L’elemento chimico ferro è classificato come un metallo di transizione. È conosciuto fin dall’antichità. Il suo scopritore e la data di scoperta sono sconosciuti.
Data Zone
| Classificazione: | Il ferro è un metallo di transizione |
| Colore: | grigio-argento |
| Peso atomico: | 55.847 |
| Stato: | solido |
| Punto di fusione: | 1535.1 oC, 1808.2 K |
| Punto di ebollizione: | 2750 oC, 3023 K |
| Elettroni: | 26 |
| Protoni: | 26 |
| Neutroni nell’isotopo più abbondante: | 30 |
| Gusci di elettroni: | 2,8,14,2 |
| Configurazione degli elettroni: | 3d6 4s2 |
| Densità @ 20oC: | 7.87 g/cm3 |
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| Volume atomico: | 7,1 cm3/mol |
| Struttura: | bcc: cubico centrato sul corpo |
| Durezza: | 4,0 mohs |
| Capacità termica specifica | 0,44 J g-1 K-1 |
| Calore di fusione | 13.80 kJ mol-1 |
| Calore di atomizzazione | 415 kJ mol-1 |
| Calore di vaporizzazione | 349.60 kJ mol-1 |
| 1a energia di ionizzazione | 759,3 kJ mol-1 |
| 2a energia di ionizzazione | 1561.1 kJ mol-1 |
| 3a energia di ionizzazione | 2957,3 kJ mol-1 |
| Affinità degli elettroni | 15.7 kJ mol-1 |
| Numero minimo di ossidazione | -2 |
| Min. numero di ossidazione comune | 0 |
| Numero massimo di ossidazione | 6 |
| Numero massimo di ossidazione comune | 3 |
| Elettronegatività (Scala Pauling) | 1.9 |
| Volume di polarizzabilità | 8.4 Å3 |
| Reazione con aria | blanda, ⇒ Fe3O4 |
| Reazione con 15 M HNO3 | passivato |
| Reazione con 6 M HCl | vigoroso, ⇒ H2, FeCl2 |
| Reazione con 6 M NaOH | – |
| Ossido(i) | FeO, Fe2O3 (ematite), Fe3O4 (magnetite) |
| Idruro(i) | nessuno |
| Cloruro(i) | FeCl2, FeCl3 |
| Raggio atomico | 140 pm |
| Raggio ionico (ione 1+) | – |
| Raggio ionico (ione 2+) | 77 pm |
| Raggio ionico (ione 3+) | 63 pm |
| Raggio ionico (1- ione) | – |
| Raggio ionico (2-ione) | – |
| Raggio ionico (3-ione) | – |
| Conducibilità termica | 80.4 W m-1 K-1 |
| Conducibilità elettrica | 11,2 x 106 S m-1 |
| Punto di congelamento/fusione: | 1535.1 oC, 1808.2 K |
Cellule rosse del sangue – il colore viene dal ferro nell’emoglobina. Le cellule sono ingrandite x10.000. Se si ingrandisse x10.000, si potrebbero mettere i piedi a Seattle e toccare Perth, Australia con le mani. Il ferro nell’emoglobina trasporta l’ossigeno nel nostro corpo. Immagine Ref. (10)
Posizione ravvicinata di un meteorite di ferro: Meteoriti come questo erano probabilmente la prima fonte di ferro dei nostri antenati. Questo è un frammento del meteorite Sikhote-Alin – circa 93% ferro, 6% nichel e 1% altri elementi. La superficie del meteorite è stata fusa a forma di impronta del pollice durante il suo volo attraverso l’atmosfera del nostro pianeta. Foto di Carl Allen, NASA JSC Photo S94-43472.
Rottami di ferro e acciaio da riciclare. Come sono cambiati i tempi; una volta il ferro valeva otto volte più dell’oro.
Scoperta del ferro
Il ferro è conosciuto fin dai tempi antichi.
Il primo ferro usato dall’uomo proviene probabilmente dai meteoriti.
La maggior parte degli oggetti che cadono sulla terra dallo spazio sono pietrosi, ma una piccola parte, come quella nella foto, sono “meteoriti di ferro” con un contenuto di ferro superiore al 90%.
