Ferro: ottenimento, composti, usi

Il ferro è un metallo di transizione che si arrugginisce in presenza di aria umida appartenente al gruppo 8 e al 4° periodo avente configurazione elettronica [Ar] 3d⁶,4s².
La sua storia  si perde nella notte dei tempi e pare che già nel 4000 a.C. i Sumeri e gli Egizi abbiano modellato le punte delle lance, i pugnali e gli ornamenti con il ferro recuperato dalle meteoriti.

Fu solo nel 1200 a.C. che, nel corso del periodo storico noto come età del ferro, che alcune popolazioni dell’ Asia Minore riuscirono ad ottenere il ferro dai minerali. Essi riuscirono a mantenere il segreto sul modo con cui riuscivano a isolarlo.

In natura  è presente in alcuni minerali come ematite  Fe₂O₃, magnetite Fe₃O₄, limonite FeO(OH), siderite FeCO₃ e pirite FeS₂.

I numeri di ossidazione più comuni del ferro sono +2 e +3 può avere numeri di ossidazione che vanno da -2 a +7. Il ferro presenta molte proprietà comuni con i metalli di transizione ed in particolare con gli elementi che appartengono al suo stesso gruppo ovvero rutenio e osmio.

Ottenimento

Per ottenere il metallo dai minerali si ricorre a processi siderurgici nei quali i minerali contenenti  vengono ridotti con carbone.
Il processo si effettua in altiforni di refrattario, in cui si immette dall’alto la miscela di minerale, coke e materiale fondente.

Alla base del forno viene iniettata una corrente di aria preriscaldata e arricchita di ossigeno che ossida il carbone con una reazione esotermica:
2 C + O₂ → 2 CO  ΔH = – 53.7 kcal

Il monossido di carbonio reagisce con gli ossidi di Fe secondo le reazioni che portano alla formazione del ferro:
3 Fe₂O₃ + CO → 2 Fe₃O₄ + CO₂
Fe₃O₄ + CO → 3 FeO + CO₂
FeO + CO → Fe + CO₂

Reazioni

Si rimanda allo specifico articolo per le reazioni del ferro (II) e del ferro (III)

Composti

Forma molti composti che presentano una data colorazione come: l’ossido di ferro (II) FeO di colore nero, il solfato di ferro (II) eptaidrato FeSO₄∙ 7 H₂O di colore verde, il potassio esacianoferrato (II) K₄Fe(CN)₆, il potassio esacianoferrato (III) K₃Fe(CN)₆ di colore rosso, il tiocianato di ferro (III) Fe(SCN)₃ di colore rosso, il ferro (III)esacianoferrato (II)  Fe₄[Fe(CN)₆]₃ detto blu di Prussia.

Oltre il blu di Prussia forma diversi composti di coordinazione come il trisossalatoferrato(III) di potassio K₃[Fe(C₂O₄)₃] l’eme presente nell’emoglobina e il ferrocene Fe(C₅H₅)₂.

È utilizzato come catalizzatore in svariati processi tra cui la sintesi dell’ammoniaca a partire dagli elementi che rappresenta una delle reazioni più importanti scoperte nello scorso secolo.

La reazione tra il perossidisolfato e lo ioduro è catalizzata sia dallo ione Fe²⁺ che dallo ione Fe³⁺. La reazione complessiva è:
S₂O₈^2- +2 I^– → 2 SO₄^2- +I₂

La reazione avviene in due stadi e, nell’ipotesi si utilizzi lo ione Fe²⁺,avviene prima la riduzione del perossidisolfato e successivamente l’ossidazione dello ioduro:
S₂O₈^2- + 2 Fe²⁺ → 2 SO₄^2- + 2 Fe³⁺
2 Fe³⁺ + 2 I^– → 2 Fe²⁺ +I₂

Nel caso si utilizzi lo ione Fe³⁺ avviene prima la seconda e poi la prima reazione.

Usi

È attualmente utilizzato nella produzione dell’acciaio che, a seconda delle caratteristiche richieste viene ottenuto  con l’aggiunta di cromo, nichel, silicio e molibdeno e niobio.

A causa delle sue proprietà magnetiche  è utilizzato per realizzare magneti permanenti e elettromagneti.