Visita Encydia-Wikilingue.con

Ferro

ferro - Wikilingue - Encydia

Ferro
ManganêsFerroCobalto
 
 
26
Fe
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
Fe
Ru
Táboa completaTáboa estendida
Informacións xerais
Nome, símbolo, número Ferro, Fe, 26
Serie química Metal de transición
Grupo, período, bloque 8 (ÍA), 4, d
Densidade, dureza 7874 kg/m3, 4
Aparencia Metálico brillante con tons acinzentados
Número CAS 7439-89-6
Número EINECS
Propiedade atómicas
Masa atómica 55,845(2) u
Raio atómico (calculado) 140(156) pm
Raio covalente 125 pm
Raio de Van der Waals pm
Configuración electrónica [Ar]3d64s²
Elétrons (por nivel de enerxía) 2, 8, 14, 2
Estado(s) de oxidação
Óxido
Estrutura cristalina Cúbico de corpo centrado
Propiedades físicas
Estado da materia Sólido
Punto de fusión 1811 K
Punto de ebulição 3134 K
Entalpia de fusión 13,8 kJ/mol
Entalpia de vaporização 349,6 kJ/mol
Temperatura crítica  K
Presión crítica  Pa
Volume molar 7,09 ×10−6 m3/mol
Presión de vapor 7,05 Pa A 1808 K
Velocidade do son 4910 m/s m/s a 20 °C
Diversos
Eletronegatividade (Pauling) 1,83
Calor específica 440 J/(kg·K)
Condutividade eléctrica 9,93 106 S/m
Condutividade térmica 80,2 W/(m·K)
Potencial de ionização 762,5 kJ/mol
Potencial de ionização 1561,9 kJ/mol
Potencial de ionização 2957 kJ/mol
Potencial de ionização 5290 kJ/mol
Potencial de ionização {{{potencial_ionização5}}} kJ/mol
Potencial de ionização {{{potencial_ionização6}}} kJ/mol
Potencial de ionização {{{potencial_ionização7}}} kJ/mol
Potencial de ionização {{{potencial_ionização8}}} kJ/mol
Potencial de ionização {{{potencial_ionização9}}} kJ/mol
10º Potencial de ionização {{{potencial_ionização10}}} kJ/mol
Isótopos máis estábeis
iso AN Media-vida MD Ed PD
MeV
54Fe 5,8% estábel (con 28 nêutrons)
55Fe sintético 2,73 anos ε 0,231 55Mn
56Fe 91,72% estábel (con 30 nêutrons)
57Fe 2,2% estábel (con 31 nêutrons)
58Fe 0,28% estábel (con 32 nêutrons)
Unidades do SI & CNTP, salvo indicación contraria.
Ponte pênsil de aceiro (Golden Gate, San Francisco, EUA)

O ferro (do latim ferrum) é un elemento químico, símbolo Fe, de número atómico 26 (26 prótons e 26 elétrons) e masa atómica 56 u. Á temperatura ambiente, o ferro encóntrase no estado sólido. É extraído da natureza so a forma de minério de ferro que, despois de pasado para o estágio de ferro-gusa , a través de procesos de transformación, é usado na forma de lingotes. Adicionando-se carbono dáse orixe a varias formas de aceiro .

Este metal de transición é encontrado no grupo 8B da Clasificación Periódica dos Elementos. É o cuarto elemento máis abondoso da crosta terrestre (aproximadamente 5%) e, entre os metais, soamente o alumínio é máis abondoso.

É un dos elementos máis abondosos do Universo; o núcleo da Terra é formado principalmente por ferro e níquel (NiFe). Este ferro está nunha temperatura moito por enriba da temperatura de Curie do ferro, desa forma, o núcleo da Terra non é ferromagnético.

O ferro ten sido historicamente importante, e un período da historia recibiu o nome de Idade do ferro.

