Taula

Generalitats

Propietats

Isòtops

Reactivitat

Obtenció, Usos i Toxicitat

 

Català

Español

English

Français

Símbol:

Fe

Nombre atòmic: 26

Ferro

Hierro

Iron

Fer

Grup: 8

Període: 4

Família: metalls de transició

Configuració electrònica: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p63d6 4s2

 

 

 

 

Generalitats

Descobridor/s: és un element conegut des de la prehistòria, per tant, no se sap qui el va descobrir.

Nacionalitat: a tot el món

Any: és conegut de de la prehistòria però es pensa que es coneix més o menys des de l’any 4000 a.C.

Origen del nom: Possiblement la paraula ferro derivi de paraules anteriors amb el significat de “metall sagrat” perquè s’utilitzava per a fer les espases que s’usaven en les Croades.

El símbol Fe, prové de la paraula llatina “ferrum”

Una mica d’història: Encara que el ferro no es troba habitualment lliure en la Naturalesa (només en alguns petits jaciments a Groenlàndia i en els meteorits), és un dels metalls que es coneix des de la prehistòria, en la qual s'usava per a fabricar armes i utensilis decoratius a causa de la gran abundància dels minerals que el contenen i a la facilitat amb què aquests poden reduir-se amb carbó. Les mostres més antigues que es coneixen, són un grup de comptes de ferro oxidat que van ser trobades a Egipte, que daten aproximadament de l'any 4000 A. de C. Es coneix amb el nom d'edat del ferro al període en el qual es van començar a utilitzar utensilis i armes d'aquest metall. Aquest període va començar a Àsia Menor sobre el segle XIV a. de C. i a Europa, en la regió del Danubi, aproximadament en el segle X a. de C. Els començaments del processament modern del ferro poden situar-se a Europa central a mitjan segle XIV.

Estat natural: Es troba en els meteorits, coneguts com siderites, generalment aliat amb el níquel. El mineral principal de ferro és la hematites, òxid de ferro Fe2O3, que es troba en mines als Estats Units en Minnesota, Michigan, i Wisconsin. Altres minerals importants són magnetita, siderita i limonita. La pirita, sulfur de ferro, no es processa com mineral de ferro perquè és massa difícil treure el sofre.

El nucli de la Terra es compon en gran part de ferro.

Estructura cristal·lina:

 

 Cúbica centrada a les cares

 

a = b = c

Tots els angles rectes

Abundància a l’ésser humà: 6·104 ppb (parts per bilió) en pes.

Abundància a la Terra: Ocupa el 4t lloc en la classificació dels elements més abundants en l’escorça terrestre.

Abundància al Sistema Solar: 11·105 ppb (parts per bilió) en pes.

 

 

 

 

 

 

 

Propietats

Físiques

Massa atòmica (u)

Densitat (kg/m3)

Duresa (escala de Mohs)

Volum atòmic (cm3/mol)

55,845

7874

4,5

7,1

Tèrmiques

Estat d’agregació

a 298 K

Punt de fusió (K)

Punt d’ebullició (K)

 

Sòlid

1808

3023

 

Radis

Radi atòmic (Å)

Radi iònic (Å)

Radi covalent (Å)

 

1,26

 0,76 (Fe+2 ) 
 0,64 (Fe+3)

1,17

 

Ionització

Afinitat electrònica (KJ/mol)

1a energia ionització (KJ/mol)

2a energia ionització (KJ/mol)

3a energia ionització (KJ/mol)

Estats d’oxidació

15,7

759,3

1561,1

2957,3

-2, -1, +1, +2, +3, +4, +5, +6

Elèctriques

Conductivitat elèctrica (mOhm.cm)-1

Electròniques

Electronegativitat (Pauling)

Polaritzabilitat (Å3)

 

103,0

1,83

8,4

 

Termodinàmiques

Calor d’atomització (KJ/mol d’àtoms)

Calor de fusió (KJ/mol)

Calor de vaporització (KJ/mol)

Calor específica

(J/kg K)

Conductivitat tèrmica (J/m s ºC)

418,0

14,9

351,0

459,80

72,80

Altres

Potencial normal de reducció (v)

Caràcter metàl·lic

Precaucions:  Les pólvores del metall són un perill de foc.

Tots els compostos de ferro s’haurien de veure com tòxics. La carència de ferro provoca anèmia, però el ferro sobrant al cos provoca danys al fetge i ronyó.

Es sospita que alguns compostos de ferro són carcinògens.

-0,04 V

Fe3+/ Fe

(solució àcida)

Metall

Característiques:

 

El ferro pur és un metall gris platejat, bon conductor de l'electricitat, tou, dúctil i maleable a temperatura ordinària, que es torna plàstic per sobre dels 790ºC. El ferro es magnetitza fàcilment a temperatura ordinària; és difícil de magnetizar en calent i sobre els 790ºC la propietat magnètica desapareix.

