Características de ferro (elemento), estrutura química, usa

Ele ferro É um metal de transição que pertence ao Grupo 8 ou VIIIB da tabela periódica e é representado com o símbolo químico Fe. É um metal acinzentado, dúctil, maleável e de grande tenacidade, usado em inúmeras aplicações muito úteis para o homem e a sociedade.

Constitui 5% da crosta terrestre e também é o segundo metal mais abundante após o alumínio. Além disso, sua abundância é superada por oxigênio e silício. No entanto, com relação ao núcleo da Terra, 35% dele são compostos de ferro metálico e líquido.

Alchemist-HP (Talk) (www.PSE-Mendelejew.de) [FAL ou GFDL 1.2 (http: // www.gnu.Org/licenças/licendas antigas/fdl-1.2.html)]

Fora do núcleo terrestre, o ferro não é metal, pois é rapidamente oxidado quando exposto ao ar úmido. Está localizado em rochas basálticas, sedimentos carboníferos e meteoritos; Geralmente em liga com níquel, como no mineral de Kamacita.

Os principais minerais de ferro usados ​​para a exploração de mineração são os seguintes: hematita (óxido férrico, fé₂QUALQUER₃), Magnetita (óxido ferrosoférrico, fé₃QUALQUER₄), Limonita (hidróxido de óxido ferroso hidratado, [Ugly (OH) · NH₂O]) e o siderita (carbonato de ferro, FECO₃).

Em média, o homem tem um conteúdo de ferro de 4,5 g, dos quais 65 % estão na forma de hemoglobina. Esta proteína intervém no transporte de oxigênio no sangue e em sua distribuição para os diferentes tecidos, para a coleta subsequente de mioglobina e neuroglobina.

Apesar dos numerosos benefícios do ferro para o ser humano, o excesso de metal pode ter ações tóxicas muito graves, especialmente no fígado, no sistema cardiovascular e no pâncreas; É o caso da doença hereditária do hematocromatismo.

O ferro é sinônimo de construção, força e guerras. Por outro lado, após sua abundância, é sempre uma alternativa a considerar quando se trata do desenvolvimento de novos materiais, catalisadores, drogas ou polímeros; E apesar da cor vermelha de seus enferrujos, é um metal ecológico.

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História

Antiguidade

O ferro foi processado por milênios. No entanto, é difícil encontrar objetos de ferro de tais idades antigas devido à sua suscetibilidade ao corrozim, o que causa sua destruição. Os objetos de ferro mais antigos foram feitos com o encontrado dentro dos meteoritos.

Esse é um tipo de relatos elaborados em 3500 para.c., Encontrado em Gerzah, Egito e uma adaga encontrada na tumba de Tutankhamun. Os meteoritos de ferro são caracterizados por um alto teor de níquel, por isso foi possível identificar sua origem nesses objetos.

Evidências de ferro fundido em Asmar, Mesopotâmia e Bazaar Chagar Tail, na Síria, também foram encontrados entre 3000 e 2700 e 2700 e.c. Embora a fundição de ferro tenha começado na Idade do Bronze, levou séculos em que poderia se mover para o bronze.

Além disso, foram encontrados artefatos de ferro fundido na Índia, de 1800 a 1200 para.c. E em Levante, cerca de 1500 para.c. Pensa -se que a Idade do Ferro começou no ano 1000 para.c., Reduzindo o custo de sua produção.

Aparece na China entre 700 e 500 para.c., Provavelmente transportado pela Ásia Central. Os primeiros objetos de ferro foram encontrados em Luhe Jiangsu, China.

Europa

O ferro forjado foi produzido na Europa usando chamadas de gala. Para o processo, o uso de carvão foi necessário como combustível.

Os altos fornos medievais tinham 3,0 m de altura, foram feitos de tijolos de igniped e o ar foi fornecido por fole manual. Em 1709, Abraham Darby estabeleceu um forno de coque curto para produzir ferro fundido, substituindo o carvão vegetal.