O ferro, actualmente, é utilizado extensivamente para a produción de aceiro , liga metálica para a produción de ferramentas, máquinas, vehículos de transporte (automóbiles, navíos, etc), como elemento estrutural de pontes, edificios, e unha infinidade doutras aplicacións.

Táboa de contido

Características

É un metal maleável, tenaz, de coloração cinza prateado presentando propiedades magnéticas; é ferromagnético a temperatura ambiente, así como o Níquel e o Cobalto.

É encontrado na natureza formando parte da composición de diversos minerais, entre eles moitos óxidos, como o FeO (óxido de ferro II, ou óxido ferroso) ou como Fe2O3 (óxido de ferro III, ou óxido férrico). Os números que acompañan o íon ferro refírese aos estados de oxidação presentados polo ferro, que son +2 e +3, e é raramente encontrado libre. Para obterse ferro no estado elemental, os óxidos son reducidos con carbono , e inmediatamente son sometidos a un proceso de refinação para retirar as impurezas presentes.

É o elemento máis pesado que se produce exotermicamente por fusión , e o máis leve producido por fissão , debido ao traxe de seu núcleo ter de máis alta enerxía de conexión por núcleon , que é a enerxía necesaria para separar do núcleo un nêutron ou un próton. Por tanto, o núcleo máis estábel é o do ferro-56.

Presenta distintas formas estruturais dependendo da temperatura:

Aplicacións

O ferro é o metal máis usado, con 95% en peso da produción mundial de metal. É indispensábel debido ao seu baixo prezo e dureza, especialmente empregado en automóbiles, barcos e compoñentes estruturais de edificios.

O aceiro é a liga metálica de ferro máis coñecida, sendo este o seu uso máis frecuente. Os aceiros son ligas metálicas de ferro con outros elementos, tanto metálicos canto non metálicos, que revisan propiedades distinguidas ao material. É considerada aceiro unha liga metálica de ferro que contén menos do 2% de carbono ; se a porcentaxe é maior recibe a denominação de ferro fundido.

As ligas férreas presentan unha grande variedade de propiedades mecánicas dependendo da súa composición e do tratamento que se ten aplicado.

Historia

Peza de ferro da Idade do Ferro

Tense indicios do uso de ferro, seguramente procedente de meteoritos , catro milenios a.C., polos sumérios e exipcios.

Cada vez máis obxectos de ferro, datados entre o segundo e terceiro milenio antes de Cristo, foron encontrados (estes se distinguen do ferro proveniente dos meteoritos pola ausencia de níquel ) na Mesopotâmia, Anatólia e Egito. Non obstante, seu uso probábel destinouse a fins cerimoniais, por ser un metal moi caro, máis do que o ouro na época. Algunhas fontes suxiren que talvez o ferro era obtido como subproduto da obtención do cobre.

Entre 1600 e 1200 a.C., observouse un aumento de seu uso no Oriente Medio, porén non como substituto ao bronce.

Entre os séculos XII e X antes de Cristo, ocorreu unha rápida transición no Oriente Medio na substitución das armas de bronce para as de ferro. Esta rápida transición talvez ocorrese debido a unha escaseza de estanho , e debido a unha melloría na tecnoloxía en traballar co ferro. Este período, que ocorreu en distintas ocasións segundo o lugar, denominouse Idade do ferro, substituíndo a Idade do bronce. Na Grecia iniciouse en torno ao ano 1000 a.C., e non chegou á Europa occidental antes do século VII a.C.. A substitución do bronce polo ferro foi paulatina, pois era difícil producir pezas de ferro: localizar o mineral, extraelo, proceder a súa fundição a temperaturas altas e despois forxalo.

Na Europa central, xurdiu o século IX a.C. a "cultura de Hallstatt" substituíndo a "cultura dos campos de urnas", que se denominou "Primeira Idade do Ferro", pois coincide coa introdución do uso deste metal. Aproximándose ao ano 450 a.C., ocorreu o desenvolvemento da "cultura da Tène", tamén denominada "Segunda Idade do Ferro". O ferro era usado en ferramentas, armas e joias, aínda que séguese encontrando obxectos de bronce.

