Ferro - Iron


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Ferro,   26 Fe
chips de ferro puro com um cubo de ferro de alta pureza
Propriedades gerais
Aparência metálico brilhante com uma coloração acinzentada
Peso atómico Padrão ( A r, padrão ) 55,845 (2)
Ferro na tabela periódica
hidrogênio Hélio
Lítio Berílio Boro Carbono Azoto Oxigênio Flúor Néon
Sódio Magnésio Alumínio Silício Fósforo Enxofre Cloro argão
Potássio Cálcio Escândio Titânio Vanádio crômio Manganês Ferro Cobalto Níquel Cobre Zinco Gálio Germânio Arsênico Selênio Bromo criptônio
Rubídio Estrôncio Ítrio Zircônio Nióbio Molibdênio tecnécio Rutênio Ródio Paládio Prata Cádmio Indium Lata antimônio Telúrio Iodo xênon
Césio Bário Lantânio Cério Praseodímio neodímio Promécio Samário európio gadolínio Térbio disprósio Holmium Erbium Túlio Itérbio lutécio Háfnio Tântalo Tungstênio rênio Ósmio Iridium Platina Ouro Mercúrio (elemento) Tálio Conduzir Bismuto Polônio Astatine radão
francium Rádio Actínio Tório Protactínio Urânio Neptúnio Plutônio amerício curandeiro Berkelium californium Einsteinium fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium dubnium seaborgium Bohrium hassium Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium fleróvio Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson
-

Fe

Ru
manganêsferrocobalto
Número atómico ( Z ) 26
Grupo grupo 8
Período período de 4
Quadra d-bloco
categoria de elemento   metal de transição
configuração eletrônica [ Ar ] 3d 6 4s dois
Elétrons por shell
2, 8, 14, 2
Propriedades físicas
Fase em  STP sólido
Ponto de fusão 1811  K (1538 ° C, 2800 ° F)
Ponto de ebulição 3134 K (2862 ° C, 5182 ° F)
Densidade (perto  rt ) 7,874 g / cm 3
quando o líquido (no  pf ) 6,98 g / cm 3
Calor de fusão 13,81  kJ / mol
Calor da vaporização 340 kJ / mol
capacidade térmica molar 25,10 J / (mol · K)
Pressão de vapor
P  (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
em  T  (K) 1728 1890 2091 2346 2679 3132
Propriedades atômicas
estados de oxidação -4, -2, -1, 1, 2 , 3 , 4, 5, 6 , 7 (um  anfotérico óxido)
Eletro-negatividade escala Pauling: 1,83
energias de ionização
  • 1: 762,5 kJ / mol
  • 2: 1561,9 kJ / mol
  • 3: 2957 kJ / mol
  • ( Mais )
Raio atômico empírica: 126  pm
raio covalente Spin baixo: 132 ± 03:00
alta rotação: 152 ± 06:00
Linhas de cor em uma faixa espectral
Linhas espectrais de ferro
outras propriedades
Estrutura de cristal cúbica de corpo centrado (BCC)
estrutura cristalina cúbica de corpo centrado para ferro

a = 286,65 pm
Estrutura de cristal encarar-centrado cúbico (FCC)
estrutura cristalina cúbica de face centrada de ferro

entre 1185-1667 K
Velocidade do som haste fina 5.120 m / s (em  RT ) (electrolítico)
Expansão térmica 11,8? M / (m-K) (a 25 ° C)
Condutividade térmica 80,4 W / (mK)
Resistividade elétrica 96,1 Nco · m (a 20 ° C)
ponto de Curie 1043 K
ordenamento magnético ferromagnético
Módulo de Young 211 GPa
módulo de cisalhamento 82 GPa
módulo de volume 170 GPa
coeficiente de Poisson 0,29
dureza de Mohs 4
dureza de Vickers 608 MPa
dureza Brinell 200-1180 MPa
Número CAS 7439-89-6
História
Descoberta antes de 5000 aC
Principais isótopos de ferro
Isótopo Abundância Meia-vida ( t 1/2 ) modo de decaimento produtos
54 Fe 5,85% estável
55 Fe syn 2,73 y ε 55 Mn
56 Fe 91,75% estável
57 Fe 2,12% estável
58 Fe 0,28% estável
59 Fe syn 44,6 d β - 59 Co
60 Fe vestígio 2,6 x 10 6  y β - 60 Co
| referências

Ferro é um elemento químico com símbolo Fe (a partir Latina : Ferrum ) e número atómico 26. É um de metal na primeira série de transição . É, em massa, o elemento mais comum na Terra , que formam a maior parte da Terra exterior e o núcleo interior . É o quarto mais comum elemento na crosta da Terra . Sua abundância em planetas rochosos como a Terra é devido à sua abundante produção por fusão em alto massa estrelas , onde ele é o último elemento a ser produzido com liberação de energia antes do colapso violento de uma supernova , que dispersa o ferro para o espaço.

Como o outro grupo de oito elementos , ruténio e ósmio , existe ferro em uma ampla gama de estados de oxidação , de -2 a 7, embora 2 e 3 são as mais comuns. Ferro elementar ocorre na meteoróides e outros baixos de oxigénio ambientes, mas é reactivo ao oxigénio e à água . Superfícies de ferro fresco aparecer cinza-prateado brilhante, mas oxidar em ar normal para se obter hidratadas de óxidos de ferro , vulgarmente conhecido como ferrugem . Ao contrário dos metais que formam passivador de camadas de óxidos, óxidos de ferro ocupam mais volume do que o metal e, assim, descamar, expondo as superfícies frescas para corrosão.

Ferro de metal tem sido usado desde os tempos antigos , apesar de ligas de cobre , que têm temperaturas de fusão inferiores, foram usados ainda mais cedo na história humana. Ferro puro é relativamente macio, mas não pode ser obtido por fundição porque é significativamente endurecido reforçado e por impurezas, em particular de carbono , a partir do processo de fundição. Uma certa proporção de carbono (entre 0,002% e 2,1%) produz o aço , o qual pode ser de até 1000 vezes mais difícil do que o ferro puro. Em bruto de metal ferro é produzido em altos fornos , onde o minério é reduzida por coque de ferro-gusa , que tem um elevado teor de carbono. Refinamento com o oxigênio reduz o teor de carbono para a proporção correta para fazer aço. Aço e ferro ligas formados com outros metais ( ligas de aço ) são de longe os metais industriais mais comuns porque eles têm uma grande gama de propriedades desejáveis e rocha ferro-rolamento é abundante.

Compostos químicos de ferro tem muitos usos. Óxido de ferro misturado com pó de alumínio pode ser inflamados para criar uma reacção de térmite , utilizado na soldadura e depurar minérios. Ferro forma compostos binários com os halogéneos e os Calcogênios . Entre os seus compostos organometálicos é ferroceno , o primeiro composto sanduíche descoberto.

O ferro desempenha um papel importante na biologia , formando complexos com oxigénio molecular em hemoglobina e mioglobina ; estes dois compostos são comuns de transporte de oxigénio proteínas em vertebrados. O ferro é também o metal no local activo de muitos importantes redox enzimas relacionadas com a respiração celular e de oxidação e redução em plantas e animais. Em adultos machos humanos são cerca de 3,8 gramas de ferro e 2,3 gramas em mulheres, para quem o ferro é distribuídos em hemoglobina e por todo o corpo. O ferro é um elemento crítico no metabolismo de centenas de proteínas e enzimas envolvidas em diversas funções corporais, tais como o transporte de oxigénio , de ADN de síntese, e o crescimento celular .

