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Introdução à Química/Ferro: diferenças entre revisões

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O '''ferro''' ( do latim ''ferrum'') é um [[elemento químico]] , [[símbolo químico| símbolo]] '''Fe''' , de [[número atômico]] 26 (26 [[próton]]sprótons e 26 [[elétron]]selétrons ) e [[massa atómica]]atômica 56 [[unidade de massa atómica|u]]. À temperatura ambiente, o ferro encontra-se no [[estado sólido]].
É extraído da natureza sob a forma de [[minério]] de ferro que, depois de passado para o estágio de [[ferro-gusa]], através de processos de transformação, é usado na forma de lingotes. Adicionando-se [[carbono]] dá-se origem a várias formas de [[aço (metal)|aço]].▼
 
▲É extraído da natureza sob a forma de [[minério]] de ferro que, depois de passado para o estágio de [[ferro-gusa]], através de processos de transformação, é usado na forma de lingotes. Adicionando-se [[carbono]] dá-se origem a várias formas de [[aço (metal)|aço]].
Este [[metal de transição]] é encontrado no [[Grupo da Tabela Periódica|grupo 8]] ( 8B ) da [[Tabela Periódica|Classificação Periódica dos Elementos]]. É o quarto elemento mais abundante da crosta terrestre (aproximadamente 5%) e, entre os [[Metal (material)|metais]], somente o [[alumínio]] é mais abundante. ▼
 
▲Este [[metal de transição]] é encontrado no [[Grupo da Tabela Periódica|grupo 8]] ( 8B ) da [[Tabela Periódica|Classificação Periódica dos Elementos]]. É o quarto elemento mais abundante da crosta terrestre (aproximadamente 5%) e, entre os [[Metal (material)|metais]], somente o [[alumínio]] é mais abundante.
É um dos elementos mais abundantes do [[Universo]]; o núcleo da [[Terra]] é formado principalmente por ferro e [[níquel]] ( NiFe ), gerando um [[campo magnético]]. ▼
 
▲É um dos elementos mais abundantes do [[Universo]]; o núcleo da [[Terra]] é formado principalmente por ferro e [[níquel]] ( NiFe ), gerandoe umsua rotação gera o [[campo magnético]] terrestre.
 
O ferro tem sido históricamente importante, e um período da história recebeu o nome de '''[[Idade do ferro]]'''.
 
O ferro, atualmente, é utilizado extensivamente para a produção de [[aço (metal)|aço]], [[liga metálica]] parafundamental ana produção de ferramentas, máquinas, veículos de transporte ( automóveis, navios, etc ), como elemento estrutural (de pontes, edificios, etc), e infinidade de outras aplicações.
 
== Características principais ==
É um metal [[maleabilidade|maleável]], [[tenacidade|tenaz]], de coloração cinza prateado apresentando propriedades magnéticas; é [[magnetismo|ferromagnético]] a temperatura ambiente.▼
 
▲É um metal [[maleabilidade|maleável]], [[tenacidade|tenaz]], de coloração cinza prateado apresentando propriedades magnéticas; é [[magnetismo|ferromagnético]] aà temperatura ambiente.
É encontrado na natureza fazendo parte da composição de diversos [[mineral | minerais]], entre eles muitos [[óxido]]s e raramente é encontrado livre. Para obter-se ferro no estado elementar, os óxidos são [[redução|reduzidos]] com [[carbono]], e imediatamente são submetidos a um processo de refinação para retirar as impurezas presentes.▼
 
▲É encontrado na natureza fazendo parte da composição de diversos [[mineral | minerais]], entre eles muitos [[óxido]]sóxidos e raramente é encontrado livre. Para obter-se ferro no estado elementar, os óxidos são [[redução|reduzidos]] com [[carbono]], e imediatamente são submetidos a um processo de refinação para retirar as impurezas presentes.
Fundamentalmente é empregado na produção de [[aço (metal)|aços]], que são [[liga metálica|ligas metálicas]] de ferro com outros elementos, tanto [[metal (material)|metálicos]] quanto [[não metal|não metálicos]], que conferem propriedades distintas ao material.▼
É considerada aço uma liga metálica de ferro que contém menos de 2% de [[carbono]]; se a percentagem é maior recebe a denominação de [[fundição]].
 