Xunto con esta transición de bronce ao ferro descubriuse o proceso de "carburação", que consiste en adicionar carbono ao ferro. O ferro era obtido mesturado coa escória contendo carbono ou carbetos, e era forxado retirándose a escória e oxidando o carbono, creándose así o produto xa cunha forma. Este ferro contiña unha cantidade de carbono moi baixa, non sendo posíbel endurecelo con facilidade ao esfriá-lo en auga. Observouse que se podía obter un produto moi máis resistente quecendo a peza de ferro forxado nun leito de carbón vegetal, para entón somerxédelo na auga ou óleo. O produto resultante, presentando unha capa superficial de aceiro, era menos duro e máis fráxil que o bronce.

Na China, o primeiro ferro utilizado tamén era proveniente dos meteoritos. Foron encontrados obxectos de ferro forxado no noroeste, preto de Xinjiang, do século VIII a.C.. O procedemento utilizado non era o mesmo que o usado no Oriente Medio e na Europa.

Os últimos anos da Dinastia Zhou (550 a.C.), na China, se conseguiu obter un produto resultante da fusión do ferro (ferro fundido). O mineral encontrado alí presentaba un alto contido de fósforo , co cal era fundido en temperaturas menores que as aplicadas na Europa e outros lugares. Porén, durante moito tempo, até a Dinastia Qing (aos 221 a.C.), o proceso tivo unha gran repercusión.

O ferro fundido levou máis tempo para ser obtido na Europa, pois non se conseguía a temperatura necesaria. Algunhas das primeiras mostras foron encontradas na Suecia, en Lapphyttan e Vinarhyttan, de 1150 a 1350 d.C.

Na Idade Media, e até finais do século XIX, moitos países europeos empregaban como método siderúrgico a "farga catalana". Obtíñase ferro e aceiro de baixo carbono empregándose carbón vegetal e o minério de ferro. Este sistema xa estaba implantado o século XV, conseguíndose obter temperaturas de até 1200 °C. Este procedemento foi substituído polo emprego de altos fornos.

No principio se usaba carbón vegetal para a obtención de ferro como fonte de calor e como axente redutor. O século XVIII, na Inglaterra, o carbón vegetal comezou a escassear e tornarse caro, iniciándose a utilización do coque, un combustíbel fósil, como alternativa. Foi utilizado por primeira vez por Abraham Darby, no inicio do século XVIII, construíndo en Coalbrookdale un "alto forno". Mesmo así, o coque só foi empregado como fonte de enerxía na Revolución industrial. Neste período a demanda foi se tornando cada vez maior debido a súa utilización, como por exemplo, en estradas de ferro.

O alto forno foi evolucionando ao longo dos anos. Henry Cort, en 1784 , aplicou novas técnicas que melloraron a produción. En 1826 o alemán Friedrich Harkot construíu un alto forno sin mampostería para humos.

En finais do século XVIII e inicio do século XIX comezouse a empregar amplamente o ferro como elemento estrutural en pontes, edificios e outros. Entre 1776 e 1779 se construíu a primeira ponte de ferro fundido por John Wilkinson e Abraham Darby. Na Inglaterra foi empregado por primeira vez o ferro na construción de edificios por Mathew Boulton e James Watt, no principio do século XIX. Tamén son coñecidas outras obras deste século, como por exemplo, o "Palacio de Cristal" construído para a Exposición Universal de 1851 en Londres , do arquitecto Joseph Paxton, que ten unha armação de ferro, ou a Torre Eiffel, en París , construída en 1889 para a Exposición Universal, onde foron utilizadas miles de toneladas de ferro.