Características

Propriedades mecânicas

Os valores característicos de resistência à tracção (TS) e de dureza Brinell (BH) de diferentes formas de ferro.
Material TS
(MPa)
BH
( Brinell )
bigodes ferro 11000
Ausformed (endurecido)
de aço
2930 850-1200
aço martensítico 2070 600
aço bainítica 1380 400
aço Pearlitic 1200 350
Trabalhado a frio de ferro 690 200
ferro pequeno-grão 340 100
ferro contendo carbono- 140 40
, Ferro single-cristal puro 10 3

As propriedades mecânicas do ferro e suas ligas podem ser avaliadas usando uma variedade de ensaios, incluindo o ensaio de Brinell , teste Rockwell e o teste de dureza Vickers . Os dados em ferro é de modo consistente, que é frequentemente utilizado para calibrar medições ou testes para comparar. No entanto, as propriedades mecânicas do ferro é significativamente afectada pela pureza da amostra: puros, um único cristal de ferro são, na verdade, mais macio do que o alumínio e o ferro puro produzido industrialmente (99,99%) tem uma dureza de Brinell de 20-30. Um aumento no teor de carbono vai causar um aumento significativo na dureza e resistência à tracção de ferro. Dureza máxima de 65 R c é conseguido com um teor de carbono de 0,6%, embora a liga tem uma baixa resistência à tracção. Devido à suavidade de ferro, é muito mais fácil de trabalhar do que a sua mais pesados congêneres rutênio e ósmio .

volume molar versus a pressão de ferro à temperatura ambiente α

Devido à sua importância para núcleos planetários, as propriedades físicas do ferro em altas pressões e temperaturas também têm sido extensivamente estudados. A forma de ferro que é estável sob condições padrão pode ser submetido a pressões de até ca. 15 GPa antes de se transformar numa forma de alta pressão, como descrito na secção seguinte.

diagrama de fases e formas alotrópicas

Ferro representa um exemplo de allotropy em um metal. Pelo menos quatro formas alotrópicas de ferro são conhecidos como α, γ, δ, e ε; a muito altas pressões e temperaturas, existe alguma evidência experimental controverso para uma fase β estável.

De baixa pressão diagrama de fases de ferro puro
As curvas de magnetização de 9 materiais ferromagnéticos, mostrando saturação. 1.  Chapa de aço 2.  aço silício, 3.  aço fundido, 4.  aço Tungsténio, 5.  Íman aço, 6.  ferro fundido, 7.  níquel, 8.  cobalto, 9.  A magnetite

Como o ferro fundido arrefece passado o seu ponto de congelação de 1538 ° C, cristaliza-se em sua alótropo δ, que tem um cúbica de corpo centrado (BCC) estrutura do cristal . À medida que arrefece ainda mais a 1394 ° C, que altera a sua forma alotrópica γ-ferro, uma face centrada cúbico estrutura cristalina (FCC), ou austenite . No 912 ° C e a seguir, a estrutura cristalina torna-se novamente o cco alótropo α-ferro. Finalmente, a 770 ° C (o ponto de Curie , o t c ) alterações ordenamento magnético de ferro a partir de paramagnético para ferromagnético . À medida que passa através da temperatura de Curie, de ferro não muda a sua estrutura, mas "domínios magnéticos" aparecer, onde cada domínio contém átomos de ferro com um spin electrónico em particular. Em ferro desmagnetizado, todos os spins electrónicos dos átomos dentro de um domínio tem a mesma orientação do eixo; no entanto, os elétrons de domínios vizinhos têm outras orientações com o resultado do cancelamento mútuo e sem campo magnético. Em ferro magnetizado, os spins electrónicos dos domínios estão alinhados e os efeitos magnéticos são reforçadas. Embora cada domínio contém bilhões de átomos, que são muito pequenas, cerca de 10 micrómetros de diâmetro. Isto acontece porque os dois electrões desemparelhados em cada átomo de ferro estão no d z 2 e d x 2 - y 2 orbitais, que não apontam directamente para os vizinhos mais próximos na rede cúbica de corpo centrado e, por conseguinte, não participam na ligação metálica ; Assim, eles podem interagir magneticamente entre si de modo que seus spins alinhados.

Com pressões acima de aproximadamente 10 GPa e temperaturas de algumas centenas de graus Kelvin, ou menos, alterações α-ferro em um hexagonal compacta-fim (HCP) estrutura, que também é conhecido como ε-ferro ; a uma temperatura mais elevada γ de fase também se transforma em ε-ferro, mas fá-lo a uma pressão mais elevada. A fase β, se ela existir, deveriam aparecer a pressões de pelo menos 50 GPa e temperaturas de pelo menos 1500 K e tem uma ortorrbica ou uma estrutura HCP dupla. Estas fases de alta pressão de ferro são importantes como modelos endmember para as partes sólidas de núcleos planetários. O núcleo interno da Terra é geralmente assumido como sendo um ferro- níquel liga com ε (ou β) estrutura. Um pouco confusa, o termo "β-ferro" é por vezes também usado para se referir a a-ferro acima do seu ponto de Curie, quando se muda de ser ferromagnético para paramagnético, embora a sua estrutura cristalina não foi alterado.

O ponto de fusão de ferro está bem definida experimentalmente para pressões inferiores a 50 GPa. Para pressões superiores, estudos colocar o-γ-ε líquido ponto triplo em pressões que diferem por dezenas de gigapascais e 1000 K no ponto de fusão. De um modo geral, dinâmica molecular simulações de computador de fusão de ferro e as experiências de onda de choque sugerem pontos de fusão mais elevados e um declive mais íngreme da curva de fusão do que as experiências estáticas realizados em células de bigorna de diamante . Os pontos de ferro de fusão e ponto de ebulição, juntamente com a sua entalpia de atomização , são mais baixos do que aqueles dos elementos 3d anteriores de escândio para crómio , mostrando a contribuição menor das electrões 3d a ligação metálica como eles são atraídos mais e mais para o inerte núcleo pelo núcleo; no entanto, eles são mais elevados do que os valores para o elemento anterior manganês porque esse elemento tem uma subcamada 3d meio-cheio e, consequentemente, os seus D-electrões não são facilmente deslocalizados. Esta mesma tendência aparece para rutênio, mas não de ósmio.

isótopos

Que ocorre naturalmente ferro consiste de quatro estáveis isótopos : 5,845% de 54 Fe, 91,754% de 56 Fe , 2,119% de 57 Fe e 0,282% de 58 Fe. Destes isótopos estáveis, apenas a 57 Fe tem um nuclear rotação (- 1 / 2 ). O nuclide 54 Fe teoricamente podem sofrer captura eletrônica dupla de 54 Cr, mas o processo nunca foi observado e apenas um limite inferior para a meia-vida de 3,1 × 10 22 de anos tem sido estabelecida.

60 Fe é um radionuclídeo extinto de longa meia-vida (2,6 milhões de anos). Não é encontrada na terra, mas o seu produto de decaimento final é a sua neta, o nuclídeo estável 60 Ni . Grande parte do trabalho passado na composição isotópica do ferro tem incidido sobre a nucleossíntese de 60 Fe por meio de estudos de meteorito s e formação de minério. Na última década, os avanços em espectrometria de massa permitiram a detecção e quantificação de minutos, ocorrendo naturalmente variações nas proporções dos isótopos estáveis de ferro. Muito deste trabalho é conduzido pela terra e ciência planetária comunidades, embora os aplicativos para os sistemas biológicos e industriais estão surgindo.

Em fases dos meteoritos Semarkona e Chervony Kut, uma correlação entre a concentração de 60 Ni, o neta de 60 Fe, e a abundância dos isótopos de ferro estáveis fornecida evidência para a existência de 60 Fe, no momento da formação do sistema solar . Possivelmente, a energia liberada pelo decaimento de 60 Fe, junto com isso liberada por 26 Al , contribuiu para a refusão e diferenciação dos asteróides após a sua formação 4,6 bilhões de anos atrás. A abundância de 60 Ni presente em extraterrestre material pode trazer mais conhecimento sobre a origem eo início da história do Sistema Solar .

