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 ferro dai minerali si ricorre a processi siderurgici nei quali i minerali contenenti ferro 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 ferro 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:
S2O82- +2 I– → 2 SO42- +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:
S2O82- + 2 Fe2+ → 2 SO42- + 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 oltre che con ferro e carbonio anche 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.