisponde a 1538°C.

La configurazione elettronica del ferro è la seguente 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6.

ferro

Il ferro e le sue prorietà ferromagnetiche

Composti del ferro

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 rivestono particolare importanza l'ossido ferroso FeO, instabile e di colore nero; 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, utilizzato per la produzione 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-.

ematite

Ematite

Utilizzo del ferro

Il ferro allo stato puro è raramente utilizzato, salvo che in certe analisi chimiche e nella fabbricazione di nuclei magnetici. Molto importanti sono invece le leghe metalliche del ferro, principalmente quelle con carbonio (leghe ferro-carbonio), che danno ghise e acciai di fondamentale importanza nell'industria siderurgica (si veda: produzione dell'acciaio).

Metodo di produzione del ferro

Dagli ossidi il ferro viene estratto nell'altoforno per riduzione con carbone; 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.

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