A mais abundante isótopo de ferro 56 Fe é de particular interesse para os cientistas nucleares porque ele representa o ponto de extremidade mais comum de nucleosíntese . Desde 56 Ni (14 partículas alfa ) é facilmente produzido a partir de núcleos mais leves do processo de alfa em reacções nucleares em supernovas (ver processo de queima de silício ), que é o ponto de extremidade das cadeias de fusão dentro estrelas extremamente maciças , uma vez que a adição de uma outra partícula de alfa, resultando em 60 Zn, requer muito mais energia. Este 56 Ni, que tem uma meia-vida de cerca de 6 dias, é criado em quantidade nestas estrelas, mas decai em breve por duas emissões de pósitrons sucessivas dentro dos produtos supernova decaimento na supernova remanescente nuvem de gás, primeiro a radioativo 56 Co, e depois para estável 56 Fe. Como tal, o ferro é o elemento mais abundante no núcleo de gigantes vermelhas , e é o metal mais abundante em meteoritos de ferro e nos metais densos núcleos de planetas , tais como terra . É também muito comum no universo, em relação a outros estáveis metais de aproximadamente o mesmo peso atómico . O ferro é o mais sexto elemento abundantes no universo , e o mais comum refractário elemento.

Embora um ganho adicional de energia pequena poderia ser extraída através da síntese de 62 Ni , que tem uma energia de ligação marginalmente maior do que 56 Fe, em condições estrelas não são adequados para este processo. Produção elemento em supernovas e distribuição na Terra favorecem grandemente ferro ao longo de níquel, e em qualquer caso, 56 Fe ainda tem uma massa inferior por núcleo de 62 Ni, devido à sua maior fracção de protões mais leves. Por isso, os elementos mais pesados do que o ferro requerem um Supernova para a sua formação, que envolve a captura de neutrões rápidos , iniciando 56 Fe núcleos.

No futuro distante do universo, assumindo que a deterioração de protões não ocorre, frio fusão ocorrendo através de encapsulamento quântico faria com que os núcleos leves em matéria comum para fundir em 56 de Fe núcleos. Fissão e de emissão de partículas alfa , então, fazer decaimento núcleos pesados em ferro, a conversão de todos os objectos de massa estelar a frio esferas de ferro puro.

Meteoritos de ferro , semelhante em composição a núcleo inner- e externa da Terra

Ocorrência

Ocre caminho no Roussillon

Metálica ou de ferro nativo raramente é encontrado na superfície da Terra, porque tende a oxidar, mas seus óxidos são universais e representam os minérios primários. Enquanto isso torna-se cerca de 5% da crosta terrestre , tanto da Terra interior e núcleo exterior acredita-se que consistem basicamente de um ferro- níquel liga constituindo 35% da massa da terra como um todo. O ferro é, por conseguinte, o elemento mais abundante na crosta terrestre, mas apenas o quarto elemento mais abundante na crosta terrestre, depois de oxigénio , silício e alumínio . A maior parte do ferro em que a crosta é encontrado combinado com oxigénio como óxido de ferro minerais, tais como a hematite (Fe 2 O 3 ), magnetite (Fe 3 O 4 ), e siderite (FeCO 3 ). Muitas rochas ígneas também conter o sulfetos pyrrhotite e pentlandita .

Ferropericlase (Mg, Fe) S, uma solução sólida de periclásio (MgO) e wustite (FeO), faz-se cerca de 20% do volume do manto inferior da Terra, o que torna a segunda fase mineral mais abundante na região depois de silicato de perovskite (Mg, Fe) SiO 3 ; é também o principal hospedeiro para ferro no manto inferior. Na parte inferior da zona de transição do manto, o γ- reacção (Mg, Fe) 2 [SiO 4 ] ↔ (Mg, Fe) [SiO 3 ] + (Mg, Fe) S transformações γ-olivina em uma mistura de perovskita e ferropericlase e vice-versa. Na literatura, esta fase mineral do manto inferior é também muitas vezes chamado magnesiowüstite. Bridgmanite pode formar até 93% do manto inferior, e a forma de ferro de magnésio, (Mg, Fe) SiO 3 , é considerado como sendo o mais abundante mineral na Terra, tornando-se 38% do seu volume.

Grandes depósitos de ferro são encontrados em formações ferríferas . Estas formações geológicas são um tipo de rocha que consiste de camadas finas de óxidos de ferro utilizadas alternadas com faixas de ferro pobre em xisto e silex . As formações ferríferas foram estabelecidas no tempo entre 3.700  milhões de anos atrás e 1.800  milhões de anos atrás .

Os compostos de ferro mencionados têm sido usadas como pigmento s (comparar ocre ) desde o tempo histórico e contribuir assim para a cor das várias formações geológicas, por exemplo, o Buntsandstein (British Bunter , Sandstein colorido). No caso do Eisensandstein (a jurássico 'arenito de ferro', por exemplo, de Donzdorf ) na Alemanha e pedra de Bath , no Reino Unido, pigmentos de ferro contribuem para a cor amarelada de grandes quantidades de edifícios históricos e esculturas. Os conhecidos cor vermelha da superfície de Marte é derivado de um óxido de ferro rico em regolith .

Quantidades significativas de ferro ocorrem no mineral de sulfureto de ferro pirite (FeS 2 ), mas é difícil de extrair a partir de ferro-lo e, por isso, não é usada. Na verdade, o ferro é tão comum que a produção geralmente se concentra apenas em minérios com quantidades muito elevadas de ele. Durante resistência , ferro tende a lixiviar a partir de depósitos de sulfuretos como o sulfato e a partir de depósitos de silicato como o bicarbonato. Ambos estes são oxidados em solução aquosa e precipitar em pH até moderadamente elevada como óxido de ferro (III) .

Cerca de 1 em 20 meteoritos consistem na minerais única de ferro-níquel taenite (35-80% de ferro) e kamacite (% de ferro 90-95). Embora raro, meteoritos de ferro são a principal forma de ferro metálico naturais na superfície da Terra. De acordo com o Painel de Recursos Internacional de Stocks Metal no relatório da Sociedade , o estoque mundial de ferro em uso na sociedade é 2200 kg per capita. Países mais desenvolvidos diferem neste aspecto dos países menos desenvolvidos (7000-14000 vs 2000 kg per capita).

Química e compostos

oxidação
estado
composto representativo
-2 (d 10 ) Tetracarbonylferrate dissódico (reagente de Collman)
-1 (d 9 ) Fe
2
(CO) 2-
8
0 (d 8 ) pentacarbonil ferro
1 (d 7 ) Ciclopentadienilferro dicarbonilo dímero ( "Fp 2 ")
2 (d 6 ) Sulfato ferroso , ferroceno
3 (d 5 ) De cloreto férrico , ferrocénio tetrafluoroborato
4 (d 4 ) Fe (diars)
2
Cl 2 +
2
5 (d 3 ) FeO 3-
4
6 (d 2 ) ferrato de potássio
7 (d 1 ) [FeO 4 ] - (isolamento matriz, 4K)

Ferro mostra as propriedades químicas característicos dos metais de transição , ou seja, a capacidade para formar estados de oxidação variáveis diferentes em passos de um e uma muito grande coordenação e química organometálica: de facto, foi a descoberta de um composto de ferro, ferroceno , que revolutionalized esta última campo na década de 1950. Ferro é por vezes considerada como um protótipo para todo o bloco de metais de transição, devido à sua abundância e o imenso papel que desempenhou no progresso tecnológico da humanidade. Seus 26 electrões são dispostas na configuração [Ar] 3d 6 4s 2 , dos quais os 3d e 4s electrões são relativamente estreita em energia, e, assim, ela pode perder um número variável de electrões e não há nenhum ponto claro onde mais de ionização torna-se inútil .