▲Fundamentalmente é empregado na produção de [[aço (metal)|aços]], que sãoé uma [[liga metálica|ligas metálicas]] de ferro com outros elementos, tanto [[metal (material)|metálicos]] quanto [[não metal|não metálicos]], que conferem propriedades distintas ao material.
É o elemento mais pesado que se produz [[termoquímica|exotérmicamente]] por [[fusão]], e o mais leve produzido por [[fissão nuclear|fissão]], devido ao fato de seu núcleo ter a mais alta energia de ligação por [[nucleon]], que é a energia necessária para separar do [[núcleo atômico|núcleo]] um [[neutron]] ou um [[próton]]. Portanto, o núcleo mais estável é o do ferro-56.
 
Apresenta diferentes formas estruturais dependendo da temperatura:
 
* Ferro α: É o que se encontra na temperatura ambiente, até os 788 ºC. OA [[estrutura cristalina|sistema cristalino]] é uma rede [[rede de Bravais|cúbica centrada no corpo]] e é [[magnetismo|ferromagnético]].
*Ferro β: 788 ºC - 910 ºC. Tem o mesmo sistema cristalino que o α, porém a [[temperatura de Curie]] é de 770 ºC, e passa a ser [[magnetismo|paramagnético]].
* Ferro γβ: 910788 ºC - 1400910 ºC;. Tem o mesmo sistema apresentacristalino umaque [[redeo deα, Bravais|redeporém cúbicapassa centradaa nasser faces]]paramagnético.
* Ferro δγ: 1400910 ºC - 15391400 ºC; volta a apresentarapresenta uma rede cúbica centrada nonas corpofaces.
* Ferro δ: 1400 ºC - 1539 ºC; volta a apresentar uma rede cúbica centrada no corpo.
 
== Aplicações ==
O ferro é o [[metal (material)|metal]] mais usado, com 95% em peso da produção mundial de metal. É indispensável devido ao seu baixo preço e [[dureza]] , especialmente empregado em automóveis, barcos e componentes estruturais de edifícios. ▼
O [[aço (metal)|aço]] é a [[liga metálica]] de ferro mais conhecida, sendo este o seu uso mais frequente. As [[liga metálica|ligas]] férreas apresentam uma grande variedade de propriedades mecânicas dependendo da sua composição e do tratamento que se tem aplicado.▼
*Os aços são ligas metálicas de ferro e [[carbono]] com concentrações máximas de 2.2% em peso de carbono, aproximadamente. O carbono é o elemento de ligação principal, porém os aços contêm outros elementos. Dependendo do seu conteúdo em carbono são classificados em:▼
**Aço baixo em carbono. Contém menos de 0.25% de carbono em peso. São fracos porém [[ductilidade|dúcteis]]. São utilizados em veículos, tubulações, elementos estruturais e outros. Também existem os aços de alta resistência com baixa liga de carbono, entretanto, contêm outros elementos fazendo parte da composição, até uns 10% em peso; apresentam uma maior resistência mecânica e podem ser trabalhados facilmente.▼
**Aço médio em carbono. Entre 0.25% e 0.6% de carbono em peso. Para melhorar suas propriedades são tratados termicamente. São mais resistentes que os aços baixo em carbono, porém menos dúcteis, sendo empregados em peças de engenharia que requerem uma alta resistência mecânica e ao desgaste.▼
**Aço alto em carbono. Entre 0.60% e 1.4% de carbono em peso. São os mais resistentes, entretanto, os menos dúcteis. Adicionam-se outros elementos para que formem carbetos, por exemplo, formando o [[carbeto|carbeto de wolfrâmio]], WC, quando é adicionado à liga o [[tungstênio|wolfrâmio]]. Estes carbetos são mais duros, formando aços utilizados principalmente para a fabricação de ferramentas.▼
 
▲O ferro é o [[metal (material)|metal]] mais usado, com 95% em peso da produção mundial de metalmetais. É indispensável devido ao seu baixo preçocusto e [[dureza]] , especialmente empregado em automóveis, barcos e componentes estruturais de edifícios.
*Um dos inconvenientes do ferro é que se [[oxidação|oxida]] com facilidade. Existem uma série de aços aos quais se adicionam outros elementos ligantes, principalmente o [[cromo]], para que se tornem mais resistentes à [[corrosão]]. São os chamados [[aço inoxidável|aços inoxidáveis]].▼
 
