Ferro

iso.	AN	período de semidesintegración	MD	ED M eV	PD
⁵⁴Fé	5,845%	Fé é estável com 28 neutrones
⁵⁵Fé	Sintético	2,73 anos	ε	0,231	⁵⁵Mn
⁵⁶Fé	91,72%	Fé é estável com 30 neutrones
⁵⁷Fé	2,119%	Fé é estável com 31 neutrones
⁵⁸Fé	0,282%	Fé é estável com 32 neutrones
⁵⁹Fé	Sintético	44,503 dias	β	1,565	⁵⁹Co
⁶⁰Fé	Sintético	1,5 × 10⁶ anos	β^-	3,978	⁶⁰Co

Valores no SE e em condições normais
(0 °C e 1 atm), salvo que indique-se o contrário.
^†Calculado a partir de diferentes longitudes
de enlace covalente, metálico ou iónico.

O ferro ou fierro (em muitos países hispanohablantes prefere-se esta segunda forma)^[1] é um elemento químico de número atómico 26 situado no grupo 8, período 4 da tabela periódica dos elementos. Seu símbolo é Fé (do latin fĕrrum)^[1] e tem uma massa atómica de 55,6 ou.

Este metal de transição é o quarto elemento mais abundante na cortezaterrestre , representando um 5% e, entre os metais, só o alumínio é mais abundante. Igualmente é um dos elementos mais importantes do Universo, e o núcleo da Terra está formado principalmente por ferro e níquel, gerando ao se mover um campo magnético. Tem sido historicamente muito importante, e um período da história recebe o nome de Idade de Ferro.

Características principais

É um metal maleável, de cor cinza plateado e apresenta propriedades magnéticas; é ferromagnético a temperatura ambiente e pressão atmosférica.

Encontra-se na natureza fazendo parte de numerosos minerales, entre eles muitos óxidos, e raramente se encontra livre. Para obter ferro em estado elementar, os óxidos reduzem-se com carbono e depois é submetido a um processo de refinado para eliminar as impurezas presentes.

É o elemento mais pesado que se produz exotérmicamente por fusão, e o mais ligeiro que se produz através de uma fisión, como seu núcleo tem a mais alta energia de enlace por nucleón (energia necessária para separar do núcleo um neutrón ou um protón); portanto, o núcleo mais estável é o do ferro-56 (com 30 neutrones).

Apresenta diferentes formas estruturais dependendo da temperatura e pressão. A pressão atmosférica:

Ferro-α: estável até os 911 °C. O sistema cristalino é uma rede cúbica centrada no corpo (bcc).
Ferro-γ: 911 °C - 1392 °C; apresenta uma rede cúbica centrada nas caras (fcc).
Ferro-δ: 1392 °C - 1539 °C; volta a apresentar uma rede cúbica centrada no corpo.
Ferro-ε: Pode estabilizar-se a altas pressões, apresenta estrutura hexagonal compacta (hcp).

O ferro-α é ferromagnético até a temperatura de Curie (768 °C), a partir da qual passa a ser paramagnético. Antigamente, ao ferro-α paramagnético chamava-se-lhe ferro-β, ainda que hoje em dia não se costuma distinguir entre as fases α e β.

Aplicações

O ferro é o metal mais usado, com o 95% em peso da produção mundial de metal. O ferro puro (pureza a partir de 99,5%) não tem demasiadas aplicações, salvo excepções para utilizar seu potencial magnético. O ferro tem sua grande aplicação para formar os produtos siderúrgicos, utilizando este como elemento matriz para alojar outros elementos aleantes tanto metálicos como não metálicos, que conferem diferentes propriedades ao material. Considera-se que uma liga de ferro é aço se contém menos de 2,1% de carbono; se a percentagem é maior, recebe o nome de fundição.

O aço é indispensável devido a seu baixo preço e tenacidad, especialmente em automóveis, barcos e componentes estruturais de edifícios.

As ligas férreas apresentam uma grande variedade de propriedades mecânicas dependendo de sua composição ou o tratamento que se tenha levado a cabo.

Aços

Os aços são ligas férreas com um conteúdo máximo de carbono de 2%, o qual pode estar como aleante de inserção na ferrita e austenita e formando carburo de ferro. Algumas ligas não são ferromagnéticas. Este pode ter outros aleantes e impurezas.