A disponibilidade de ferro barato foi um dos fatores que levaram à revolução industrial. Nesse período, começou o refinamento do ferro com serrome de ferro, que foi usado para construir pontes, navios, depósitos, etc.

Aço

O aço usa uma concentração de carbono maior que o ferro forjado. O aço ocorreu no Luristão, Pérsia, no ano 1000 para.c. Na revolução industrial, novos métodos foram criados para produzir barras de ferro sem carvão, que foram usadas para produzir aço.

No final da década de 1850, Henry Bessemer projetado para soprar o ar até o arabio fundido para produzir aço doce, o que tornou a produção do aço mais econômico. Isso resultou em uma diminuição na produção de ferro forjado.

Propriedades

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Aparência

Brilho metálico com um corante acinzentado.

Peso atômico

55.845 u.

Número atômico (Z)

26

Ponto de fusão

1.533 ºC

Ponto de ebulição

2.862 ºC

Densidade

-Temperatura ambiente: 7.874 g/ml.

-Ponto de fusão (líquido): 6.980 g/ml.

Calor de fusão

13,81 KJ/mol

Calor de vaporização

340 kJ/mol

Pode servir você: Hipoclorito de potássio (KCLO)

Capacidade calórica molar

25.10 J/(mol · k)

Energia de ionização

-Primeiro nível de ionização: 762,5 kJ/mol (fé⁺ gasoso)

-Segundo nível de ionização: 1.561,9 KJ/mol (fé²⁺ gasoso)

-Ionização de terceiro nível: 2.957, KJ/mol (fé³⁺ gasoso)

Eletro-negatividade

1.83 na escala Pauling

Rádio atômico

Empírico 126 pm

Condutividade térmica

80,4 W/(M · K)

Resistividade elétrica

96,1 ω · m (a 20 ºC)

Curie Point

770 ° C, aproximadamente. Nesta temperatura, o ferro deixa de ser ferromagnético.

Isótopos

Isótopos estáveis: ⁵⁴Fé, com uma abundância de 5,85%; ⁵⁶Fé, com uma abundância de 91,75%; ⁵⁷Fé, com uma abundância de 2,12%; e ⁵⁷Fé, com uma abundância de 0,28%. Sendo o ⁵⁶Fé O isótopo mais estável e abundante não se surpreende que o peso atômico do ferro esteja muito perto de 56 u.

Enquanto os isótopos radioativos são: ⁵⁵Fé, ⁵⁹Fé e ⁶⁰Fé.

Estrutura e configuração eletrônica

-Aastoopes

O ferro à temperatura ambiente cristaliza na estrutura cúbica focada no corpo (BCC), que também é conhecido como α-Fe ou Ferrite (dentro do jargão metalúrgico). Como você pode adotar diferentes estruturas cristalinas, dependendo da temperatura e pressão, diz -se que o ferro é um metal alotrópico.

O Alotrope BCC é de ferro comum (ferromagnético), que as pessoas conhecem muito e são atraídas por ímãs. Quando é aquecido acima de 771 ºC, torna-se paramagnético e, embora seu cristal seja apenas dilata, eles consideraram essa "nova fase" como β-FE. Os outros alotopes de ferro também são paramagnéticos.

Entre 910 ºC e 1394 ºC, o ferro é como o austenita ou γ-Fe Alotrópico, cuja estrutura é cúbica centrada em faces, FCC. A conversão entre Austenita e Ferita tem um impacto importante na fabricação de aço; Desde então, os átomos de carbono são mais solúveis na austenita do que na ferrita.

E então, acima de 1394 ºC ao seu ponto de fusão (1538 ºC), o ferro re-adapta a estrutura BCC, Δ-Fe; Mas, diferentemente da ferrita, este almotrópico é paramagnético.

Ferro Opsilon

Ao aumentar a pressão para 10 GPa, a uma temperatura de algumas centenas de graus Celsius, a α ou a ferrita evolui para a alotope ε, epsilon, caracterizada por cristalizando em uma estrutura hexagonal compacta; isto é, com os átomos de fé mais compactos. Esta é a quarta forma de ferro alotrópica.