El metall existeix en tres formes diferents: ordinari, o α-ferro (ferro alfa) d'estructura cúbica centrada en el cos, γ-ferro (ferro-gamma) d'estructura cúbica centrada en les cares i d-ferro (ferro-delta) d'estructura similar a la forma alfa i de propietats també semblants. La transició des de α-ferro a γ-ferro es produeix al voltant dels 910ºC, i la transició des de γ-ferro a δ-ferro es produeix al voltant dels 1.400ºC. Les propietats físiques diferents de totes les formes alotrópiques i el seu diferent comportament per a addicionar el carboni juguen un important paper en la formació, l'enduriment i temperant d'acer.

Els compostos de ferro són essencials per a la vida, per exemple hi ha un àtom de ferro en l’hemoglobina, responsable del transport de la sang pel corrent sanguini.  

 

 

 

 

 

 

 

Isòtops

Isòtop

Protons

Neutrons

Símbol

Vida mitjana

Abundància(%)

Altres

Ferro-52

26

26

52Fe

8,28 hores

0,00

Radioactiu

Ferro-53

26

27

53Fe

8,51 minuts

0,00

Radioactiu

Ferro-54

26

28

54Fe

Estable

5,845

 

Ferro-55

26

29

55Fe

2,73 anys

0,00

Radioactiu

Ferro-56

26

30

56Fe

Estable

91,754

 

Ferro-57

26

31

57Fe

Estable

2,119

 

Ferro-58

26

32

58Fe

Estable

0,282

 

Ferro-59

26

33

59Fe

45,51 dies

0,00

Radioactiu

Ferro-60

26

34

60Fe

1,5·106 anys

0,00

Radioactiu

Ferro-61

26

35

61Fe

6 minuts

0,00

Radioactiu

Ferro-62

26

36

62Fe

68 segons

0,00

Radioactiu

 

 

 

 

 

 

 

Reactivitat

Descripció

És un metall actiu. Es combina amb els halògens en excés, sofre, fòsfor, carboni i silici. Amb els halògens forma halurs de ferro (III):  2Fe (s) + 3F2 (g) à 2FeF3 (s) de color blanc

                                    2Fe (s) + 3Cl2 (g) à 2FeCl3 (s) de color marró fosc

                                    2Fe (s) + 3Br2 (l) à 2FeBr3 (s) de color marró vermellós

La mateixa reacció amb iode no té lloc per problemes termodinàmics; el ferro és massa oxidant i el iode massa reductor. La reacció directe entre el ferro i el iode dóna FeI2:   Fe (s) + I2 (s) à FeI2 (s) de color verd

Desplaça a l’hidrogen de la majoria dels àcids diluïts.  

Crema en l'oxigen per formar òxid ferrosofèrric, Fe3O4. Exposat a l’aire humit, s’oxida lentament formant un òxid fèrric hidratat de color marro vermellós i textura porosa, usualment conegut com rovell. La formació del rovell és un fenomen electroquímic en el que les impureses presents en el ferro formen un parell elèctric amb el ferro metall. L’aigua procedent de l’atmosfera proporciona una solució electrolítica i s’estableix un petit corrent. En aquest procés el ferro metall es descompon i reacciona amb l’oxigen de l’aire per a formar rovell. La reacció és més ràpida en llocs on s’acumula el rovell i també s’afavoreix per la presència d’aigua i electrolits com la sal.

Es dissol en els àcids diluïts, es dissol en àcid sulfúric diluït, en absència d’oxigen, per a formar solucions que contenen el ió aquós Fe (III) juntament amb hidrogen gas. A la pràctica el Fe (III) es present com a complex (Fe(OH2)6)2+: Fe (s) + H2SO4 (aq) à Fe2+ (aq) + SO42- (aq) + H2 (g). Si hi ha oxigen, part del ferro (II) s’oxida a ferro (III).

Però quan es submergeix en àcid nítric concentrat, forma una capa d’òxid que el fa passiu, és a dir, no reacciona químicament amb àcids ni altres substàncies. La capa protectora d’òxid es trenca fàcilment i llavors torna a ser actiu.

El ferro es combina driectament amb la majoria dels no metalls.