Abundancia e obtención

É o metal de transición máis abondosa da crosta terrestre, e cuarto de todos os elementos. Tamén abunda no Universo, habéndose encontrados meteoritos que conteñen este elemento. O ferro é encontrado en numerosos minerais, destacándose:

A hematita (Fe2O3), a magnetita (Fe3O4), a limonita (FeO(OH)), a siderita (FeCO3), a pirita (FeS2) e a ilmenita (FeTiO3).

Pódese obter o ferro a partir dos óxidos con maior ou menor teor de impurezas. Moitos dos minerais de ferro son óxidos.

A redución dos óxidos para a obtención do ferro é efectuada en fornos denominados alto forno ou forno alto. Nel son adicionados os minerais de ferro, en presenza de coque , e carbonato de cálcio, CaCO3 , que actúa como escorificante.

No proceso de obtención, xeralmente é usado a hematita, que presenta punto de fusión de 1560 °C. Para que esa temperatura sexa diminuída, é adicionado o carbonato de cálcio (CaCO3). Alén de promover a redución do punto de fusión da hematita, el actúa reaccionando con impurezas presentes como o dióxido de silício (SiO2) formando o metassilicato de cálcio (CaSiO3), coñecido como escória. O coque (carbono amorfo, con máis do 90% de pureza) é usado para promover a redución da hematita, transformando o Fe3+ en Fe(s). Inicialmente, o coque, en presenza de exceso do2 fornecido polo ar, reacciona producindo CO2. O dióxido de carbono así producido, e tamén proveniente do carbonato de cálcio, reaccionan co coque que é constantemente adicionado ao alto forno, producindo CO. Este, por fin será o responsábel por reaccionar con Fe2O3 producindo Fe(s) e CO2

O proceso de oxidação do coque con osíxeno libera enerxía. Na parte inferior do alto forno a temperatura pode alcanzar 1900 °C.

Inicialmente, os óxidos de ferro son reducidos na parte superior do alto forno, parcial ou totalmente, co monóxido de carbono, xa producindo ferro metálico. Exemplo: redución da magnetita:

Fe3O4 + 3CO → 3FeO + 3CO2
FeO + CO → Fe + CO2

Posteriormente, na parte inferior do alto forno, onde a temperatura é máis elevada, ocorre a maior parte da redución dos óxidos co coque (carbono):

Fe3O4 + C → 3FeO + CO

O carbonato de cálcio se decompõe:

CaCO3 → CaO + CO2

e o dióxido de carbono é reducido co coque a monóxido de carbono, como visto enriba.

Na parte máis inferior do alto forno ocorre a carburação:

3Fe + 2CO → Fe3C + CO2

Finalmente ocorre a combustão e a dessulfuração (eliminación do enxofre) debido á injeção de ar no alto forno, e por último son separadas as fraccións: a escória do ferro fundido, que é a materia-prima empregada na industria.

O ferro obtido pode conter moitas impurezas non desexabades, sendo necesario sometelo a un proceso de refinação que pode ser realizado en fornos chamados convertedores.

En 2004, os cinco maiores países produtores de ferro eran a China, o Brasil, a Australia, a Africa e a Rusia, con 74% da produción mundial.[1]

Compostos

Auga con compostos de ferro

Papel biolóxico

O ferro é practicamente encontrado en todos os seres vivos e cumpre numerosas e variadas funcións.

Tanto o exceso como a deficiencia de ferro poden causar problemas no organismo. O envenenamento por ferro é chamado de hemocromatose mentres que a súa deficiencia é coñecida popularmente como anemia. A palabra anemia, a pesar de estar popularmente asociada á carencia de ferro no organismo, non é utilizada unicamente para ela. Para a carencia de ferro no organismo, cabe o nome específico de anemia ferropriva. Nas transfusões de sangue son usados ligantes que forman co ferro complexos de alta estabilidade, evitando que ocorra unha caída demasiada de ferro libre. Estes ligantes son coñecidos como sideróforos. Moitos organismos empregan estes sideróforos para captar o ferro que necesitan. Tamén poden ser empregados como antibióticos, pois non permiten ferro libre dispoñíbel.