Alguns estudos teorizam sobre a possível existência de outros ferros de ferro sob tais pressões, mas a temperaturas ainda mais altas.

-Link de metal

Independentemente do Alotropo de Ferro e da temperatura que "agita" seus átomos de fé, ou a pressão que os compacta, eles interagem entre si com os mesmos elétrons de Valência; São aqueles que são mostrados em sua configuração eletrônica:

[AR] 3D⁶ 4s²

Portanto, existem oito elétrons que participam da ligação metálica, se ela enfraquece ou se fortalece durante as transições alotrópicas. São também esses oito elétrons que definem propriedades de ferro, como sua condutividade térmica ou elétrica.

-Números de oxidação

Os números de oxidação mais importantes (e comum) de ferro são +2 (fé²⁺) e o +3 (fé³⁺). De fato, a nomenclatura convencional considera apenas esses dois números ou estados. No entanto, existem compostos em que o ferro pode ganhar ou perder outra quantidade de elétrons; isto é, a existência de outros cátions é assumida.

Por exemplo, o ferro também pode ter +1 números de oxidação (fé⁺), +4 (fé⁴⁺), +5 (fé⁵⁺), +6 (fé⁶⁺) e +7 (fé⁷⁺). A espécie ferrato aniônica, feia₄^2-, Possui ferro com um número de oxidação de +6, uma vez que os quatro átomos de oxigênio o oxidam a um extremo.

Da mesma forma, o ferro pode ter números de oxidação negativa; como: -4 (fé^4-), -2 (fé^2-) e -1 (fé^-). No entanto, compostos que possuem centros de ferro com esses ganhos de elétrons são muito raros. É por isso que, embora exceda o manganês nesse aspecto, esta última forma compostos muito mais estáveis ​​com sua gama de estados de oxidação.

O resultado, para fins práticos, basta considerar a fé²⁺ ou fé³⁺; Os outros cátions são reservados para alguns íons ou compostos específicos.

Como é obtido?

Ornamentos de aço, a liga de ferro mais importante. Fonte: pxhere.

Coleção de matéria -prima

Ele deve prosseguir para a localização dos minerais mais apropriados para a exploração mineral de ferro. Os minerais mais utilizados para obter são os seguintes: Hematita (fé₂QUALQUER₃), Magnetita (fé₃QUALQUER₄) Limonita (feia · oh · nh₂O) e siderite (FECO₃).

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Então, o primeiro passo na extração é coletar as rochas com orrenas de minério de ferro. Essas pedras são esmagadas para fragmentá -las em pedaços de tamanhos pequenos. Posteriormente, há uma fase de seleção dos fragmentos das rochas com mineral de ferro.

Na seleção, duas estratégias são seguidas: uso de um campo magnético e sedimentação na água. Fragmentos de rocha são submetidos a um campo magnético e fragmentos com minerais são orientados nele, podendo ser separados.

No segundo método, os fragmentos rochosos são descarregados na água e aqueles que contêm ferro porque são mais pesados ​​são sedimados no fundo da água, estando no topo disso a pechincha porque é de menor peso.

Forno alto

Forno alto onde o aço é produzido. Fonte: Pixabay.

Os minerais de ferro são transportados para os fornos altos, onde são derramados juntamente com carvão de coca -cola que possui o papel de combustível e o fornecedor de carbono. Além disso, é adicionado calcário ou calcário, que atende à função do fundador.

Para o forno curto, com a mistura anterior, o ar quente é injetado a uma temperatura de 1.000 ºC. O ferro derrete pela combustão de carvão que carrega a temperatura para 1.800 ºC. Uma vez que o líquido é chamado de Arrabio, que se acumula no fundo do forno.

O Arrabio é extraído do forno e derramado em recipientes a serem transportados para uma nova fundição; Enquanto a escória, a impureza localizada na superfície do Arrabio é descartada.

O Arrabio é derramado pelo uso de colheres de peças fundidas em um forno conversor, juntamente com a pedra calcária como um derretimento, e o oxigênio é introduzido em alta temperatura. Assim, o teor de carbono é reduzido, refinando o Arrabio para transformá -lo em aço.