Ferro forma compostos principalmente nas +2 e +3 estados de oxidação . Tradicionalmente, ferro compostos (II) são chamados ferroso , e ferro (III) compostos férrico . O ferro também ocorre em estados de oxidação mais elevados , por exemplo, a púrpura ferrato de potássio (K 2 FeO 4 ), que contém ferro no seu estado de oxidação 6. Embora ferro (VIII) óxido (FeO 4 ) tem sido afirmado, o relatório não pode ser reproduzida e de tal espécie (pelo menos com o ferro no seu estado de oxidação 8) foi encontrado para ser computacionalmente improvável. No entanto, uma forma de aniónico [FeO 4 ] - com o ferro no seu estado de oxidação +7, juntamente com um ferro (V) -peroxo isómero, foi detectada por espectroscopia de infravermelho a 4 K após a co-condensação de ablação por laser átomos de Fe com um mistura de O 2 / Ar. Ferro (IV) é um intermediário comum em muitas reacções de oxidação bioquímicos. Numerosos organoiron compostos contêm estados formais de oxidação de 1, 0, -1, -2 ou mesmo. Os estados de oxidação e outras propriedades de ligação são frequentemente avaliado por meio da técnica de espectroscopia de Mõssbauer . Muitos compostos de valência mista conter tanto o ferro (II) e ferro (III), tais como centros, magnetite e azul da Prússia (Fe 4 (Fe [CN] 6 ) 3 ). Este último é usado como o tradicional "azul" em plantas .

O ferro é o primeiro dos metais de transição que não pode atingir o seu estado de oxidação grupo de oito, embora o seu congéneres mais pesados ruténio e ósmio podem, com ruténio tendo mais dificuldade do que o ósmio. Ruténio exibe uma química catiónica aquosa na sua baixa estados de oxidação semelhante à do ferro, mas não faz ósmio, favorecendo estados elevados de oxidação em que se formam complexos aniónicos. Na segunda metade da série de transição 3d, semelhanças verticais para baixo os grupos competir com as semelhanças horizontais de ferro com o seu vizinhos cobalto e níquel na tabela periódica, que também são ferromagnéticos à temperatura ambiente e partilhar a química semelhante. Como tal, ferro, cobalto, níquel e são por vezes agrupados como a tríade de ferro .

Alguns pó amarelo-canário senta-se, na maior parte em pedaços, num vidro de relógio laboratório.
Hidratado de ferro (III) cloreto , também conhecido como cloreto férrico

Os compostos de ferro produzidos em maior escala na indústria são ferro (II) sulfato (FeSO 4 · 7 H 2 O ) e de ferro (III) cloreto de (FeCl 3 ). O primeiro é uma das fontes mais prontamente disponíveis, de ferro (II), mas é menos estável à oxidação aérea de sal de Mohr ((NH 4 ) 2 Fe (SO 4 ) 2 .6H 2 O). Ferro (II) compostos tendem a ser oxidado para se obter (III) compostos de ferro no ar.

Ao contrário de muitos outros metais, o ferro não se formar amálgamas com mercúrio . Como resultado, o mercúrio é comercializada em frascos normalizados 76 libras (34 kg) de ferro.

O ferro é, de longe, o elemento mais reactivo no seu grupo; é pirofórico quando finamente dividido e dissolve facilmente em ácidos diluídos, dando Fe 2+ . No entanto, ele não reage com concentrada de ácido nítrico e outros ácidos oxidantes, devido à formação de uma camada de óxido impermeável, que pode, no entanto, reagiu com ácido clorídrico .

compostos binários

Ferro reage com o oxigénio do ar para formar vários óxidos e compostos de hidróxido ; o mais comum são ferro (II, III), óxido de (Fe 3 O 4 ), e (III), óxido de ferro (Fe 2 O 3 ). Ferro (II), óxido de também existir, no entanto, é instável à temperatura ambiente. Apesar dos nomes, eles são realmente todos os compostos não-estequiométricos cujas composições podem variar. Estes óxidos são os principais minérios para a produção de ferro (ver bloomery e alto-forno). Eles também são usados na produção de ferrite , útil de armazenamento magnético media em computadores, e pigmentos. O sulfeto mais conhecido é pirita de ferro (FeS 2 ), também conhecido como ouro de tolo devido ao seu brilho dourado. Não é um ferro (IV) composto, mas é, na verdade, um ferro (II) de polissulfureto contendo Fe 2+ e S 2-
dois
iões em uma distorcida cloreto de sódio estrutura.

Os halogenetos ferrosos e férricos binários são bem conhecidos, com excepção de iodeto férrico. Os halogenetos ferrosos tipicamente surgem de tratamento de metais de ferro, com o correspondente ácido halídrico para dar os sais hidratados correspondentes.

Fe + 2 HX → FeX 2 + H 2 (X = F, Cl, Br, I)

Ferro reage com flúor, cloro, e bromo para dar os halogenetos correspondentes férrico, cloreto férrico , sendo o mais comum.

2 Fe + 3 X 2 → 2 FeX 3 (X = F, Cl, Br)

Iodeto férrico é uma excepção, sendo termodinamicamente instáveis devido ao poder oxidante de Fe 3+ e o alto poder de redução de I - :

2 I - + 2 Fe 3+ → I 2 + 2 Fe 2+ (E 0 = 0,23 V)

No entanto, quantidades de miligramas de iodeto férrico, um sólido preto, podem ainda ser preparados através da reacção de pentacarbonilo de ferro com iodo e monóxido de carbono na presença de hexano e de luz à temperatura de -20 ° C, certificando-se de que o sistema é bem isolada do ar e da água.

química da solução

Comparação de cores de soluções de ferrato (esquerda) e permanganato (à direita)

Os potenciais de redução padrão em solução aquosa ácida para alguns iões de ferro comuns são dadas abaixo:

Fe 2+ + 2 e - ⇌ Fe E 0 = -0,447 V
Fe 3+ + 3 e - ⇌ Fe E 0 = -0,037 V
FeO 2-
4
+ 8 H + + 3-E -
⇌ Fe 3+ + 4 H 2 O E 0 = 2,20 V

A tetraédrico vermelho-púrpura ferrato (VI) anião é um agente oxidante tão forte que se oxida azoto e amónia, à temperatura ambiente, e até mesmo a própria água em soluções ácidas ou neutras:

4 FeO 2-
4
+ 10 H
2
O
→ 4Fe 3+
+ 20 OH -
+ 3 O 2

O Fe 3+ ião tem uma grande química catiónico simples, embora o ião hexaquo pálido-violeta [Fe (H 2 O) 6 ] 3+ é muito prontamente hidrolisada quando o pH aumenta acima de 0, como se segue:

[Fe (H 2 O) 6 ] 3+ ⇌ [Fe (H 2 O) 5 (OH)] 2+ + H + K = 10 -3,05 mol dm -3
[Fe (H 2 O) 5 (OH)] 2+ ⇌ [Fe (H 2 O) 4 (OH) 2 ] + + H + K = 10 -3,26 mol dm -3
2 [Fe (H 2 O) 6 ] 3+ ⇌ [Fe (H
2
O)
4
(OH)] 4 +
2
+ 2 H + + 2 H 2 O
K = 10 -2,91 mol dm -3
Vermelho escuro óxido de ferro (III)
Azul-verde de ferro (II) sulfato de hepta-hidrato de

Medida que o pH sobe acima de 0 a forma espécie hidrolisada amarelo acima e à medida que sobe acima de 2-3, castanho-avermelhado hidratado óxido de ferro (III) precipita a partir da solução. Embora Fe 3+ tem um d 5 configuração, o seu espectro de absorção não é como a de Mn 2+ com as suas fracas faixas d-d, proibido-rotação, porque Fe 3+ tem carga positiva mais elevada e é mais de polarização, reduzindo a energia de o seu ligando-metal de transferência de carga absorções. Assim, todos os complexos acima são bastante fortemente colorido, com a única excepção do ião hexaquo - e mesmo que tem um espectro dominado pela transferência de carga na região do ultravioleta próximo. Por outro lado, o ferro verde pálido (II) hexaquo ião [Fe (H 2 O) 6 ] 2+ não sofre hidrólise apreciável. O dióxido de carbono é não evoluiu quando carbonato de aniões são adicionados, que em vez resulta em branco de ferro (II), carbonato de ser precipitado para fora. Em excesso de dióxido de carbono este forma o bicarbonato ligeiramente solúvel, que ocorre comumente na água subterrânea, mas oxida rapidamente no ar, para formar óxido de ferro (III) que é responsável por os depósitos castanhos presentes num número considerável de fluxos.