Dependendo de seu conteúdo em carbono classificam-se em:

Aço baixo em carbono: menos de 0,25% de C em peso. São macios mas dúctiles. Utilizam-se em veículos, encanamentos, elementos estruturais, etcétera. Também existem os aços de alta resistência e baixa liga, que contêm outros elementos aleados até um 10% em peso; têm uma maior resistência mecânica e podem ser trabalhados facilmente.
Aço médio em carbono: entre 0,25% e 0,6% de C em peso. Para melhorar suas propriedades são tratados termicamente. São mais resistentes que os aços baixos em carbono, mas menos dúctiles; empregam-se em peças de engenharia que requerem uma alta resistência mecânica e ao desgaste.
Aço alto em carbono: entre 0,60% e 1,4% de C em peso. São ainda mais resistentes, mas também menos dúctiles. Acrescentam-se outros elementos para que formem carburos, por exemplo, com wolframio se forma o carburo de wolframio, WC; estes carburos são muito duros. Estes aços empregam-se principalmente em ferramentas.
Aços aleados: Com os aços não aleados, ou ao carbono, é impossível satisfazer as demandas da indústria actual. Para conseguir determinadas características de resiliencia , resistência ao desgaste, dureza e resistência a determinadas temperaturas deveremos recorrer a estes. Mediante a acção de um ou vários elementos de liga em percentagens adequados se introduzem modificações químicas e estruturais que afectam à temlabilidad, características mecânicas, resistência a oxidación e outras propriedades.

A classificação mais técnica e correcta para os aços ao carbono (sem alear) segundo seu conteúdo em carbono:

Os aços hipoeutectoides, cujo conteúdo em carbono oscila entre 0.02% e 0,8%.
Os aços eutectoides cujo conteúdo em carbono é de 0,8%.
Os aços hipereutectoides com conteúdos em carbono de 0,8% a 2%.

Aços inoxidáveis: um dos inconvenientes do ferro é que se oxida com facilidade. Acrescentando um 12% de cromo considera-se aço inoxidável, como este aleante cria uma capa de óxido de cromo superficial que protege ao aço da corrosão ou formação de óxidos de ferro. Também pode ter outro tipo de aleantes como o níquel para impedir a formação de carburos de cromo, os quais contribuem fragilidad e potencian a oxidación intergranular.

O uso mais extenso do ferro é para a obtenção de aços estruturais; também se produzem grandes quantidades de ferro fundido e de ferro forjado. Entre outros usos do ferro e de seus compostos têm-se a fabricação de ímans, tintes (tintas, papel para heliográficas, pigmentos pulidores) e abrasivos (colcótar).

Fundições

Quando o conteúdo em carbono é superior a um 2.11% em peso , a liga se denomina fundição. Este carbono pode encontrar-se dissolvido, formando cementita ou em forma livre. São muito duras e frágeis. Há diferentes tipos de fundições:

Cinza
Branca
Atruchada
Maleável americana
Maleável européia
Esferoidal ou dúctil

Suas características variam de um tipo a outra; segundo o tipo utilizam-se para diferentes aplicações: em motores, válvulas, engrenagens, etc.

Por outra parte, os óxidos de ferro têm variadas aplicações: em pinturas, obtenção de ferro, a magnetita (Fé₃Ou₄) e o óxido de ferro III em aplicações magnéticas, etc. A Fé (OH)₃, utiliza-se em radioquímica para concentrar os actínidos mediante co-precipitação.

História

Têm-se indícios de uso do ferro, quatro milénios dantes de Cristo, por parte dos sumerios e egípcios.

No segundo e terceiro milénio, dantes de Cristo, vão aparecendo a cada vez mais objectos de ferro (que se distingue do ferro procedente de meteoritos pela ausência de níquel) em Mesopotamia , Anatolia e Egipto. No entanto, seu uso parece ser ceremonial, sendo um metal muito caro, mais que o ouro. Algumas fontes sugerem que talvez se obtivesse como subproducto da obtenção de cobre .

Entre 1600 a. C. e 1200 a. C. vai aumentando seu uso em Oriente Médio, mas não substitui ao predominante uso do bronze.

