Ferro

Ferro (Fe)

INFORMAÇÕES GERAIS

• Nome, símbolo, número: Ferro, Fe, 26
• Série química: Metal de transição
• Grupo, período, bloco: 8 (VIIIB), 4, d
• Densidade, dureza: 7874 kg/m3, 4

PROPRIEDADES ATÔMICAS

• Massa atômica: 55,845(2) u
• Raio atômico (calculado): 140(156) pm
• Raio covalente: 125 pm
• Configuração electrônica [Ar]: 3d6 4s2
• Elétrons (por nível de energia): 2, 8, 14, 2
• Estado(s) de oxidação: 2, 3, 4, 6 (anfótero)
• Estrutura cristalina: cúbico de corpo centrado

PROPRIEDADES FÍSICAS

• Estado da matéria: sólido
• Ponto de fusão: 1811 K
• Ponto de ebulição: 3134 K
• Entalpia de fusão: 13,8 kJ/mol
• Entalpia de vaporização: 349,6 kJ/mol
• Volume molar: 7,09×10−6 m3/mol
• Pressão de vapor: 7,05 Pa a 1808 K
• Classe magnética: Ferromagnético

DIVERSOS

• Eletronegatividade (Pauling): 1,83
• Calor específico: 440 J/(kg·K)
• Condutividade elétrica: 9,93 106 S/m
• Condutividade térmica: 80,2 W/(m·K)
• 1º Potencial de ionização : 762,5 kJ/mol
• 2º Potencial de ionização : 1561,9 kJ/mol
• 3º Potencial de ionização: 2957 kJ/mol
• 4º Potencial de ionização: 5290 kJ/mol

• O metal ferro é utilizado há milhares de anos, pois foram identificados artefatos do mesmo produzidos em torno de 4000 a 3500 a.C., mas só começou a ser obtido em quantidades apreciáveis por volta de 1200 a.C., época que ficou conhecida como "Idade do Ferro" (Chile,1942).

• É o quarto elemento mais abundante da crosta terrestre (aproximadamente 5%), um metal de transição e pertence ao grupo 8 da Tabela Periódica, tendo coloração cinza prateada e sendo maleável e dúctil.

• O ferro possui número atômico 26 (26 prótons e 26 elétrons) e massa atômica 56 u. À temperatura ambiente, encontra-se no estado sólido. É extraído da natureza sob a forma de minério de ferro, o mais comum é a hematita, com o qual é possível se obter várias formas de aço, através do controle do teor de carbono (o carbono ocorre de forma natural no minério de ferro).

• O processo de obtenção desse material é relativamente simples e pode ser descrito em três etapas:
  • (i) combustão incompleta do carvão na presença de oxigênio molecular, formando monóxido de carbono;
  • (ii) reação do monóxido de carbono com óxido de ferro, por exemplo Fe2O3, originando óxido de ferro (II) (FeO) e dióxido de carbono;
  • (iii) reação do FeO com monóxido de carbono, formando ferro metálico (Fe0) e dióxido de carbono.

• Sua utilização é vasta em função de ser um metal barato e resistente, além de relativamente fácil de moldar utilizando ferramentas simples. O ferro suporta o calor, de modo que é possível construir produtos como motores a partir dele e, ao contrário da maioria das substâncias, pode ser magnetizado, tornando-o útil para a criação de motores elétricos e geradores.

• O ferro é um "bom condutor elétrico", se apresenta em seu estado de oxidação +2, mas é facilmente oxidado a ferro +3, o que o torna um forte agente redutor. É também altamente corrosivo quando exposto ao ar.

• O ferro, ou melhor, o íon ferro (Fe+2), é muito importante para a saúde do homem e manutenção da vida. É esse íon que mantém as hemoglobinas do sangue funcionando e possibilita que consigam extrair oxigênio do ar quando o sangue passa pelos pulmões. O perfeito funcionamento do cérebro também depende do íon ferro. Porém o excesso de ferro pode trazer também problemas de saúde, como o aumento de riscos de câncer, de doenças degenerativas, como o mal de Parkinson, e o comprometimento de algumas funções normais do organismo.

Aplicações

• O ferro é o metal mais usado, com 95% em peso da produção mundial de metal. É indispensável devido ao seu baixo preço, resistência e dureza, especialmente empregado em automóveis, barcos e componentes estruturais de edifícios.