Súa carencia nos humanos pode causar, alén da anemia, anorexia, sensibilidade ósea e a clima frío, prisión de ventre, disturbios digestivos, mareo, fatiga, problemas de crecemento, irritabilidade, inflamação da lingua.

Seu exceso (en nivel de nutriente) nos humanos pode causar: igualmente anorexia, mareo, fatiga e dores de cabeza.[2][3]

O tanino presente no té e café inibem, en 64 e 33% respectivamente, a absorção de ferro. O magnésio inibe a absorção de ferro cando a presenza do primeiro é 300 veces maior do que o ferro, o zinco cando cinco veces maior e o cálcio en cantidades superiores a 500 mg, aínda que a influencia do cálcio aínda sexa discutida.

A deficiencia de vitamina A inibe a utilización do ferro.

Polifenóis se ligan ao ferro e impiden súa absorção.

Aspectos nutricionais e metabólicos

O ferro é un dos elementos máis facilmente encontrabades na superficie da Terra, mais mesmo así, súa deficiencia é a causa máis común de anemia , afectando cerca de 500 millóns de persoas en todo o mundo. Iso se debe á capacidade limitada do organismo na absorção de ferro e á frecuencia da perda de ferro por hemorragia.

Absorção

A absorção do ferro, especialmente de orixe vegetal, é aumentada coa ingestão conxunta de alimentos levemente ácidos (ou proteínas) e tamén por alimentos ricos en ácido ascórbico (vitamina C).

Estudos indican que a absorção de ferro aumenta de 3,7 para 10,4% cando se adiciona a ingestão de 40 a 50 mg de vitamina C, por mantelo solúvel. Algúns açucares como a frutose tamén colaboran para a absorção de ferro.

Distribución e transporte no organismo

O transporte e almacenamento do ferro é mediado por tres proteínas - transferrina, receptor de transferrina e ferritina. A transferrina pode conter até dous átomos de ferro. Ela entrega o ferro aos tecidos que teñen receptores de transferrina, especialmente eritoblastos na medula ósea que incorporan o ferro na hemoglobina. A transferencia entón é reutilizada. Ao final da sobrevida, os eritrócitos son destruídos nos macrófagos do sistema reticuloendotelial; o ferro é liberado da hemoglobina, entra no plasma e fornece a maioría do ferro da transferrina. Soamente unha pequena porción do ferro da transferrina plasmática vén da dieta, absorbido no duodeno e no jejuno.

Algún ferro é almacenado nas células reticulares endoteliais, como a ferritina e hemossiderina, en cantidades moito variabades, conforme a situación das reservas dese elemento no organismo. En xeral a ferritina é un complexo proteico hidrossolúvel de ferro con peso molecular 465.000, é formada dunha cuncha proteica externa, a apoferrina, que consiste de 22 subunidades, e dun núcleo de hidroxifosfato de ferro. Contén até 20% en peso de ferro e non é visíbel á microscopia óptica. Cada molécula de apoferrinpode ligar até 4.000 a 5.000 átomos de ferro. A hemossiderina é un complexo proteico insolúvel de ferro, de composición variável, contendo cerca de 37% en peso de ferro. É derivada da digestão lisossômica parcial de agregação de moléculas de ferritina e visíbel á microscopia óptica nos macrófagos e noutras células tras coloração con Perls (azul da Prússia). O ferro na ferritina e na hemossiderina están na forma férrica (Fe(III)). Unha encima que contén cobre, a ceruloplasmina, cataliza a oxidação do ferro para a forma férrica para a conexión na transferrina plasmática.

O ferro tamén está presente nos músculos, como na mioglobina, e na maioría das células do organismo en encimas que conteñen ferro, como, p. ex., citocromos, desidrogenase succínica, catalase, etc. O ferro tissular ten menos probabilidade de ser depletado que a hemossiderina, a ferritina e a hemoglobina en estado de deficiencia de ferro, mais pode ocorrer algunha redución no contido de encimas contendo heme.