Posteriormente, o aço é passado por fornos elétricos para a produção de aços especiais.

Formulários

-Ferro metálico

Iron Bridge na Inglaterra, uma das construções de soja feitas com ferro ou suas ligas. Fonte: nenhum autor legível por máquina fornecido. Jasonjsmith assumiu (com base em reivindicações de direitos autorais). [Domínio público]

Por ser um metal de baixa produção, maleável, dúctil e transformado em resistente à corrosão, foi alcançado que é o metal mais útil para o homem, em suas diferentes formas: forjado, derretido e aço de diferentes tipos.

O ferro é usado para a construção de:

-Pontes

-Bases para edifícios

-Portas e janelas

-Barcos

-Diferentes ferramentas

-Tubos para água potável

-Tubos para coleta de águas residuais

-Móveis de jardins

-Notas para segurança domiciliar

Também é usado na elaboração de utensílios domésticos, como panelas, panelas, facas, suportes. Além disso, é usado na fabricação de geladeiras, cozinhas, máquinas de lavar, lava -louças, liquidificadores, fornos, torradeiras.

Em resumo, o ferro está presente em todos os objetos em torno do homem.

Nanopartículas

O ferro metálico também se prepara como nanopartículas, que são muito reativas e mantêm as propriedades magnéticas do sólido macroscópico.

Essas esferas de fé (e suas múltiplas morfologias adicionais) são usadas para purificar a água dos compostos organoclorados e, como apoio a medicamentos para selecionar regiões do corpo aplicando um campo magnético.

Eles também podem servir como suportes catalíticos em reações onde as ligações de carbono são quebradas, C-C.

-Compostos de ferro

Óxidos

Óxido ferroso e feio é usado como um pigmento para cristais. Óxido férrico, fé₂QUALQUER₃, É a base para uma série de pigmentos que variam de amarelo a vermelho, conhecido como veneziano vermelho. A forma vermelha, chamada Rouge, é usada para polir metais e diamantes preciosos.

Óxido ferrosoférrico, fé₃QUALQUER₄, É usado em ferritas, substâncias com alta acessibilidade magnética e resistividade elétrica, utilizável em certas memórias de computador e no revestimento de fita magnética. Também tem sido usado como agente de pigmento e polimento.

Sulfatos

Sulfato ferroso de hepta -hidrato, Feso₄· 7h₂Ou é a forma mais comum de sulfato ferroso, conhecido como vitríolo verde ou cobre. É usado como agente redutor e na fabricação de tintas, fertilizantes e pesticidas. Ele também encontra uso em galvanoplastia de ferro.

Sulfato férrico, fé₂(SW₄)₃, É usado para obter alumínio de ferro e outros compostos férrios. Serve como coagulante na purificação das águas residuais e como um mordente no corante têxtil.

Cloretos

Cloreto ferroso, FECL₂, É usado como um agente mordente e redutor. Enquanto isso, cloreto férrico, FECL₃, É usado como um agente de cloração de metal (prata e cobre) e alguns compostos orgânicos.

O tratamento da fé³⁺ Com o íon hexocianoferrato [Fe (CN)₆]^-4 produz um precipitado azul, chamado Prussia Blue, usado em pinturas e lacas.

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Comida de ferro

As amêijoas são uma fonte de alimento rica em ferro. Fonte: pxhere.

Em geral, recomenda -se uma ingestão de 18 mg/dia de ferro. Entre os alimentos que o fornecem na dieta diária estão os seguintes:

Os frutos do mar contribuem com o ferro na hemina, portanto não há inibição na absorção intestinal do mesmo. O molusco contribui até 28 mg de ferro por 100 g; Portanto, essa quantidade de molusco seria suficiente para fornecer o requisito diário de ferro.

O espinafre contém 3,6 mg de ferro por 100 g. Carne de órgão Vaccinos, por exemplo, o fígado de vitela, contém 6,5 mg de ferro por 100 g. É provável que a contribuição do pudim preto seja um pouco maior. O pudim preto consiste em partes do intestino delgado, cheio de sangue de carne bovina.