Escalfant al roig blanc, crema en l’oxigen formant Fe3O4 i Fe2O3 i descompon el vapor d’aigua alliberant hidrogen:

4Fe (s) + 3O2 (g) à 2Fe2O3 (s)                 3Fe (s) + 2O2 (g) à Fe3O4 (s)

Amb aire

Suau; à Fe3O4                 3Fe (s) + 2O2 (g) à Fe3O4 (s)

Amb H2O

No reacciona

Amb HCL  6M

  Suau; à    H2 ; FeCl2

Amb HNO3 15M

Es torna passiu

 

 

 

 

 

 

 

Obtenció

Gairebé tot el ferro produït comercialment s’utilitza a la indústria siderúrgica i es fa utilitzant un alt forn.

La metal·lúrgia del ferro ha passat per moltes fases al llarg de la seva llarga història. Avui tenen molta importància els processos de producció dels acers que són aliatges de ferro amb quantitats variables de molts tipus d'elements. En el tractament primari, els minerals es calcinen per a eliminar la humitat, oxidar els sulfurs i descompondre els carbonats utilitzant generalment carbó de coc com reductor i amb l'addició prèvia d'argiles per a eliminar les impureses àcides: 2Fe2O3 + 3C à 4Fe + 3CO2.  L'òxid de ferro es redueix en un forn de insuflació d'aire (anomenat alt forn). D'aquest procés s'obté una massa metàl·lica fosa anomenada arrabi que conté entre el 2,5 i el 5% de carboni, altre punt de silici i altres impureses com sofre, fòsfor i manganès . El ferro dolç o forjat, amb un 0,2% de carboni , s'obté per tractament del arrabio per a eliminar impureses en un procés conegut com pudelatje. L'acer conté una proporció de carboni intermèdia entre la de l’arrabi i la del ferro forjat; sol dur una petita proporció de manganès i de molts altres elements depenent de les propietats que es vulguin aconseguir.

Aquest procés és un dels processos industrials més significatius en la història i els orígens del procés modern estan localitzats a una ciutat petita anomenada Coalbrookdale a Shropshire (Anglaterra) al voltant de l’any 1773.

Quantitats petites de ferro es poden obtenir durant la purificació del ferro cru amb monòxid de carboni. L’intermediari en aquest procés és el Fe(CO)5 que es descompon escalfant-lo a 250ºC per a formar pólvores de ferro pures:  Fe + CO à Fe(CO)5 (250ºC) à Fe + 5CO

Altres mètodes per obtenir quantitats petites de ferro inclouen la reducció de l’òxid de ferro, Fe2O3, amb hidrogen, H2.

Usos

El ferro pur té un ús limitat. La majoria del ferro s'usa en formes processades com ferro forjat i acer.

El ferro comercial conté quantitats petites de carboni i altres impureses que alteren les seves propietats físiques, que són millorades apreciablement per l'addició de carboni i altres elements “aleantes”.

El ferro comercialment pur s'usa per a la producció de làmines de metall galvanitzat i de electroimants.

Alguns compostos de ferro són emprats per a propòsits medicinals en el tractament de l'anèmia, quan la quantitat d’hemoglobina o el nombre dels glòbuls vermells de la sang disminueix.

El ferro s'usa també en la preparació de tònics.

Forma composts ferrosos en els quals actua amb nombre d’oxidació +2 i fèrrics en els quals té nombre d’oxidació +3. Els compostos ferrosos s’oxiden fàcilment a fèrrics. El més important compost ferrós és el sulfat ferrós (FeSO4), anomenat vitriol verd; normalment es presenta en cristalls de color verd pàl·lid hidratats amb set molècules d'aigua i s'usa com un “mordiente” en el tenyit, com medicina en tònics i en la fabricació de tinta i pigments.

L'òxid fèrric, una pols vermella amorfa, s'obté per tractament de sals fèrriques amb una base o per oxidació de la pirita. S'usa com pigment, conegut com vermell ferro o vermell Venecià; com un abrasiu per a polir i com mitjà magnetizable sobre discos i cintes magnètiques.

El clorur fèrric, cristalls brillants de color verd fosc, s'obté escalfant ferro en clor, s'usa en la medicina com una solució alcohòlica anomenada tintura de ferro.

Els ions ferrós i fèrric es combinen amb el cianur per a formar compostos complexos de cianur. El ferrocianur fèrric (Fe4 [Fe (CN)6]3), blau fosc, sòlid amorf format per la reacció de ferrocianur de potasi amb una sal fèrrica, es diu blau de Prusia. S'usa com pigment en la pintura i en bugaderia per a corregir el matís groguenc que deixen les sals ferroses en l'aigua. El ferrocianur de potasi (K3Fe(CN)6), s'obté a partir del ferrocianur ferrós (Fe3 [Fe(CN)6]2) i s'usa a processar paper de còpia.

El ferro també experimenta reaccions fisicoquímiques amb el carboni que són essencials en la formació d'acer.

Toxicitat

Essencial per a l’home.