compostos de coordenação

Os dois enantiomorfos do ião ferrioxalato

Muitos compostos de coordenação de ferro são conhecidos. Um típico de seis coordenadas anião é hexachloroferrate (III), [FeCl 6 ] 3- , encontrado no mistas sal hexachloroferrate (III) cloreto de tetraquis (metilamio) . Complexos com vários ligandos bidentados ter isómeros geométricos . Por exemplo, o trans - chlorohydridobis (bis-1,2- (difenilfosfino) etano) ferro (II), complexo é utilizado como um material de partida para os compostos com a Fe ( DPPE ) 2 poro . O ião ferrioxalato com três oxalato de ligandos (mostrado à direita) exibe quiralidade helicoidal com as suas duas geometrias não-sobreponíveis marcado Λ (lambda) para o eixo de parafuso canhotos e Δ (delta) para o eixo de parafuso destros, em linha com convenções da IUPAC. Ferrioxalato de potássio é utilizado em química actinometria e juntamente com o seu sal de sódio é submetido a foto-redução aplicado em processos fotográficos velho estilo. O di-hidrato de ferro de oxalato (II) tem uma polimérico estrutura com iões de oxalato de co-planar em ponte entre os centros de ferro com a água de cristalização localizado formar as tampas de cada um octaedro, como ilustrado abaixo.

Modelo de esfera-e-vara de uma cadeia na estrutura de cristal de ferro (II) di-hidrato de oxalato de

O azul da Prússia , Fe 4 [Fe (CN) 6 ] 3 , é o mais famoso dos complexos de cianeto de ferro. A sua formação pode ser usado como um teste de química húmida simples para distinguir entre as soluções aquosas de Fe 2+ e Fe 3+ como eles reagem (respectivamente) com ferricianeto de potássio e ferrocianeto de potássio para formar o azul da Prússia.

tiocianato teste positivo vermelho-sangue para ferro (III)

Ferro (III), complexos são bastante semelhantes às de crómio (III) com a excepção de ferro (III) de preferência por O -donor em vez de N -donor ligandos. O último tendem a ser um pouco mais instáveis do que complexos de ferro (II) e muitas vezes se dissociam em água. Muitos complexos Fe-S mostrar cores intensas e são utilizados como testes para fenóis ou enóis . Por exemplo, no teste de cloreto férrico , utilizado para determinar a presença de fenóis, de ferro (III), cloreto reage com um fenol para formar um complexo de violeta escuro:

3 ArOH + FeCl 3 → Fe (OAr) 3 + 3 HCl (Ar = arilo )

Entre os complexos de halogeneto e pseudo-haletos, os complexos de flúor, de ferro (III) são as mais estáveis, com o incolor [FeF 5 (H 2 O)] 2- sendo o mais estável em solução aquosa. Complexos de cloro são menos estáveis e favorecer coordenação tetraédrica como em [FeCl 4 ] - ; [Febr 4 ] - e [Fei 4 ] - são reduzidos facilmente a ferro (II). Tiocianato é um teste comum para a presença de ferro (III), uma vez que constitui a barreira sangue-vermelho [Fe (SCN) (H 2 O) 5 ] 2+ . Como manganês (II), a maior parte do ferro (III) são complexos de alta rotação, sendo as excepções aqueles com ligandos que são ricos no série espectroquímica , tais como cianeto . Um exemplo de um complexo de ferro-baixo spin (III) é [Fe (CN) 6 ] 3- . Os ligandos de cianeto pode ser facilmente separada em [Fe (CN) 6 ] 3- , e, portanto, este complexo é venenosa, ao contrário do ferro (II), complexo [Fe (CN) 6 ] 4- encontrado em azul da Prússia, que não liberta cianeto de hidrogénio excepto quando ácidos diluídos, são adicionados. Ferro mostra uma grande variedade de electrónicas estados de spin , incluindo cada valor possível número quântico de spin para um elemento de bloco-d a partir de 0 (diamagnético) a 5 / 2 (5 electrões desemparelhados). Este valor é sempre metade do número de elétrons desemparelhados. Complexos com zero a dois electrões desemparelhados são considerados de baixa rotação e aqueles com quatro ou cinco são considerados de alta rotação.

Ferro (II) são menos estáveis do que o ferro (III) complexos, mas a preferência para ó ligandos -donor é menos acentuada, de modo que, por exemplo, [Fe (NH 3 ) 6 ] 2+ é conhecido enquanto [Fe (NH 3 ) 6 ] 3+ não é. Eles têm uma tendência para ser oxidado a ferro (III), mas esta pode ser moderado por um pH baixo e os ligandos específicos utilizados.

compostos organometálicos

pentacarbonil ferro
Fulvaleno , que Pauson e Kealy procurado para preparar
O (incorrecto) estrutura para ferroceno que Pauson e Kealy proposto
A fórmula estrutural de ferroceno
ferroceno em pó

Complexos de cianeto são tecnicamente organometálico , mas mais importante é carbonilo complexos e de sanduíche e compostos meia-sanduhe . O primeiro de ferro (0) é composto pentacarbonilo de ferro , Fe (CO) 5 , o qual é utilizado para a produção de ferro carbonilo em pó, numa forma altamente reactiva de ferro metálico. Thermolysis de pentacarbonil ferro dá o cluster trinuclear, triiron dodecacarbonyl . O reagente de Collman, tetracarbonylferrate dissódico , é um reagente útil para a química orgânica; que contém ferro no estado de oxidao -2. Ciclopentadienilferro dicarbonilo dímero contem ferro no estado de oxidação 1 raro.

Ferroceno foi um composto extremamente importante no início da história do ramo da química organometálica , e até hoje de ferro ainda é um dos metais mais importantes neste domínio. Foi sintetizado pela primeira vez em 1951 durante uma tentativa para preparar o fulvaleno (C 10 H 8 ) por dimerização oxidativa de ciclopentadieno ; o produto resultante foi encontrada para ter a fmula molecular C 10 H 10 Fe e relatados como exibindo "estabilidade notável". A descoberta despertou o interesse substancial no campo da química organometálica, em parte porque a estrutura proposta por Pauson e Kealy (mostrado à direita) era incompatível com modelos de ligação, em seguida,-existentes e não explicar a sua estabilidade inesperada. Por conseguinte, o desafio inicial era para determinar definitivamente a estrutura de ferroceno, na esperança de que a sua ligação e propriedades, então, ser compreendido. O surpreendentemente nova estrutura de sanduíche, [Fe (η 5 -C 5 H 5 ) 2 ], e foi deduzida relatado independentemente por três grupos em 1952: Robert Burns Woodward e Geoffrey Wilkinson investigada a reactividade, a fim de determinar a estrutura e demonstraram que ferroceno é submetido a reacções semelhantes a uma molécula aromática típica (tal como o benzeno ), Ernst Otto Fischer deduzida a estrutura de sanduíche e também começou sintetizar outros metalocenos incluindo cobaltocene ; Eiland e Pepinsky fornecida de raios-X cristalográfica confirmação da estrutura em sanduíche.

Aplicando ligação de valência de ferroceno, considerando uma Fe 2+ centro e dois aniões ciclopentadienido (C 5 H 5 - ), que são conhecidos por serem aromático de acordo com a regra de Hkel e, portanto, altamente estável, permitiu predição correcta da geometria da molécula. Uma vez que a teoria orbital molecular foi aplicado com sucesso eo modelo Dewar-Chatt-Duncanson proposta, as razões para a estabilidade notável de ferroceno ficou claro. Ferroceno não foi o primeiro composto organometálico conhecido - sal de Zeise , K [PtCl 3 (C 2 H 4 )] · H 2 O foi relatado em 1831 e do Mond descoberta de Ni (CO) 4 ocorreu em 1888, mas foi a descoberta de ferroceno que começou química organometálica como uma área separada da química. Foi tão importante que Wilkinson e Fischer compartilhada 1973 Prêmio Nobel de Química "por seu trabalho pioneiro, realizado de forma independente, sobre a química do organometálica, chamados compostos sanduíche ". -Se ferroceno pode ser utilizado como a espinha dorsal de um ligando, por exemplo, 1,1'-bis (difenilfosfino) ferroceno (dppf). Ferroceno em si pode ser oxidado para se obter o ferrocénio catião (Fe + ); o par ferroceno / ferrocénio é muitas vezes usado como referência em electroquímica.