• Como visto anteriormente, é também indispensável para a saúde humana e pode ser obtido através da ingestão de carnes vermelhas e brancas, vegetais com coloração verde escura, leguminosas e algumas frutas. Sua deficiência pode causar anemia, fadiga, falta de apetite, entre outros sintomas.

• Pode ser comercializado sob várias formas embora o aço mereça um significante destaque, pois pode ser trabalhado por meio da forja, laminação e extrusão. Além disso, a dureza do aço(6,5) é maior que a do ferro(4,5), além de apresentar também maior resistência mecânica (tenacidade), quando comparado ao ferro metálico.

• Na realidade, enquanto elemento isolado (Fe metálico), tem muito menos aplicações, isso por conta da facilidade com que sofre oxidação em contato com o oxigênio atmosférico ou dissolvido, propriedade que o torna praticamente inútil em muitas utilizações comuns.

• Em relação às aplicações relacionadas ao aço, destacam-se:
• Utilidades domésticas: empregado nos restaurantes, cozinhas industriais, hospitais, laboratórios, empresas em geral e nas casas das pessoas, tem a resistência necessária para os mais variados usos em forma de utensílios domésticos. Tem características que evitam o acúmulo de resíduos, composição química que o impede descascar, longa durabilidade e baixo custo de manutenção.

• Transporte: está presente nos carros, caminhões, ônibus, trens, metrôs, navios, bicicletas e motocicletas. Transporta a população, interliga cidades e conduz as cargas.

• Construção Civil: largamente usado nessa área, pode estar presente como parte das obras ou como material principal, a exemplo do concreto armado, que é o concreto com estruturas em aço. O sistema construtivo em aço permite liberdade no projeto de arquitetura, maior área útil, flexibilidade, compatibilidade com outros materiais, menor prazo de execução, alívio de carga nas fundações, garantia de qualidade, maior organização nos canteiros de obras e precisão construtiva.

• Embalagens e recipientes: as embalagens de aço são usadas pela indústria em geral, sendo importantes na conservação e transporte de alimentos, produtos químicos, agrícolas, tintas, gases de cozinha e industriais. Especialmente em relação aos alimentos, o aço evita a contaminação, assegurando a sua qualidade. Além disso, é 100% reciclável.

• Energia: é usado em hidrelétricas, termelétricas e nucleares, torres de transmissão, transformadores, cabos elétricos, plataformas, tubulações, equipamentos de prospecção e extração de petróleo, assim como em perfuratrizes, esteiras e caçambas das minas de carvão. É, portanto, fundamental na produção e distribuição de energia no mundo.

• Agricultura: a eficiência do setor agrícola está diretamente ligada ao consumo de aço. A terra é preparada com arados, semeada e cercada usando equipamentos que levam aço. Na hora da colheita, com as ceifadeiras e colheitadeiras, assim na armazenagem em silos e graneleiros, o aço também está presente, permitindo que os alimentos cheguem ao mercado.

Ligas

• As ligas chamadas Ligas Ferrosas são aquelas onde o ferro é constituinte principal. Essas ligas são importantes como materiais de construção em engenharia. As ligas ferrosas são extremamente versáteis, no sentido em que elas podem ser adaptadas para possuir uma ampla variedade de propriedades mecânicas e físicas. A desvantagem delas é que elas são muito suscetíveis à corrosão.

• Ligas de aço: são ligas ferro-carbono que podem conter outros elementos e possuem suas propriedades mecânicas diretamente relacionadas ao teor de carbono, que é normalmente inferior a 1%. Podem ser divididas em:
  • Aços com baixo teor de carbono: essas ligas contem geralmente menos que 0,25% de C. como conseqüência essas ligas são moles e fracas, porém possuem uma ductibilidade e uma tenacidade excepcionais; além disso, são usináveis soldáveis e, dentre todos os tipos de aço, são os mais baratos de serem produzidos. Aplicações típicas para este tipo de liga incluem os componentes de carcaças de automóveis e chapas usadas em tubulações, edificações e latas estanhadas.
  • Aços com médio teor de carbono: esses aços possuem concentrações de carbono aproximadamente de 0,25 e 0,60%p de carbono. As maiores aplicações destas ligas se encontram em rodas de trens, engrenagens, virabrequins e outras peças de alta resistência que exigem uma combinação de elevada resistência, resistência à abrasão e tenacidade.
  • Aços com alto teor de carbono: esses aços apresentam em média uma concentração de carbono e 0,60 a 1,4%p. são mais duros, mais resistentes e, porem, os menos dúcteis dentre todos os aços de carbono. Esses aços são usados geralmente como ferramentas de corte, bem como para a fabricação de facas, laminas de serras para metais, molas e arames com alta resistência.