Il ferro si corrode facilmente, quindi gli artefatti di ferro dei tempi antichi sono molto più rari degli oggetti fatti di argento o oro. Questo rende più difficile tracciare la storia del ferro rispetto ai metalli meno reattivi.
Sono stati trovati manufatti fatti con ferro di meteorite che risalgono al 5000 a.C. circa (e quindi hanno circa 7000 anni) – per esempio perle di ferro nelle tombe in Egitto. (1)
In Mesopotamia (Iraq) ci sono prove che la gente fondeva il ferro intorno al 5000 a.C.
Manufatti fatti di ferro fuso sono stati trovati risalenti al 3000 a.C. circa in Egitto e Mesopotamia. (1), (2), (3)
A quei tempi, il ferro era un metallo cerimoniale; era troppo costoso per essere usato nella vita quotidiana. Gli scritti assiri ci dicono che il ferro era otto volte più prezioso dell’oro. (1)
L’età del ferro iniziò intorno al 1300-1200 a.C. quando il ferro divenne abbastanza economico da sostituire il bronzo.
L’aggiunta di carbonio al ferro per fare l’acciaio fu probabilmente accidentale all’inizio – un incontro di ferro fuso e carbone dal fuoco di fusione. Questo avvenne probabilmente intorno al 1000 a.C. (4)
Finché questo non è successo c’erano poche ragioni tecnologiche per cui l’età del bronzo avrebbe ceduto il passo all’età del ferro; le tecniche di miglioramento del ferro con l’aggiunta di carbonio (per fare l’acciaio) e la lavorazione a freddo erano necessarie prima che il ferro fosse completamente preferito al bronzo. (5)
Il ferro era usato comunemente in epoca romana. Nel primo secolo Plinio il Vecchio disse: “È con l’aiuto del ferro che costruiamo le case, spacchiamo le rocce e compiamo tanti altri utili uffici nella vita.” (6)
L’origine del simbolo chimico Fe è dalla parola latina ‘ferrum’ che significa ferro. La parola stessa ferro deriva da ‘iren’ in anglosassone.
Fatti interessanti sul ferro
- Si ritiene che un terzo della massa della Terra sia ferro, la maggior parte del quale si trova nelle profondità del pianeta, nel nucleo.
- La Terra ha abbastanza ferro per fare tre nuovi pianeti, ognuno con la stessa massa di Marte.
- Si ritiene che la circolazione del ferro liquido nelle profondità della terra crei le correnti elettriche che creano il campo magnetico del nostro pianeta.
- Il ferro è essenziale per lo sviluppo del cervello umano. La carenza di ferro nei bambini porta, tra gli altri problemi, a una ridotta capacità di apprendimento. (7)
- Nei tempi antichi, la gente non sapeva quanto fosse abbondante il ferro sulla Terra. La loro unica fonte di ferro metallico erano i meteoriti. Dagli scritti assiri apprendiamo che il ferro era otto volte più prezioso dell’oro. Oltre alla sua rarità, il ferro potrebbe anche essere stato molto desiderabile perché, provenendo dal cielo, si pensava fosse un dono degli dei: gli antichi egizi lo chiamavano ‘ba-ne-pe’, che significa ‘metallo del cielo’. La connessione con il cielo è rafforzata dai testi delle piramidi che si traducono, per esempio, in: ‘le mie ossa sono di ferro e le mie membra sono le stelle imperiture’. (8) (9)
- Il ferro fu il primo metallo magnetico scoperto. Le pietre di loto erano usate dagli antichi navigatori perché potevano essere usate come bussole, puntando al polo nord magnetico; questo fu descritto dall’antico filosofo greco Talete di Mileto nel 600 a.C. Le pietre lodigiane erano fatte di magnetite, che è un ossido di ferro presente in natura. La formula della magnetite è FeO.Fe2O3.
- Alcuni animali hanno un sesto senso – il senso magnetico. La magnetite è stata trovata in una vasta gamma di animali, tra cui api, piccioni viaggiatori e delfini. Questi animali sono sensibili al campo magnetico terrestre, aiutando la loro capacità di navigare.
