Iron

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Iron

Ocorrência, usos, e propriedades

Iron compõe 5% da crosta terrestre e é segundo em abundância de alumínio entre os metais e quarto em abundância atrás de oxigênio, silício, e alumínio entre os elementos. O ferro, que é o principal constituinte do núcleo da Terra, é o elemento mais abundante na Terra como um todo (cerca de 35%) e é relativamente abundante no Sol e outras estrelas. Na crosta, o metal livre é raro, ocorrendo como ferro terrestre (ligado com 2 a 3% de níquel) em rochas basálticas na Groenlândia e sedimentos carbonáceos nos Estados Unidos (Missouri) e como um ferro meteórico de baixo níquel (5 a 7% de níquel), kamacite. O níquel-ferro, uma liga nativa, ocorre em depósitos terrestres (21-64 por cento de ferro, 77-34 por cento de níquel) e em meteoritos como taenita (62-75 por cento de ferro, 37-24 por cento de níquel). (Para propriedades mineralógicas do ferro e do níquel-ferro nativos, ver elementos nativos). Os meteoritos são classificados como ferro, pedra de ferro ou pedregulho de acordo com a proporção relativa do seu teor de ferro e silicato mineral. O ferro também é encontrado combinado com outros elementos em centenas de minerais; de maior importância como minério de ferro são a hematita (óxido férrico, Fe2O3), magnetita (trióxido de ferro, Fe3O4), limonita (hidróxido de ferro hidratado, FeO(OH)∙nH2O), e siderite (carbonato ferroso, FeCO3). As rochas ígneas têm em média cerca de 5% de teor de ferro. O metal é extraído por fundição com carbono (coque) e calcário. (Para informações específicas sobre a mineração e produção de ferro, ver processamento de ferro.)

A quantidade média de ferro no corpo humano é de cerca de 4,5 gramas (cerca de 0.004 por cento), dos quais aproximadamente 65 por cento está na forma de hemoglobina, que transporta oxigênio molecular dos pulmões por todo o corpo; 1 por cento nas várias enzimas que controlam a oxidação intracelular; e a maior parte do resto armazenado no corpo (fígado, baço, medula óssea) para futura conversão em hemoglobina. Carne vermelha, gema de ovo, cenoura, fruta, trigo integral e vegetais verdes contribuem com a maior parte dos 10-20 miligramas de ferro necessários em cada dia para o adulto médio. Para o tratamento de anemias hipocrômicas (causadas por deficiência de ferro), qualquer um de um grande número de compostos de ferro orgânicos ou inorgânicos (geralmente ferrosos) é usado.

Iron, como comumente disponível, quase sempre contém pequenas quantidades de carbono, que são coletadas do coque durante a fundição. Estes modificam suas propriedades, desde ferros fundidos duros e quebradiços contendo até 4% de carbono até aços de baixo carbono mais maleáveis contendo menos de 0,1% de carbono.

Três verdadeiros alotrópodes de ferro em sua forma pura ocorrem. O ferro delta, caracterizado por uma estrutura de cristal cúbico centrado no corpo, é estável acima de uma temperatura de 1.390 °C (2.534 °F). Abaixo desta temperatura há uma transição para o ferro gama, que tem uma estrutura cúbica centrada na face (ou cúbica fechada) e é paramagnética (capaz de ser apenas ligeiramente magnetizada e apenas enquanto o campo magnetizante estiver presente); a sua capacidade de formar soluções sólidas com carbono é importante na produção de aço. A 910 °C (1.670 °F) há uma transição para o ferro alfa paramagnético, que também é cúbico centrado no corpo em estrutura. Abaixo de 773 °C (1.423 °F), o ferro alfa torna-se ferromagnético (isto é, capaz de ser permanentemente magnetizado), indicando uma mudança na estrutura eletrônica, mas nenhuma mudança na estrutura cristalina. Acima de 773 °C (seu ponto Curie), perde completamente o seu ferromagnético. O ferro alfa é um metal macio, dúctil, brilhante, cinza-branco de alta resistência à tração.

O ferro puro é bastante reativo. Num estado muito finamente dividido, o ferro metálico é pirofórico (isto é, inflama-se espontaneamente). Combina vigorosamente com cloro em aquecimento suave e também com uma variedade de outros não metálicos, incluindo todos os halogéneos, enxofre, fósforo, boro, carbono e silício (as fases carboneto e silicida desempenham papéis importantes na metalurgia técnica do ferro). O ferro metálico dissolve-se rapidamente em ácidos minerais diluídos. Com ácidos não oxidantes e na ausência de ar, o ferro no estado de oxidação +2 é obtido. Com ar presente ou quando se utiliza ácido nítrico diluído a quente, parte do ferro entra em solução como o íon Fe3+. Muito fortemente oxidante – por exemplo, ácido nítrico concentrado ou ácidos contendo ferro dicromato-passivado (ou seja, causar a perda de sua atividade química normal), porém, tanto quanto o cromo. Água sem ar e hidróxidos diluídos sem ar têm pouco efeito sobre o metal, mas é atacado pelo hidróxido de sódio concentrado quente.

O ferro natural é uma mistura de quatro isótopos estáveis: ferro-56 (91,66%), ferro-54 (5,82%), ferro-57 (2.19 por cento), e ferro-58 (0,33 por cento).

Os compostos de ferro podem ser estudados aproveitando um fenômeno conhecido como efeito Mössbauer (o fenômeno de um raio gama sendo absorvido e reradiado por um núcleo sem recuo). Embora o efeito Mössbauer tenha sido observado em cerca de um terço dos elementos, é particularmente para o ferro (e, em menor grau, para o estanho) que o efeito tem sido uma importante ferramenta de pesquisa para o químico. No caso do ferro, o efeito depende do facto de o núcleo do ferro-57 poder ser excitado a um estado de alta energia pela absorção de radiação gama de frequência muito definida que é influenciada pelo estado de oxidação, configuração electrónica e ambiente químico do átomo de ferro, podendo assim ser utilizado como uma sonda do seu comportamento químico. O marcado efeito Mössbauer do ferro-57 tem sido usado no estudo do magnetismo e derivados da hemoglobina e para fazer um relógio nuclear muito preciso.