Os metalocenos como ferroceno podem ser preparados por reacção de recém-rachada ciclopentadieno com cloreto de ferro (II) e a base. É uma substância aromática e sofre reacções de substituição em vez de reacções de adição de ligandos de ciclopentadienilo. Por exemplo, reacção de Friedel-Craf ts de ferroceno com anidrido acético rendimentos acetylferrocene apenas como acilação de benzeno produz acetofenona sob condições semelhantes.

Síntese de acetylferrocene de dicyclopentadiene.png

Espécies organometálicas centrada-ferro são utilizados como catalisadores . O complexo Knölker , por exemplo, é um de hidrogenação de transferência de catalisador para cetonas .

Etimologia

"Iren," uma palavra antiga Inglês para 'ferro'

Como o ferro tem sido usado por um longo tempo, tem muitos nomes diferentes em diferentes idiomas. A fonte de seu símbolo químico Fe é a palavra latina ferrum , e seus descendentes são os nomes do elemento nas línguas românicas (por exemplo, Francês fer , Espanhol hierro , e italiano e Português ferro ). A palavra Ferrum -se, possivelmente, vem das línguas semíticas , via etrusca , a partir de uma raiz que também deu origem a Old Inglês BRAES " latão ". A palavra Inglês ferro deriva finalmente do proto-germânico * isarnan , que é também a fonte do nome alemão Eisen . Foi provavelmente emprestado do Celtic * isarnon , que em última análise vem de proto-indo-europeu * is- (e) RO- "poderoso, santo" e, finalmente, * eis , força referência de ferro "forte" como um metal. Kluge relaciona * isarnon para Illyric e latino ira , 'ira'). Os Balto-eslavas nomes para ferro (por exemplo, russos железо [ zhelezo ], Polish Zelazo , lituano geležis ) são os únicos que estão por vir diretamente do proto-indo-europeu * g h elg h - "ferro". Em muitas destas linguagens, a palavra de ferro pode também ser usado para denotar outros objetos feitos de ferro ou de aço, ou figurativamente por causa da dureza e resistência do metal. O chinês Tie ( tradicional鐵; simplificado铁) deriva do proto-sino-tibetana * hliek , e foi emprestado em japonês como鉄tetsu , que também tem a leitura nativa kurogane "black metal" (semelhante à forma como o ferro é referenciado no Inglês palavra ferreiro ).

História

Ferro forjado

Um círculo, com uma forma de seta simples e curto que se estende diagonalmente para cima e para a direita a partir da sua borda
O símbolo para Marte tem sido utilizado desde a antiguidade para representar ferro.
Um pilar, ligeiramente caneladas, com alguma ornamentação no seu topo.  É preto, ligeiramente resistiu a um marrom escuro perto da base.  Ele é de cerca de 7 metros (23 pés) de altura.  Ele está em cima de uma base circular levantou da pedra, e é cercado por uma pequena cerca, quadrado.
A coluna de ferro de Deli é um exemplo de extração e processamento metodologias de ferro de início Índia.

O ferro é um dos elementos, sem dúvida conhecidos do mundo antigo. Ele tem sido trabalhado, ou forjado , por milênios. No entanto, objetos de ferro de grande idade são muito mais raros do que objetos feitos de ouro ou prata, devido à facilidade com que o ferro corrói.

Cabeça arpão de ferro de Greenland . A borda de ferro cobre um narval arpão presa usando ferro meteorito do meteorito Cape York , um dos maiores meteoritos de ferro conhecidas.

Contas feitas de ferro meteórico em 3500 aC ou mais cedo foram encontrados em Gerzah, Egito por GA Wainwright. As contas contêm 7,5% de níquel, que é uma assinatura de origem meteórica desde ferro encontrado na crosta terrestre geralmente tem impurezas de níquel única minúsculas. Ferro meteórico foi altamente considerado devido à sua origem nos céus e foi muitas vezes utilizado para forjar armas e ferramentas. Por exemplo, uma faca de ferro meteórica foi encontrado na sepultura de Tutankhamon , contendo proporções semelhantes de ferro, cobalto, e níquel a um meteoritos descoberto na área, depositado por uma chuva de meteoritos antigo. Itens que provavelmente foram feitas de ferro por egípcios datam 3.000-2.500 aC. Ferro de meteoritos é comparativamente macio e dúctil e facilmente forjado por trabalho a frio , mas pode ficar frágil quando aquecido por causa do níquel conteúdo.

A primeira produção de ferro começou na Idade do Bronze Médio , mas levou vários séculos antes de ferro deslocados bronze. Amostras de fundidos de ferro de Asmar , Mesopotâmia e Alto Chagar Bazaar no norte da Síria foram feitas em algum momento entre 3000 e 2700 aC. Os hititas estabeleceu um império no centro-norte da Anatólia por volta de 1600 aC. Eles parecem ser os primeiros a compreender a produção de ferro de seus minérios e considerá-la altamente em sua sociedade. Os hititas começaram a fundir o ferro entre 1500 e 1200 aC e a prática se espalhou para o resto do Oriente Médio após seu império caiu em 1180 aC. O período subsequente é chamado de Idade do Ferro .

Artefactos de ferro fundido encontram-se na Índia datam de 1800 a 1200 aC, e no Levant de cerca de 1500 AC (sugerindo fundição em Anatólia ou o Cáucaso ). Referências alegados (compare história da metalurgia no Sul da Ásia ) ao ferro no indianos Vedas têm sido utilizados para pedidos de um uso muito precoce de ferro na Índia, respectivamente, a data em que os textos como tal. Os Rigveda prazo ayas (de metal), provavelmente, refere-se ao cobre e bronze, enquanto ferro ou Syama ayas , literalmente "metal preto", primeiro é mencionado na pós-Rigvedic Atarvaveda .

Algumas evidências arqueológicas sugerem ferro era fundido em Zimbabwe e sudeste da África tão cedo quanto o século VIII aC. Ferro de trabalho foi apresentado a Grécia no final do século 11 aC, a partir do qual se espalhou rapidamente por toda a Europa.

A propagação do ironworking na Europa Central e Ocidental é associado com Celtic expansão. De acordo com Plínio, o Velho , o uso de ferro era comum no Roman era. A produção de ferro anual do Império Romano é estimado em 84.750 t , enquanto o semelhante populosa e contemporâneo Han China produziu cerca de 5000 t. Na China, ferro só aparece por volta de 700-500 aC. Fundição de ferro pode ter sido introduzida na China através da Ásia Central. Os primeiros indícios do uso de um alto-forno na China remonta ao século 1 dC, e fornos de cúpula foram usados tão cedo quanto o período dos Reinos Combatentes (403-221 aC). Uso do alto-forno e cúpula continuou a ser generalizada durante os canção e dinastias Tang .

Durante a Revolução Industrial na Grã-Bretanha, Henry Cort começou ferro refino de ferro-gusa para ferro forjado (ou ferro bar) usando sistemas de produção inovadores. Em 1783 ele patenteou o processo de empoçamento de minério de ferro de refino. Mais tarde, foi melhorado por outros, incluindo Joseph Salão .

Ferro fundido

Ferro fundido foi produzido pela primeira vez na China durante o século 5 aC, mas foi mal na Europa até o período medieval. Os primeiros ferro fundido artefatos foram descobertos por arqueólogos no que é agora moderno Luhe County , Jiangsu na China. Ferro fundido foi usado na China antiga para a guerra, agricultura e arquitetura. Durante o medievais período, os meios foram encontrados na Europa de produção de ferro forjado a partir de ferro fundido (neste contexto conhecido como ferro-gusa ) usando forja finery . Para todos estes processos, carvão era necessária como combustível.