- Il meteorite Hoba in Namibia è il più grande pezzo di ferro naturale del mondo, con un peso di oltre 60 tonnellate. È fatto di 82-83% di ferro, 16-17% di nichel, circa 1% di cobalto e piccolissime tracce di altri elementi. Il meteorite Hoba è il più grande meteorite singolo mai trovato.
- Il ferro è ferromagnetico. Il ferromagnetismo è il tipo più forte di magnetismo. Altri metalli ferromagnetici comuni sono il nichel e il cobalto.
- Magneti molto potenti possono essere fatti usando ferro, nichel o cobalto in associazione con metalli delle terre rare. I magneti NIB (Neodimio – Ferro – Boro) sono stati inventati nei primi anni ’80. Sono una lega nelle proporzioni Nd2Fe14B. Sono utilizzati in computer, telefoni cellulari, attrezzature mediche, giocattoli, motori, turbine eoliche e sistemi audio.
Apparenza e caratteristiche
Effetti nocivi:
Il ferro è considerato non tossico.
Caratteristiche:
Il ferro è un metallo duttile, grigio, relativamente morbido ed è un conduttore moderatamente buono di calore ed elettricità.
È attratto dai magneti e può essere facilmente magnetizzato.
Il metallo puro è chimicamente molto reattivo e arrugginisce facilmente in aria umida, formando ossidi rosso-marroni.
Ci sono tre forme allotropiche di ferro, note come alfa, gamma e delta.
Il ferro alfa, noto anche come ferrite, è la forma stabile del ferro a temperature normali.
Usi del ferro
Il ferro è il più economico e importante di tutti i metalli – importante nel senso che il ferro è il metallo più comunemente usato, rappresentando il 95% della produzione mondiale di metalli.
Il ferro è usato per produrre acciaio e altre leghe importanti nella costruzione e nella produzione.
Il ferro è anche vitale nel funzionamento degli organismi viventi, trasportando l’ossigeno nel sangue attraverso la molecola di emoglobina.
Abbondanza e isotopi
Abbondanza crosta terrestre: 5,6% in peso, 2,1% in moli
Abbondanza sistema solare: 1000 parti per milione in peso, 30 parti per milione in moli
Costo, puro: $7,2 per 100g
Costo, sfuso: $0,02 per 100g
Fonte: Il ferro non si trova libero in natura ma si trova in minerali di ferro come l’ematite (Fe2O3), la magnetite (Fe3O4) e la taconite. Commercialmente, il ferro è prodotto in un forno a temperature di circa 2000 oC dalla riduzione di ematite o magnetite con il carbonio.
Isotopi: Il ferro ha 24 isotopi di cui si conosce l’emivita, con numeri di massa da 46 a 69. Il ferro presente in natura è una miscela di quattro isotopi e si trovano nelle percentuali indicate: 54Fe (5,8%), 56Fe (91,8%), 57Fe (2,1%) e 58Fe (0,3%).
- Henry Maryon, Early Near Eastern Steel Swords., 65, 1961, American Journal of Archaeology p1.
- Michael D. Fenton, Mineral Commodity Profiles – Iron and Steel., 2005, US Geological Survey.
- R. J. Forbes, Studies in Ancient Technology., IX, 1965, p247.
- Michael Woods, Mary B. Woods, Ancient Machines: From Wedges to Waterwheels., 2000, p30, Runestone Press.
- Vincent C. Pigott, The Archaeometallurgy of the Asian Old World, 1999, p28, UPenn Museum of Archaeology.
- Mary Elvira Weeks, Discovery of the Elements., 2003, p5, Kessinger Publishing.
- http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17101454.
- John G. Burke, Cosmic Debris: Meteorites in History, 1986, p229, University of California Press.
- Robert G. Bauval, Indagine sulle origini della pietra di Benben. 14, 1989, Discussioni in Egittologia.
- Immagine: CDC
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"Iron." Chemicool Periodic Table. Chemicool.com. 06 Oct. 2012. Web. <https://www.chemicool.com/elements/iron.html>.