Os niveis de ferritina e os de receptor de transferrina (TfR) correlacionam-se coas reservas de ferro, de modo que a sobrecarga de ferro causa aumento na ferritina tissular e caída no TfR, mentres na deficiencia de ferro a ferritina é baixa, e o TfR, alto. Esa relación xorde por intermedio da conexión dunha resposta ao ferro (Ires) na ferritina e nas moléculas de (mRNA de TfR. A deficiencia de ferro aumenta a capacidade da IRP ligarse aos IRES, mentres a sobrecarga diminúe a conexión. O sitio de conexión de IRP en Ires, a importe (5') ou jusante (3') do xene codificador determina aumento ou diminución da mRNA e, por tanto, de proteína.

Necesidades

A cantidade diaria de ferro necesaria para compensar tanto perdas do organismo como o crecemento varía coa idade e o sexo; é maior na gravidez, podendo causar varios problemas sanitarios na adolescência e nas mulleres que menstruam. Eses grupos, por tanto, son particularmente suscetíveis a desenvolver deficiencias de ferro cando hai perda adicional ou diminución prolongada da ingestão.

Deficiencia

Características clínicas

Cando hai deficiencia de ferro os depósitos reticuloendoteliais (hemossiderina e ferritina) son totalmente depletados antes que ocorran anemia. A medida que a doenza evoluciona, o paciente pode ter sinais e síntomas xerais de anemia e presentar glossite indolor, estomatite angular, uñas friáveis ou en colher (coiloníquia), disfagia como resultado de membranas faríngeas (Síndrome de Paterson-Kelly ou Plummer-Vinson) e perversão do apetite (pica). A causa das alteracións epiteliais non é clara, mais pode ser relacionada á diminución de ferro nas encimas que o conteñen. En nenos, a deficiencia de ferro é sobremaneira significativa porque causa irritabilidade, má función cognitiva e diminución no desenvolvemento psicomotor.

Causa de deficiencia

Perda crónica de sangue, especialmente uterina e no trato gastrointestinal, é a causa dominante.

Tratamento

Sempre que posíbel, é tratada a causa subjacente. Alén diso, é administrado ferro para corrixir a anemia e repor os depósitos.

Isótopos

O ferro ten catro isótopos estábeis naturais: 54Fe, 56Fe, 57Fe e 58Fe. As proporcións relativas destes isótopos na natureza son aproximadamente: 54Fe ( 5,8% ), 56Fe ( 91,7% ), 57Fe (2,2%) e 58Fe ( 0,3% ).

Precaucións

O ferro en exceso é tóxico. O ferro reacciona con peróxido producindo radicais libres. A reacción máis importante é:

Fe (II) + H2O2 → Fe (III) + OH- + OH·

Porén esta mesma reacción pode ter aplicación científica e industrial, na chamada Reacción de Fenton.

Cando o ferro se encontra nos niveis normais, os mecanismos antioxidantes do organismo poden controlar este proceso.

A dose letal de ferro en nenos de 2 anos é de 3 gramos. 1 gramo pode provocar un envenenamento importante.

O envenenamento por ferro é denominado hemocromatose. O ferro en exceso se acumula no fígado provocando danos neste órgano.

Ver tamén

Referencias

  1. minerals.usgs.gov/minerals/ pubs/commodity/iron_ore/feoremcs05.pdf
  2. Modern Nutrition in health and disease. 18º Edition. 1994. Maurice E Shils, James ª Olson and Moshe Shike.
  3. resent Knowlede in Nutrition. 6º Edition. 1990. Myrtle L. Brown.

Bibliografia

Notas

Conexións externas

Commons
O Wikimedia Commons posúe multimedia sobre Ferro

pnb:لوآ

Your Ad Here