Coalbrookdale by Night , 1801. Os altos-fornos acender a tomada de ferro cidade de Coalbrookdale .

Medievais altos-fornos foram cerca de 10 pés (3,0 m) de altura e feita de tijolo à prova de fogo; ar forçado foi geralmente fornecida pelo fole de uso manual. Altos-fornos modernos têm crescido muito maior, com lareiras catorze metros de diâmetro que lhes permitam produzir milhares de toneladas de ferro por dia, mas essencialmente operam em muito da mesma forma como fizeram durante a época medieval.

Em 1709, Abraham Darby I estabeleceu um coque -fired alto-forno para a produção de ferro fundido, substituindo carvão vegetal, embora continuando a usar alto-fornos. A disponibilidade que se seguiu de ferro barato foi um dos factores que conduziram à Revolução Industrial . Perto do final do século 18, ferro fundido começou a substituir o ferro forjado para determinados fins, porque era mais barato. Teor de carbono em ferro não foi implicada como a razão para as diferenças nas propriedades de ferro forjado, ferro fundido, aço e até o século 18.

Desde que o ferro estava se tornando mais barato e mais abundante, tornou-se também um material estrutural importante após a construção da inovadora primeira ponte de ferro em 1778. Esta ponte ainda hoje como um monumento ao ferro papel desempenhado na Revolução Industrial. Após isso, o ferro foi usado em trilhos, barcos, navios, aquedutos e edifícios, bem como nos cilindros de ferro em motores a vapor . Ferrovias têm sido centrais para a formação de modernidade e idéias de progresso e vários idiomas (por exemplo, francês, espanhol, italiano e alemão) referem-se ferrovias como estrada de ferro .

Aço

Aço (com teor de carbono menor do que o ferro-gusa, mas mais do que o ferro forjado) foi produzido pela primeira vez na antiguidade usando um bloomery . Ferreiros na Luristan na Pérsia ocidental estavam fazendo bom aço em 1000 aC. Em seguida, versões melhoradas, Wootz aço pela Índia e pelo aço de Damasco foram desenvolvidos em torno de 300 aC e 500 dC, respectivamente. Estes métodos eram especializados, e assim por aço não se tornar um grande mercadoria até a década de 1850.

Novos métodos de produzi-lo por cementação barras de ferro no processo de cimentação foram inventados no século 17. Na Revolução Industrial , os novos métodos de produção de ferro bar sem carvão foram concebidos e estas foram posteriormente aplicado para produzir aço. No final dos anos 1850, Henry Bessemer inventado um novo processo de produção de aço, que envolve sopro de ar através de ferro fundido em bruto, para produzir aço macio. Este aço feita muito mais económico, conduzindo assim a forjado ferro não está a ser produzido em grandes quantidades.

Fundamentos da química moderna

Em 1774, Antoine Lavoisier utilizada a reacção de vapor de água com o ferro metálico dentro de um tubo de ferro incandescente para produzir hidrogénio nas suas experiências que conduziram à demonstração da conservação da massa , o que foi essencial para a mudança química a partir de uma ciência qualitativa de uma quantitativa.

papel simbólico

" Gab ouro ich für Eisen " - "Eu dei de ouro para o ferro". Germano-americano broche de WWI.

O ferro desempenha um certo papel na mitologia e encontrou vários uso como uma metáfora e no folclore . O grego poeta Hesíodo 's trabalhos e os dias (linhas 109-201) enumera diferentes idades do homem nomeado após metais como ouro, prata, bronze e ferro para dar conta de sucessivas eras da humanidade. A Idade do Ferro foi estreitamente relacionado com Roma, e no de Ovídio Metamorphoses

As Virtudes, em desespero, sair da terra; e a depravação do homem torna-se universal e completa. aço duro sucedeu então.

-  Ovídio, Metamorfoses , Livro I, da Idade do Ferro, linha 160 ff

Um exemplo da importância do papel simbólico de ferro pode ser encontrada na Campanha alemã de 1813 . Frederick William III encomendou então a primeira Cruz de Ferro , como a decoração militar. Jóias de ferro Berlin atingiu o seu pico de produção entre 1813 e 1815, quando o prussiano família real exortou os cidadãos a doar jóias de ouro e prata para o financiamento militar. A inscrição ich ouro gab für Eisen (I deu ouro para o ferro) foi usado também nos esforços de guerra posteriores.

Produção de ferro metálico

rotas industriais

A produção de ferro ou de aço é um processo que consiste em duas etapas principais. Na primeira fase ferro-gusa é produzido num alto-forno. Alternativamente, pode ser directamente reduzido. Na segunda etapa, o ferro-gusa é convertido em ferro forjado, de aço ou de ferro fundido.

O processo de colagem de fundição de minério de ferro para fazer ferro forjado de ferro-gusa, com direito homens ilustração mostrando que trabalham um alto-forno, a partir do Tiangong Kaiwu enciclopédia, publicado em 1637 pela canção Yingxing .
Como ferro foi extraído no século 19

Para alguns fins limitados quando for necessário, ferro puro é produzido em laboratório, em pequenas quantidades, reduzindo o óxido puro ou hidróxido com hidrogénio, ou formando pentacarbonilo de ferro e aquecendo-o a 250 ° C, de modo que ele se decompõe para formar pó de ferro puro . Outro método é a electrólise de cloreto ferroso para um cátodo de ferro.

processamento de alto-forno

Produção industrial de ferro começa com minério de ferro, sobretudo hematite , que tem uma fórmula nominal Fe 2 O 3 , e magnetite , com a fórmula Fe 3 O 4 . Estes minérios são reduzidos para o metal em um carbotérmica de reacção, isto é, por tratamento com carbono. A conversão é realizada normalmente num alto-forno, a temperaturas de cerca de 2000 ° C. O carbono é fornecida sob a forma de coque. O processo contém também um fluxo tal como pedra calcária , que é usado para remover minerais de silicatos no minério, que de outro modo entupir o forno. O coque e pedra calcária são alimentados no topo do forno, enquanto que uma explosão maciça de ar aquecido a 900 ° C, cerca de 4 toneladas por tonelada de ferro, é forçado para dentro da fornalha na parte inferior.

No forno, o coque reage com o oxigénio na corrente de ar para a produção de monóxido de carbono :

2 C + O 2 → 2 CO

O monóxido de carbono reduz o minério de ferro (na equação química abaixo, a hematite) para ferro fundido, tornando-se dióxido de carbono no processo:

Fe 2 O 3 + 3 CO 2 → Fe + 3 CO 2

Alguns ferro no de alta temperatura inferior região da fornalha reage directamente com o coque:

2 Fe 2 O 3 + 3 C → 4 Fe + 3 CO 2

A presente fluxo para derreter impurezas no minério é principalmente calcário ( carbonato de cálcio ) e a dolomite (carbonato de cálcio-magnésio). Outros fluxos especializados são usados dependendo dos detalhes do minério. No calor do forno a castinas decompõe a óxido de cálcio (também conhecido como cal viva):

CaCO 3 → CaO + CO 2

Em seguida, o óxido de cálcio combina com o dióxido de silício para formar um líquido de escória .

CaO + SiO 2 → CaSiO 3

A escória derrete com o calor da fornalha. Na parte inferior do forno, a escória derretida flutua sobre o ferro fundido mais denso, e aberturas no lado do forno estão abertas para correr o ferro e a escória separadamente. O ferro, uma vez arrefecido, é chamado ferro-gusa, enquanto a escória pode ser utilizado como um material em estrada construção ou a melhoria dos solos minerais pobres para a agricultura .

