Il ferro è tra i metalli pesanti il più diffuso e abbondante sulla crosta terrestre. Si ritiene che il nucleo centrale del nostro pianeta sia costituito prevalentemente da ferro fuso; la lava ne contiene circa il 5%.
Data la sua reagibilità, questo elemento si trova raramente sotto forma di ferro puro; le piccole quantità reperibili sono sicuramente di origine extra-terrestre (meteoriti caduti sulla Terra – ferro meteorico), e sempre associate ad altri metalli, particolarmente al nichelio.
Si tratta di un metallo essenziale per l’industria siderurgica (non esistono leghe d’acciaio senza ferro).
IN CHIMICA
- Nome elemento: ferro
- Simbolo: Fe
- Sistema periodico (gruppo-periodo-blocco): 8 (VIIB)-4-d
- Numero atomico: 26
- Massa atomica relativa (uma): 55,85
- Punto di fusione: 1530 °C
- Punto di ebollizione: 2735 °C
- Densità (peso specifico): 7,86 Kg/dm3
Ha quattro isotopi stabili (54, 56, 57 e 58) e 3 isotopi radioattivi.
Gli allotropi del ferro
Il ferro è tetramorfo; le quattro forme allotropiche sono denominate α, β, γ e δ ed esistono in particolari intervalli di temperatura:
- fino a 766 °C esiste la forma α (alfa)
- fra 766 e 850 °C esiste la forma β (beta)
- tra 850 e 1.400 °C esiste la forma γ (gamma)
- fra 1.400 °C ed il punto di fusione esiste la forma δ (delta)
Tra le varie forme esistono marcate differenze: la forma β, ad esempio, è debolmente paramagnetica, differenziandosi nettamente dalla forma α.
Caratteristiche
Il metallo di produzione industriale presenta caratteristiche fisiche completamente diverse dal ferro purissimo ottenibile solo con metodi particolari (metodo Goldschmidt, metodo elettrolitico); il ferro puro si presenta sotto forma di metallo argenteo, molto tenace, flessibilissimo, elastico e facilmente lavorabile, sia a caldo che a freddo.
Il ferro è inalterabile all’aria secca e non viene attaccato da acqua priva di anidride carbonica disciolta. All’aria umida questo metallo si copre di ruggine, chimicamente carbonato ferrico basico idrato, che non aderisce alla superficie ma la sgretola permettendo così al processo di proseguire fino alla totale trasformazione del metallo. Questo fenomeno chimico ed altri analoghi (vedi corrosione) costituiscono un grosso problema tecnico e finanziario.
Il ferro viene attaccato facilmente dagli acidi cloridrico e solforico diluiti, con sviluppo di idrogeno. Anche l’acido nitrico diluito attacca il ferro; se si immerge però il ferro molto rapidamente in acido nitrico concentrato, questo non viene più disciolto. Questo fenomeno (passività) viene attribuito alla formazione di uno strato estremamente sottile e aderente di ossido che protegge il metallo sottostante da ogni ulteriore attacco.
COMPOSTI – STATI DI OSSIDAZIONE
Il ferro da luogo a diverse grandi famiglie di composti, le più comuni sono:
- composti ferrosi, nella quale il ferro ha valenza 2 (Fe2+)
- composti ferrici, nella quale il ferro ha valenza 3 (Fe3+)
In simboli si indica con Fe++ lo ione ferroso, con Fe+++ lo ione ferrico. Il ferro metallico (Fe0) e lo ione ferrato (FeO42−) sono i composti meno stabili e quindi meno comuni (il ferro metallico si ossida anche all’aria, lo ione ferrato è stabile soltanto in ambiente molto basico).
Ossido ferrico (o sesquiossido) Fe4O3
Costituisce la principale materia prima per la produzione del ferro. Si presenta sotto l’aspetto di polvere rossa e dura. Si prepara in laboratorio calcinando (riscaldando cioè ad alta temperatura) l’idrossido ferrico. Nell’industria l’ossido di ferro viene usato principalmente per la levigazione dei metalli e del vetro (rossetto) e come pigmento rosso nella preparazione di alcune vernici (ocra rosso e rosso veneziano).
Idrossido ferrico Fe(OH3)
Si prepara in laboratorio di soluzioni di sali ferrici trattate a caldo con alcali e con idrossido di ammonio, e si prepara sotto forma di precipitato gelatinoso rosso-bruno. Sulla precipitazione con idrossido di ammonio, raccolta del precipitato, calcinazione e pesata dell’ossido ferrico ottenuto si basa un metodo analitico per il dosaggio del ferro.