• Quando o conteúdo de carbono da liga é superior a 2,1% em peso, a liga metálica é denominada ferro fundido. Estas ligas apresentam, em geral, entre 3% e 4,5% de carbono em peso. Dependendo do tipo apresenta aplicações diferentes: em motores, válvulas, engrenagens e outras.

• A partir do aço comum se produzem materiais como o aço inoxidável, que contém níquel, manganês e cromo, e os aços especiais, com maiores concentrações desses e de outros elementos, de acordo com a aplicação a que se destinem.
  • Ligas de ferro-cromo: são utilizadas na produção de aços resistentes à corrosão, aços de alta liga e aços inoxidáveis. Os aços inoxidáveis são utilizados nas indústrias químicas, automobilística, celulose, petróleo de alimentos.
  • Ligas de ferro-manganês: são as ferro ligas mais utilizadas na fabricação de aço, praticamente todos os tipos de aços têm manganês em sua composição.
  • Ligas de ferro-nióbio: são utilizadas na fabricação de aços micro ligados, com aplicações na indústria automobilística, construção civil, indústria mecânica, aeroespacial e naval. Além disso, a tendência da informática moderna para as próximas décadas está na produção dos novos computadores quânticos, que deverão utilizar o nióbio como supercondutor.
  • Ligas de ferro-níquel: essas ligas são formadas por quarenta a cinqüenta por cento de níquel, e se caracterizam pelo coeficiente de dilatação muito baixo. A exemplo de uma delas temos a liga Alnico, que é formada por ferro, alumínio, níquel e cobalto e é largamente utilizada na produção de ímãs. Os ímãs de Alnico têm grande estabilidade térmica e são resistentes à oxidação. Suas principais aplicações são alto-falantes, motores elétricos e geradores de pequeno porte, captadores de guitarra elétrica etc. Foram também muito usados em instrumentos de medidas, como velocímetros, tacógrafos, medidores de energia elétrica, etc. Outra liga de ferro e níquel é o Nitinol, que se caracteriza pela sua memória de formato, que permite que a liga recupere seu formato original ao ser aquecida.

Curiosidades

• A Vila do Aço, realizada pelo Instituto Aço Brasil, é um evento que apresenta as aplicações do uso do aço no dia a dia, na indústria, nos transportes, na infraestrutura e no campo, além de oferecer novas alternativas para a construção civil. Demonstra ainda as diversas formas de uso de coprodutos do processo siderúrgico na indústria da construção civil, pavimentação, cerâmica, agricultura e fabricação de cimento. O uso de coprodutos transforma um potencial passivo em ativo ambiental e reduz o consumo de recursos naturais não-renováveis. Os visitantes podem visualizar como o aço transforma cidades e colabora com a melhoria dos espaços urbanos e rurais com a apresentação de réplicas em tamanho real.

https://www.youtube.com/watch?v=pbqgs_iTXHg

• Um outro aspecto interessante é entender como são produzidos os cabos de aço, como pode ser visto no link a seguir.

https://www.youtube.com/watch?v=OZQFQOql5aY

Referência bibliográfica

http://www.infoescola.com/quimica/ligas-metalicas/

http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc32_3/11-EQ-6809.pdf

http://www2.fc.unesp.br/lvq/LVQ_tabela/026_ferro.html

http://www.sindiextra.org.br/arquivos/2012_02_14_00_50_16_Ferro_Ligas.pdf

http://www.infoescola.com/elementos-quimicos/ferro/

http://nutricy.com.br/curiosidades-sobre-o-ferro/

http://www.brasilescola.com/quimica/ferro.htm

http://www.ebah.com.br/content/ABAAAAZ4kAH/ferro-suas-ligas?part=5

http://www.acobrasil.org.br/site/portugues/aco/aplicacoes--bens-capital.asp