Entre os séculos XII a. C. e X a. C. produz-se uma rápida transição em Oriente Médio desde as armas de bronze às de ferro. Esta rápida transição talvez fosse devida à falta de estaño , dantes que a uma melhora na tecnologia no trabalho do ferro. A este período, que se produziu em diferentes datas segundo o lugar, se denomina Idade de Ferro, substituindo à Idade de Bronze. Na Grécia começou a empregar em torno do ano 1000 a. C. e não chegou a Europa ocidental até o século VII a. C. A substituição do bronze pelo ferro foi paulatina, pois era difícil fabricar peças de ferro: localizar o mineral, depois fundí-lo a temperaturas altas para finalmente forjá-lo.

Na Europa Central, surgiu no século IX a. C. a cultura de Hallstatt (substituindo à cultura dos campos de urnas, que se denomina primeira Idade de Ferro, pois coincide com a introdução deste metal.

Para o 450 a. C. desenvolveu-se a cultura da Tène, também denominada segunda Idade de Ferro. O ferro usa-se em ferramentas, armas e joyería, ainda que seguem encontrando-se objectos de bronze.

Junto com esta transição do bronze ao ferro descobriu-se o processo de carburización , consistente em acrescentar carbono ao ferro. O ferro obtinha-se como uma mistura de ferro e escoria, com algo de carbono ou carburos, e era forjado, tirando a escoria e oxidando o carbono, criando assim o produto já com uma forma. Este ferro forjado tinha um conteúdo em carbono muito baixo e não se podia endurecer facilmente ao o arrefecer em água. Observou-se que se podia obter um produto bem mais duro aquecendo a peça de ferro forjado em um leito de carvão vegetal, para então o submergir em água ou azeite. O produto resultante, que tinha uma superfície de aço, era mais duro e menos frágil que o bronze, ao que começou a substituir.

Na China o primeiro ferro que se utilizou também procedia de meteoritos, se tendo encontrado objectos de ferro forjado no noroeste, cerca de Xinjiang, do século VIII a. C. O procedimento era o mesmo que o utilizado em Oriente Médio e Europa. Nos últimos anos da Dinastía Zhou (550 a. C.) consegue-se obter ferro colado (produto da fusão do arrabio). O mineral encontrado ali apresenta um alto conteúdo em fósforo, com o que funde a temperaturas menores que na Europa e outros lugares. No entanto durante bastante tempo, até a Dinastía Qing (para 221 a. C.), não teve uma grande repercussão.

O ferro colado demorou mais na Europa, pois não se conseguia a temperatura suficiente. Algumas das primeiras mostras de ferro colado encontraram-se na Suécia, em Lapphyttan e Vinarhyttan, do 1150 a 1350 .

Na Idade Média, e até finais do século XIX, muitos países europeus empregavam como método siderúrgico a farga catalã. Obtinha-se ferro e aço baixo em carbono empregando carvão vegetal e o mineral de ferro. Este sistema estava já implantado no século XV, e se conseguiam atingir até uns 1200 °C. Este procedimento foi substituído pelo empregado nos altos fornos.

Em um princípio usava-se carvão vegetal para a obtenção de ferro como fonte de calor e como agente redutor. No século XVIII, na Inglaterra, começou a escasear e fazer-se mais caro o carvão vegetal, e isto fez que começasse a se utilizar coque, um combustível fóssil, como alternativa. Foi utilizado pela primeira vez por Abraham Darby, a princípios do século XVIII, que construiu em Coalbrookdale um alto forno. Assim mesmo, o coque empregou-se como fonte de energia na Revolução industrial. Neste período a demanda de ferro foi a cada vez maior, por exemplo para sua aplicação em caminhos-de-ferro.

O alto forno foi evoluindo ao longo dos anos. Henry Cort, em 1784 , aplicou novas técnicas que melhoraram a produção. Em 1826 o alemão Friedrich Harkot constrói um alto forno sem mampostería para fumaças.