*Quando o conteúdo de carbono da liga é superior a 2.1% em peso, a liga metálica é denominada [[fundição]]. Estas ligas apresentam, em geral, entre 3% e 4.5% de carbono em peso. Existem diversos tipos de fundições: cinza, esferoidal, branca e maleável. Dependendo do tipo apresenta aplicações diferentes: em motores, válvulas, engrenagens e outras.▼
▲O [[aço (metal)|aço]] é a [[liga metálica]] de ferro mais conhecida, sendo este o seu uso mais frequente. As [[liga metálica|ligas]] férreas apresentam uma grande variedade de propriedades mecânicas dependendo da sua composição e do tratamento que se tem aplicado.
*Por outro lado, os [[óxido]]s de ferro apresentam variadas aplicações: em [[pintura]]s, obtenção de ferro, e outras. A [[magnetita]] (Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>) e o óxido de ferro III (Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>) têm aplicações magnéticas.▼
 
▲* Os aços são ligas metálicas de ferro e [[carbono]] com concentrações máximas de 2.2% em peso de carbono, aproximadamente. O carbono é o elemento de ligação principal, porém os aços contêm outros elementos. Dependendo do seu conteúdo em carbono são classificados em:
▲** Aço baixo em carbono. Contém menos de 0.25% de carbono em peso. São fracos porém [[ductilidade|dúcteis]]. São utilizados em veículos, tubulações, elementos estruturais e outros. Também existem os aços de alta resistência com baixa liga de carbono, entretanto, contêm outros elementos fazendo parte da composição, até uns 10% em peso; apresentam uma maior resistência mecânica e podem ser trabalhados facilmente.
▲** Aço médio em carbono. Entre 0.25% e 0.6% de carbono em peso. Para melhorar suas propriedades são tratados termicamente. São mais resistentes que os aços baixo em carbono, porém menos dúcteis, sendo empregados em peças de engenharia que requerem uma alta resistência mecânica e ao desgaste.
▲** Aço alto em carbono. Entre 0.60% e 1.4% de carbono em peso. São os mais resistentes, entretanto, os menos dúcteis. Adicionam-se outros elementos para que formem carbetos, por exemplo, formando o [[carbeto|carbeto de wolfrâmio]], WC, quando é adicionado à liga o [[tungstênio|wolfrâmio]]. Estes carbetos são mais duros, formando aços utilizados principalmente para a fabricação de ferramentas.
▲* Um dos inconvenientes do ferro é que se [[oxidação|oxida]] com facilidade. Existem uma série de aços aos quais se adicionam outros elementos ligantes, principalmente o [[cromo]], para que se tornem mais resistentes à [[corrosão]]. São os chamados [[aço inoxidável|aços inoxidáveis]].
▲* Quando o conteúdo de carbono da liga é superior a 2.1% em peso, a liga metálica é denominada [[fundição]]. Estas ligas apresentam, em geral, entre 3% e 4.5% de carbono em peso. Existem diversos tipos de fundições: cinza, esferoidal, branca e maleável. Dependendo do tipo apresenta aplicaçõessão diferentes:usadas em motores, válvulas, engrenagens e outras.
▲* Por outro lado, os [[óxido]]sóxidos de ferro apresentam variadas aplicações: em [[pintura]]spinturas, obtenção de ferro, e outras. A [[magnetita]] (Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>) e o óxido de ferro III (Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>) têm aplicações magnéticas.
 
== História ==
 
(Veja também: [[Idade do Ferro]]).
 
== Abundância e obtenção ==
 
É o metal de transição mais abundante da crosta terrestre, e quarto de todos os elementos. Também abunda no Universo, havendo-se encontrados meteoritos que contêm este elemento.
O ferro é encontrado em numerosos [[mineral|minerais]], destacando-se:
 
A [[hematita]] (Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>), a [[magnetita]] (Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>), a [[limonita]] (FeO(OH)), a [[siderita]] (FeCO<sub>3</sub>), a [[pirita]] (FeS<sub>2</sub>) e a [[ilmenita]] (FeTiO<sub>3</sub>).
 
Pode-se obter o ferro a partir dos [[óxido]]sóxidos com maior ou menor teor de impurezas. Muitos dos minerais de ferro são [[óxido]]sóxidos.
 