Il colore rosso dell’argilla dei mattoni è dovuto sia all’idrossido sia all’ossido ferrico. L’idrossido di ferro può anche presentare comportamento acido in presenza degli idrossidi dei metalli alcalini e alcalino-ferrosi formando sali di tipo NaFeO2, detti ferriti.
I ferriti dei metalli alcalino-terrosi sono ferromagnetici e trovano impiego nella costruzione di parti di memorie per macchine calcolatrici e nella produzione di nastri per la registrazione magnetica di suoni e immagini.
Solfuro ferroso FeS
Si ottiene in laboratorio trattando una soluzione di sale ferroso con una soluzione di di solfuro d’ammonio. Si prepara industrialmente fondendo polvere o limatura di ferro con zolfo o con pirite (minerale di ferro).
Il solfuro di ferro ottenuto si presenta sotto forma di massa fusa grigio-scura azzurra, molto dura. Serve in laboratorio per la preparazione dell’idrogeno solforato gassoso (H2S) usato in chimica analitica. Per questa preparazione si adopera l’apparecchio di Kipp, nel quale il solfuro di ferro è attaccato da acido cloridrico.
Solfato ferroso FeSO4
Si prepara in laboratorio facendo reagire il ferro metallico con una soluzione di acido solforico. Si presenta sotto l’aspetto di bei cristalli verdi ed è tra i composti chimici più noti da lunghissimo tempo; gli alchimisti del XIII secolo lo chiamarono “vetriolo verde”.
E’ usato nella fabbricazione degli inchiostri e come anticrittogamico. Molto importante è un suo sale doppio, utilizzato in chimica analitica come titolante delle soluzioni di permanganato potassico (vedi ossidoriduzione) e per preparare soluzioni a titolo noto di Fe+++.
Carbonato ferroso FeCO3
Si trova in natura sotto forma di un minerale – la siderite – abbastanza diffuso.
Viene disciolto leggermente sotto forma di bicarbonato ferroso Fe(HCO3)2 dalle acque contenenti anidride carbonica e sotto questa forma lo si ritrova nelle acque ferruginose naturali (Isola d’Elba). Queste acque presentano la proprietà di intorbidarsi all’aria per precipitazione di idrossido ferrico, formatosi per ossidazione del ferro ferroso ad opera dell’ossigeno atmosferico.
Molto importanti da un punto di vista strettamente analitico sono gli ioni complessi (più propriamente gli anioni complessi) che il ferro forma con il residuo acido dell’acido cianidrico CN–.
I sali potassici di questi anioni sono rispettivamente:
- K4[Fe(CN)6]: ferro bivalente – ferrocianuro potassico o prussiato giallo
- K3[Fe(CN)6]: ferro trivalente – ferrocianuro potassico o prussiato rosso
Il ferrocianuro potassico si prepara trattando una soluzione di ferrocianuro con cloro. Questi due sali complessi sono utilizzati in chimica analitica come reattivi specifici del ferro bivalente e del ferro trivalente.
Per reazione tra sali ferrici e ferrocianuro di potassio si ottiene Fe4[Fe(CN)6]3, ferrocianuro ferrico, noto come blu di Prussia. Tale miscela viene usata fin dal ‘700 anche come pigmento per i colori.
Precipitando il ferrocianuro potassico con i sali ferrosi (solfato ferroso) si ottiene il cosiddetto blu di Turnbull, ferrocianuro Fe3[Fe(CN)6]2.
Uno dei più recenti composti del ferro è il ferropenta-carbonile Fe(CO)5, che ha la particolare proprietà di essere liquido a temperatura ordinaria. Questo prodotto ha trovato impiego come antidetonante nelle benzine e come fonte di ferro purissimo.
TRADUZIONE DI “FERRO” IN ALTRE LINGUE
- Arabo: حديد
- Catalano: Ferro
- Ceco: Železo
- Cinese: 铁
- Croato: Željezo
- Danese: Jern
- Finlandese: Rauta
- Francese: Fer
- Giapponese: 鉄
- Greco: Σίδηρος
- Inglese: Iron
- Latino: Ferrum
- Norvegese: Jern
- Svedese: Järn
- Polacco: Żelazo
- Portoghese: Ferro
- Romeno: Fier
- Russo: Железо
- Serbo: Гвожђе
- Sloveno: Železo
- Slovacco: Železo
- Spagnolo: Hierro
- Tedesco: Eisen
- Turco: Demir
- Ucraino: Залізо
- Ungherese: Vas