Para finais do século XVIII e começos do XIX começou-se a empregar amplamente o ferro como elemento estrutural (em pontes, edifícios, etcétera). Entre 1776 a 1779 constrói-se a primeira ponte de fundição de ferro, construído por John Wilkinson e Abraham Darby. Na Inglaterra emprega-se pela primeira vez na construção de edifícios, por Mathew Boulton e James Watt, a princípios do século XIX. Também são conhecidas outras obras desse século, por exemplo o Palácio de Cristal construído para a Exposição Universal de 1851 em Londres, do arquitecto Joseph Paxton, que tem um armazón de ferro, ou a Torre Eiffel, em Paris, construída em 1889 para a Exposição Universal, em onde se utilizaram milhares de toneladas de ferro.

Abundância e obtenção

O ferro é o metal de transição mais abundante na corteza terrestre, e quarto de todos os elementos. Também abunda em tudo no Universo, se tendo encontrado meteoritos que o contêm. Encontra-se fazendo parte de numerosos minerales, entre os que destacam a hematites (Fé₂Ou₃), a magnetita (Fé₃Ou₄), a limonita (FEIO (OH)), a siderita (FeCO₃), a pirita (FÉS₂), a ilmenita (FeTiO₃), etcétera.

Pode-se obter ferro a partir dos óxidos com mais ou menos impurezas. Muitos dos minerales de ferro são óxidos, e os que não se podem oxidar para obter os correspondentes óxidos.

A redução dos óxidos para obter ferro leva-se a cabo em um forno denominado comummente alto forno (também, forno alto). Nele se acrescentam os minerales de ferro em presença de coque e carbonato de calcio, CaCO₃, que actua como escorificante.

Os gases sofrem uma série de reacções; o coque pode reagir com o oxigénio para formar dióxido de carbono:

C + Ou₂ → CO₂

A sua vez o dióxido de carbono pode reduzir-se para dar monóxido de carbono:

CO₂ + C → 2CO

Ainda que também se pode dar o processo contrário ao oxidarse o monóxido com oxigénio para voltar a dar dióxido de carbono:

2CO + Ou₂ → 2CO₂

O processo de oxidación de coque com oxigénio liberta energia e utiliza-se para aquecer (chegando-se até uns 1900 °C na parte inferior do forno).

Em primeiro lugar os óxidos de ferro podem reduzir-se, parcial ou totalmente, com o monóxido de carbono, CO; por exemplo:

Fé₃Ou₄ + CO → 3FEIO + CO₂

FEIO + CO → Fé + CO₂

Depois, conforme se baixa no forno e a temperatura aumenta, reagem com o coque (carbono em sua maior parte), reduzindo-se os óxidos. Por exemplo:

Fé₃Ou₄ + C → 3FEIO + CO

O carbonato de calcio (caliza) decompõe-se:

CaCO₃ → CaO + CO₂

E o dióxido de carbono é reduzido com o coque a monóxido de carbono como se viu dantes.

Mais abaixo produzem-se processos de carburación:

3Fé + 2CO → Fé₃C + CO₂

Finalmente produz-se a combustão e desulfuración (eliminação de azufre ) mediante a entrada de ar. E por último separam-se duas fracções: a escoria e o arrabio: ferro fundido, que é a matéria prima que depois se emprega na indústria.

O arrabio costuma conter bastantees impurezas não desejáveis, e é necessário submeter a um processo de afino em fornos chamados conversores.

Em 2000 os cinco maiores produtores de ferro eram Chinesa, Brasil, Austrália, Rússia e Índia, com o 70% da produção mundial.

Compostos

Veja-se também: Categoria:Compostos de ferro

Os estados de oxidación mais comuns são +2 e +3. Os óxidos de ferro mais conhecidos são o óxido de ferro (II),FEIO, o óxido de ferro (III), Fé₂Ou₃, e o óxido misto Fé₃Ou₄.

Forma assim mesmo numerosas sais e complexos nestes estados de oxidación. O hexacianoferrato (II) de ferro (III), usado em pinturas, denominou-se azul de Prusia ou azul de Turnbull; pensava-se que eram substâncias diferentes.