A [[redução]] dos óxidos para a obtenção do ferro é efetuada em fornos denominados ''alto forno'' ou ''forno alto''. Nele são adicionados os minerais de ferro, em presença de [[coque]], e [[carbonato de cálcio]], CaCO<sub>3</sub> , que atua como escorificante.
 
No [[alto forno ]] ocorrem as seguintes reações:
 
* Formação de gases (óxidos de carbono):
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:CO<sub>2</sub> + C → 2CO
 
Num processo contrário, o monóxido pode [[oxidação|oxidar-se]] com [[oxigênio]] reproduzindo o gás carbônico:
 
:2CO + O<sub>2</sub> → 2CO<sub>2</sub>
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* Redução dos minerais que são óxidos:
Inicialmente, os óxidos de ferro são reduzidos na parte superior do alto forno, parcial ou totalmente, com o monóxido de carbono, já produzindo ferro metálico. Exemplo: redução da [[magnetita]]:
 
:Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub> + 3CO → 3FeO + CO<sub>2</sub>
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* Processos de enriquecimento:
 
Finalmente ocorre a [[combustão]] e a desulfuração (eliminação do [[enxofre]]) devido à injeção de ar no alto forno, e por último são separadas as frações: a [[escória]] do ferro fundido, que é a matéria-prima empregada na indústria.
 
O ferro obtido pode conter muitas impurezas não desejáveis, sendo necessário submetê-lo a um processo de refinação que pode ser realizado em fornos chamados ''convertidores''.
 
Em 2000, os cinco maiores países produtores de ferro eram a [[China]], o [[Brasil]], a [[Austrália]], a [[Rússia]] e a [[Índia]], com 70% da produção mundial.
 
== Compostos ==
[[Imagem:180px-IronInRocksMakeRiverRed.jpg|thumb|300 px|right|Água com compostos de ferro]]
 
* Os [[estado de oxidação|estados de oxidação]] mais comuns são +2 e +3. Os óxidos de ferro mais conhecidos são o óxido de ferro II, FeO, o óxido de ferro III, Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, e o óxido misto Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>. Forma numerosos [[sal|sais]] e complexos com estes mesmos estados de oxidação. O hexacianoferrato II de ferro III, usado em [[pintura]]spinturas, é conhecido como ''azul da Prússia'' ou ''azul de Turnbull''.
* São conhecidos compostos de ferro com estados de oxidação +4, +5 e +6, porém são pouco comuns. No ferrato de potássio, K<sub>2</sub>FeO<sub>4</sub>, usado como [[redução|oxidante]] , o ferro apresenta estado de oxidação +6. O estado de oxidação +4 é encontrados em poucos compostos e também em alguns processos enzimáticos.
* O Fe<sub>3</sub>C é conhecido como [[cementita]], contém 6,67 % em carbono. O ferro α é conhecido como [[ferrita]], e a mistura de ferrita e cementita é denominada [[perlita]] ou [[ledeburita]], dependendo do teor de carbono. A [[austenita]] é o ferro γ.
 
== Papel biológico ==
O ferro é praticamente encontrado em todos os seres vivos e cumpre numerosas e variadas funções.▼
*Existem diferentes [[proteína]]s que contêm o [[grupo hemo]], que consiste na ligação da [[porfirina]] com um átomo de ferro. Alguns exemplos:▼
**A [[hemoglobina]] e a [[mioglobina]]. A primeira transporta [[oxigênio]], O<sub>2</sub>, e a segunda o armazena.▼
**Os [[citocromo]]s [[redução|reduzem]] o oxigênio em [[água]]. Os citocromos P450 catalisam a oxidação de compostos hidrofóbicos, como fármacos ou drogas, para que possam ser excretados, e participam na síntese de diversas moléculas.▼
**As [[peroxidase]]s e [[catalase]]s catalisam a oxidação de peróxidos, H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>, que são [[veneno|tóxicos]].▼
<div style="float:right; border:1px; padding:2px; text-align:center">[[Imagen:Ferredoxina_4Fe-4S.png]]<br>
<font size=1>Exemplo de centro de uma proteína de Fe/S ([[ferredoxina]])</font></div>
*As proteínas de ferro/enxofre (Fe/S) participam em processos de transferência de elétrons.▼
*Também é possível encontrar proteínas onde os átomos de ferro se enlaçam entre si através de pontes de oxigênio. São denominadas proteínas Fe-O-Fe. Alguns exemplos:▼
**As [[bactéria]]s metanotróficas, que usam o [[metano]], CH<sub>4</sub>, como fonte de energia e de carbono, usam proteínas deste tipo, chamadas [[monooxigenase]]s, para catalisar a oxidação do metano.▼
**A [[hemeritrina]] transporta oxigênio em alguns organismos marinhos.▼
**Algumas [[ribonucleótideo redutase]]s contêm ferro. Catalisam a formação de [[desoxinucleótideo]]s.▼
Os animais para transportar o ferro dentro do corpo empregam proteínas chamadas [[transferrina]]s. Para armazená-lo empregam a [[ferritina]] e a [[hemosiderina]]. O ferro entra no organismo absorvido no [[intestino delgado]] e é transportado e armazenado por essas proteínas. A maior parte do ferro é reutilizada e um pouco é excretado.▼
 