Leguminosas, como a lentilha, contêm 6,6 mg de ferro por 198 g. Carne vermelha contém 2,7 mg de ferro por 100 g. As sementes de abóbora contêm 4,2 mg por 28 g. A quinoa contém 2,8 mg de ferro por 185 g. A carne de peru escura contém 2,3 mg por 100 g. O brócolis contém 2,3 mg por 156 mg.

O tofu contém 3,6 mg por 126 g.  Enquanto isso, o chocolate preto contém 3,3 mg por 28 g.

Artigo biológico

As funções que o ferro toca, especialmente em seres vivos de vertebrados, são inumeráveis. Estima -se que mais de 300 enzimas requerem ferro para sua operação. Entre as enzimas e proteínas que a usam estão as seguintes:

-Proteínas que têm o grupo Hemo e não têm atividade enzimática: hemoglobina, mioglobina e neuroglobina.

-Enzimas com o grupo Hemo envolvido no transporte de elétrons: citocromos A, B e F e citocromo oxidases e/ou atividade da oxidase; Oxidase sulfito, citocromo p450 oxidase, mieloperoxidase, peroxidase, catalase, etc.

-Proteínas que contêm o açúcar de ferro, relacionadas a atividades oxiredutoras, envolvidas na produção de energia: succinato desidrogenase, isocitrato desidrogenase e aconitase, ou enzimas envolvidas com a replicação e reparo do DNA: DNA-polimerasa e DNA-heliclasas.

-As enzimas não são herdeiras de que usam ferro como cofator para sua atividade catalítica: fenilalanina hidrolase, hidrolase tirosina, hidrolase triptofano e hidrolase mentindo.

-Nenhuma proteína Hemo responsável pelo transporte e armazenamento de ferro: ferritina, transferrina, haptoglobina, etc.

Riscos

Toxicidade

Os riscos de exposição ao excesso de ferro podem ser agudos ou crônicos. Uma causa de envenenamento agudo de ferro pode ser a ingestão excessiva de comprimidos de ferro, na forma de gluconato, fumarato, etc.

O ferro pode causar uma irritação da mucosa intestinal, cujo desconforto se manifesta imediatamente após a ingestão e desaparece de 6 a 12 horas. O ferro absorvido é depositado em diferentes órgãos. Esta acumulação pode causar alterações metabólicas.

Se a quantidade de ferro ingerida for tóxica, pode causar perfuração intestinal com peritonite.

No sistema cardiovascular produz hipovolemia que pode ser causada por hemorragia gastrointestinal e liberação de ferro de substâncias vasoativas, como serotonina e histamina. Em última análise, pode ocorrer, necrose hepática maciça e insuficiência hepática.

Hemocromatismo

O hemocromatismo é uma doença hereditária que tem uma alteração no mecanismo de regulação do ferro do corpo, que se manifesta em um aumento na concentração sanguínea de ferro e seu acúmulo em diferentes órgãos; entre eles o fígado, o coração e o pâncreas.

Os sintomas iniciais da doença são os seguintes: dor nas articulações, dor abdominal, fadiga e fraqueza. Com os seguintes sintomas e sinais subsequentes da doença: diabetes, perda de desejo sexual, impotência, insuficiência cardíaca e insuficiência hepática.

Hososiderose

A hermosersiderose é caracterizada, como indicado por seu nome, pelo acúmulo de Hososiderina em tecidos. Isso não causa danos nos tecidos, mas pode evoluir para danos semelhantes aos observados no hemocromatismo.

A loserose pode ser produzida pelas seguintes causas: aumento da absorção de ferro dieta, anemia hemolítica que libera ferro de eritrócitos e transfusões de sangue excessivas.

Hermosirose e hemocromatismo podem ser devidos ao funcionamento inadequado do hormônio da hepcidina, hormônio secretado pelo fígado que intervém na regulação do ferro do corpo.

Referências

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