Conhecem-se compostos no estado de oxidación +4, +5 e +6, mas são pouco comuns, e no caso do +5, não está bem caracterizado. O ferrato de potasio, K₂FEIO₄, no que o ferro está em estado de oxidación +6, se emprega como oxidante. O estado de oxidación +4 encontra-se em uns poucos compostos e também em alguns processos enzimáticos.
A Fé₃C conhece-se como cementita, que contém um 6,67 % em carbono, ao ferro α se lhe conhece como ferrita, e à mistura de ferrita e cementita, perlita ou ledeburita dependendo do conteúdo em carbono. A austenita é uma solução sólida intersticial de carbono em ferro γ (Gama).

Metabolismo do ferro

Artigo principal: Metabolismo do ferro

Ainda que só existe em pequenas quantidades nos seres vivos, o ferro tem assumido um papel vital no crescimento e na sobrevivência dos mesmos e é necessário não só para conseguir uma adequada oxigenación tisular senão também para o metabolismo da maior parte das células.

Na actualidade com um incremento no oxigénio atmosférico o ferro encontra-se no médio ambiente quase exclusivamente em forma oxidada (ou ferrica Fé³⁺) e nesta forma é pouco utilizável.

Nos adultos sãos o ferro corporal total é de 3 a 4 gramas ou 35 mg/kg nas mulheres a 50 mg/kg nos homens. Encontra-se distribuído em duas formas:

70% como ferro funcional (2,8g):

Eritrocitos (65%).
Tisular: mioglobinas (4%).
Enzimas dependentes do ferro (hem e não hem): 1%

Estas são enzimas essenciais para a função das mitocondrias e que controlam a oxidación intracelular (citocromos, oxidasas do citrocromo, catalasas, peroxidasas).

Transferrina (0,1%), a qual se encontra normalmente saturada em 1/3 com ferro.

A maior atenção com relação a este tipo de ferro tem-se enfocado para o eritrón, já que seu estatus de ferro pode ser facilmente mensurável e constitui a principal fracção do ferro corporal.

30% como ferro de depósito (1 g):

Ferritina (2/3).
Hemosiderina (1/3).
Hemoglobina: Transporta o oxigénio às células.
Transferrina: Transporta o ferro através do plasma.
Ferritina: Principal forma de depósito do ferro nos tecidos.

Estudos recentes de disponibilidade do ferro dos alimentos têm demonstrado que o ferro do hem é bem absorvido, mas o ferro não hem se absorve em general muito pobremente e este último, é o ferro que predomina na dieta de grande quantidade de gente no mundo.^{[cita requerida]}

Hem: Como hemoglobina e mioglobina, presente principalmente na carne e derivados. Não hem.

A absorción do ferro hem não é afectada por nenhum factor; nem dietético, nem de secreción gastrointestinal. Absorve-se tal qual dentro do anel porfirínico. O ferro é libertado dentro das células da mucosa pela HEM oxigenasa, enzima que abunda nas células intestinales do duodeno.

As absorción do ferro não hem, pelo contrário se encontra afectada por uma grande contidad de factores dietéticos e de secreción gastrointestinal que analisar-se-ão posteriormente.

O ferro procedente da dieta, especialmente o não hem, é ferro férrico e deve ser convertido em ferro ferroso a nível gástrico dantes que ocorra seu absorción nesta forma (ferro ferroso) a nível duodenal principalmente.

Outros factores, independentes da dieta que podem influir na absorción do ferro são:

O tamanho do depósito de ferro que indica o estado de reserva de ferro de um indivíduo. Este é o principal mecanismo de controle. Encontra-se influenciado pelos depósitos de ferro e portanto, pelas necessidades corporales. Assim, reservas aumentadas de ferro diminuem sua absorción. Neste ponto o factor mais importante que influi na absorción do ferro é o conteúdo de ferro nas células da mucosa intestinal (ferritina local). É o chamado “Bloqueio mucoso de Granick”.

A eritropoyesis na medula óssea: que é um estado dinâmico de consumo ou não de ferro corporal. Assim, decae a absorción do ferro quando diminui a eritropoyesis.

A absorción do ferro em forma ferrosa tem lugar no duodeno e no yeyuno superior, e requer de um mecanismo activo que precisa energia. O ferro une-se a glucoproteínas de superfície (ou receptores específicos da mucosa intestinal para o ferro), situadas na borda em cepillo das células intestinales. Depois dirige-se ao reticulo endoplasmático rugoso e aos ribosomas livres (onde forma ferritina) e posteriormente aos copos da lâmina própria.