▲O ferro é praticamente encontrado em praticamente todos os seres vivos e cumpre numerosas e variadas funções.
Tanto o excesso como a deficiência de ferro podem causar problemas no organismo. O envenenamento por ferro é chamado de [[hemocromatose]]. Nas transfusões de sangue são usados ligantes que formam com o ferro complexos de alta estabilidade, evitando que ocorra uma queda demasiada de ferro livre. Estes ligantes são conhecidos como [[sideróforo]]s. Muitos organismos empregam estes sideróforos para captar o ferro que necessitam. Também podem ser empregados como [[antibiótico]]s, pois não permitem ferro livre disponível.▼
 
▲* Existem diferentes [[proteína]]sproteínas que contêm o [[grupo hemo]], que consiste na ligação da [[porfirina]] com um átomo de ferro. Alguns exemplos:
▲** A [[hemoglobina]] e a [[mioglobina]]. A primeira transporta [[oxigênio]], O<sub>2</sub>, e a segunda o armazena.
▲** Os [[citocromo]]scitocromos [[redução|reduzem]] o oxigênio em [[água]]. Os citocromos P450 catalisam a oxidação de compostos hidrofóbicos, como fármacos ou drogas, para que possam ser excretados, e participam na síntese de diversas moléculas.
▲** As [[peroxidase]]speroxidases e [[catalase]]scatalases catalisam a oxidação de peróxidos, H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>, que são [[veneno|tóxicos]].
▲* As proteínas de ferro/enxofre (Fe/S) participam em processos de transferência de elétrons.
▲* Também é possível encontrar proteínas onde os átomos de ferro se enlaçam entre si através de pontes de oxigênio. São denominadas proteínas Fe-O-Fe. Alguns exemplos:
▲** As [[bactéria]]sbactérias metanotróficas, que usam o [[metano]], CH<sub>4</sub>, como fonte de energia e de carbono, usam proteínas deste tipo, chamadas [[monooxigenase]]smonooxigenases, para catalisar a oxidação do metano.
▲**A [[hemeritrina]] transporta oxigênio em alguns organismos marinhos.
▲**Algumas [[ribonucleótideo redutase]]sredutases contêm ferro. Catalisam a formação de [[desoxinucleótideo]]sdesoxinucleótideos.
▲* Os animais para transportar o ferro dentro do corpo empregam proteínas chamadas [[transferrina]]stransferrinas. Para armazená-lo empregam a [[ferritina]] e a [[hemosiderina]]. O ferro entra no organismo absorvido no [[intestino delgado]] e é transportado e armazenado por essas proteínas. A maior parte do ferro é reutilizada e um pouco é excretado.
 
▲Tanto o excesso como a deficiência de ferro podem causar problemas no organismo. O envenenamento por ferro é chamado de [[hemocromatose]]. Nas transfusões de sangue são usados ligantes que formam com o ferro complexos de alta estabilidade, evitando que ocorra uma queda demasiada de ferro livre. Estes ligantes são conhecidos como [[sideróforo]]ssideróforos. Muitos organismos empregam estes sideróforos para captar o ferro que necessitam. Também podem ser empregados como [[antibiótico]]santibióticos, pois não permitem ferro livre disponível.
 
== Links ==
Obtido em "https://pt.wikibooks.org/wiki/Introdução_à_Química/Ferro"