|
|
|
|
|
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 ) |
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.
|
|
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. |
|
|
Essencial per a l’home. |