Como pode se deduzir, a absorción do ferro é regulada pela mucosa intestinal, o que impede que reservas excessivas de ferro se acumulem. A absorción do ferro depende também da quantidade desta proteína.

O ferro encontra-se em praticamente todos os seres vivos e cumpre numerosas e variadas funções.

Há diferentes proteínas que contêm o grupo hemo, que consiste no unindo porfirina com um átomo de ferro. Alguns exemplos:
- A hemoglobina e a mioglobina; a primeira transporta oxigénio, Ou₂, e a segunda, armazena-o.
- Os citocromos; os citocromos c catalizan a redução de oxigénio a água. Os citocromos P450 catalizan a oxidación de compostos hidrofóbicos, como fármacos ou drogas, para que possam ser excretados, e participam na síntese de diferentes moléculas.
- As peroxidasas e catalasas catalizan a oxidación de peróxidos, H₂Ou₂, que são tóxicos.

Exemplo de centro de uma proteína de Fé/S (ferredoxina)

As proteínas de ferro/azufre (Fé/S) participam em processos de transferência de elétrons.
Também se pode encontrar proteínas em onde átomos de ferro se enlaçam entre si através de enlaces ponte de oxigénio. Denominam-se proteínas Fé-Ou-Fé. Alguns exemplos:
- As bactérias metanotróficas, que empregam o metano, CH₄, como fonte de energia e de carbono, usam proteínas deste tipo, telefonemas monooxigenasas, para catalizar a oxidación deste metano.
- A hemeritrina transporta oxigénio em alguns organismos marinhos.
- Algumas ribonucleótido reductasas contêm ferro. Catalizan a formação de desoxinucleótidos .

Os animais para transportar o ferro dentro do corpo empregam umas proteínas chamadas transferrinas. Para armazená-lo, empregam a ferritina e a hemosiderina. O ferro entra no organismo ao ser absorvido no intestino delgado e é transportado ou armazenado por essas proteínas. A maior parte do ferro reutiliza-se e muito pouco se excreta.

Tanto o excesso como o defeito de ferro, podem provocar problemas no organismo. O envenamiento por ferro ocorre devido à ingesta exagerada de esteja (como suplemento no tratamento de anemias ).

A hemocromatosis corresponde a uma doença de origem genético, na qual ocorre uma excessiva absorción do ferro, o qual se deposita no hígado, causando disfunción deste e eventualmente chegando à cirrosis hepática. Nas transfusiones de sangue, empregam-se ligandos que formam com o ferro complexos de uma alta estabilidade para evitar que fique demasiado ferro livre.

Estes ligandos conhecem-se como sideróforos. Muitos microorganismos empregam estes sideróforos para captar o ferro que precisam. Também se podem empregar como antibióticos, pois não deixam ferro livre disponível.

Isótopos

O ferro tem quatro isótopos estáveis naturais: ⁵⁴Fé, ⁵⁶Fé, ⁵⁷Fé e ⁵⁸Fé. As abundâncias relativas nas que se encontram na natureza são de aproximadamente: ⁵⁴Fé (5,8%), ⁵⁶Fé (91,7%), ⁵⁷Fé (2,2%) e ⁵⁸Fé (0,3%).

Precauções

O ferro em excesso é tóxico. O ferro reage com peróxido e produz radicais livres; a reacção mais importante é:

Fé²⁺ + H₂Ou₂ → Fé³⁺ + OH^- + OH^•

Quando o ferro se encontra dentro de uns níveis normais, os mecanismos antioxidantes do organismo podem controlar este processo.

A dose letal de ferro em um menino de 2 anos é de 3 g. 1 g pode provocar um envenenamiento importante. O ferro em excesso acumula-se no hígado e provoca danos neste órgão.

Veja-se também

Absorción intestinal de ferro

Referências

↑ ^a b Joan Corominas: Breve dicionário Etimológico da língua castelhana. 3º edição, 1987. Ed. Gredos, Madri.

Enlaces externos

Wikimedia Commons alberga conteúdo multimédia sobre Ferro.Commons

Wikcionario

pnb:لوآ

Obtido de http://ks312095.kimsufi.com../../../../articles/a/t/e/Ate%C3%ADsmo.html"

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