Este montão de pelotas de minério de ferro vai ser utilizado na produção de aço.

redução de ferro direto

Devido a preocupações ambientais, foram desenvolvidos métodos alternativos de ferro processamento. " Redução directa de ferro " reduz minério de ferro para um nódulo ferroso chamado ferro "esponja" ou ferro "directo" que é adequado para produção de aço. Duas reacções principais compreendem o processo de redução directa:

O gás natural é parcialmente oxidado (com o calor e um catalisador):

2 CH 4 + O 2 → 2 CO + 4 H 2

Estes gases são então tratados com o minério de ferro num forno, produzindo esponja de ferro sólido:

Fe 2 O 3 + CO + 2H 2 → 2 Fe + CO 2 + 2H 2 O

Sílica é removido através da adição de uma pedra calcária de fluxo como descrito acima.

térmite

O ferro é um subproduto da queima de uma mistura de pó de alumínio e de pó de ferrugem.

Fe 2 O 3 + 2 Al 2 → Fe + Al 2 O 3

outros processos

Uma panela de ferro fundido a ser usado para fazer aço

Ferro-gusa não é o ferro puro, mas tem 4-5% de carbono dissolvido no mesmo com pequenas quantidades de outras impurezas, como enxofre, magnésio, fósforo e manganês. À medida que o carbono é o principal impureza, o ferro (ferro fundido) torna-se quebradiça e difícil. Removendo as outras impurezas resultados em ferro fundido, que é utilizado para moldar artigos em fundições , tais como fogões, radiadores, tubos, postes e carris.

Alternativamente ferro gusa pode ser feita em aço (com até cerca de 2% de carbono) ou ferro forjado (ferro comercialmente puro). Vários processos têm sido usados para isso, incluindo forjas finery , empoçamento fornos, conversores Bessemer , Forno Siemens-Martin , fornos básicos de oxigênio e fornos elétricos . Em todos os casos, o objectivo é o de oxidar algum ou todo o carbono, juntamente com outras impurezas. Por outro lado, outros metais pode ser adicionado para tornar os aços de liga.

Recozimento envolve o aquecimento de uma peça de aço para 700-800 ° C durante várias horas e, em seguida, arrefecimento gradual. Isso torna o aço mais suave e mais funcional.

aplicações

diagrama de fase ferro-carbono

Metalúrgico

O ferro é o mais utilizado de todos os metais, representando mais de 90% da produção de metal em todo o mundo. Seu baixo custo e alta resistência tornam indispensável em aplicações de engenharia, tais como a construção de máquinas e máquinas-ferramentas , automóveis , as cascas de grandes navios , e componentes estruturais para edifícios. Desde que o ferro puro é muito macio, é mais comumente combinado com elementos de liga para fazer aço.

α-ferro é um metal relativamente macio que podem dissolver apenas uma pequena concentração de carbono (não mais do que 0,021% em massa em 910 ° C). Austenite (γ-ferro) é similarmente macio e metálico, mas pode dissolver consideravelmente mais carbono (tanto quanto 2,04% em massa a 1146 ° C). Esta forma de ferro é utilizado no tipo de aço inoxidável usado para fazer talheres, e um hospital e comida-serviço equipamento.

Comercialmente disponível de ferro é classificada com base na pureza e a abundância de aditivos. Ferro-gusa tem 3,5-4,5% de carbono e contém quantidades variáveis de contaminantes tais como enxofre , silício e fósforo . Ferro-gusa não é um produto comercializável, mas sim um passo intermediário na produção de ferro fundido e de aço. A redução de contaminantes em ferro gusa, que afectam negativamente as propriedades dos materiais, tais como enxofre e fósforo, os rendimentos de ferro fundido contendo 2-4% de carbono, 1-6% de silício, e pequenas quantidades de manganês . Ferro-gusa tem um ponto de fusão na gama de 1420-1470 K, que é menor do que qualquer um dos seus dois componentes principais, e faz com que seja o primeiro produto a ser fundido quando o carbono e ferro são aquecidos em conjunto. As suas propriedades mecânicas variam muito e dependem da forma do carbono leva na liga.

"Brancas" ferros fundidos conter seu carbono sob a forma de cementite , ou carboneto de ferro (Fe 3 C). Isto, o composto duro e quebradiço domina as propriedades mecânicas de ferros fundidos brancos, tornando-as difícil, mas sem resistência ao choque. A superfície quebrada de um ferro fundido branco é cheio de facetas finas do ferro-carboneto quebrado,, um material prateado brilhante muito pálido, daí a denominação. Arrefecimento de uma mistura de ferro com 0,8% de carbono lentamente abaixo de 723 ° C a temperatura ambiente resultados em camadas separadas, alternadas de cementite e α-ferro, que é macio e maleável e é chamado perlita pela sua aparência. Resfriamento rápido, por outro lado, não permite tempo para esta separação e cria duro e quebradiço martensita . O aço pode em seguida ser temperada por reaquecimento a uma temperatura entre, alterando as proporções de perlite e martensite. O produto final abaixo teor de carbono de 0,8% é uma mistura de perlite-αFe, e o teor de carbono que, acima de 0,8% é uma mistura de perlite-cementite.

Em ferro fundido cinzento existe o carbono finos flocos como separados, de grafite , e também torna o material de quebradiços devido aos flocos de arestas vivas de grafite que produzem concentração de tensão locais dentro do material. Uma nova variante de ferro fundido cinzento, referido como ferro fundido dúctil , é especialmente tratada com pequenas quantidades de magnésio para alterar a forma de grafite para esferóides, ou nódulos, reduzir as concentrações de tensão e vastamente aumentando a dureza e resistência do material.

Ferro forjado que contém menos de 0,25% de carbono, mas grandes quantidades de escória que lhe conferem uma característica fibrosa. É um produto resistente, maleável, mas não como fusíveis como ferro-gusa. Se aperfeiçoou a uma borda, ele perde-lo rapidamente. Ferro forjado é caracterizada pela presença de fibras finas de escória aprisionadas no interior do metal. Ferro forjado é mais resistente do que o aço à corrosão. Tem sido quase completamente substituído por aço suave para os produtos tradicionais "ferro forjado" e ferraria .

Produção de ferro de 2009 (milhões de toneladas )
País Minério de ferro Ferro gusa ferro direta Aço
China 1,114.9 549,4 573,6
Austrália 393,9 4,4 5.2
Brasil 305,0 25,1 0,011 26,5
Japão 66,9 87,5
Índia 257,4 38,2 23,4 63,5
Rússia 92,1 43,9 4.7 60,0
Ucrânia 65,8 25,7 29,9
Coreia do Sul 0,1 27,3 48,6
Alemanha 0,4 20.1 0,38 32,7
Mundo 1,594.9 914,0 64,5 1,232.4

Aço suave corrói mais rapidamente do que o ferro forjado, mas é mais barato e mais amplamente disponível. Aço carbono contém 2,0% de carbono ou menos, com pequenas quantidades de manganês , enxofre , fósforo , e silício. As ligas de aço conter quantidades variáveis de carbono, bem como outros metais, como o crómio , vanádio , molibdénio , níquel, tungsténio , etc. O seu teor de liga aumenta o seu custo, e por isso são normalmente apenas utilizados para o especialista utiliza. Uma liga de aço comum, porém, é de aço inoxidável . Desenvolvimentos recentes em siderurgia produziram uma crescente variedade de aços microligados, também denominado ' HSLA ' ou de alta resistência, aços de baixa liga, contendo pequenas adições para produzir altos pontos fortes e tenacidade frequentemente espectacular a um custo mínimo.

Além de aplicações tradicionais, ferro também é usado para a proteção das radiações ionizantes. Embora seja mais leve do que o outro tradicional material de protecção, de chumbo , é muito mais forte mecanicamente. A atenuação de radiação como uma função de energia é mostrado no gráfico.

A principal desvantagem de ferro e aço é que o ferro puro, ea maioria de suas ligas, sofrer mal de ferrugem se não estiver protegido, de alguma forma, um custo no valor de mais de 1% da economia do mundo. Pintura , galvanização , passivação , o revestimento de plástico e azulados são todos utilizados para proteger o ferro de oxidação através da exclusão de água e de oxigénio ou de protecção catódica . O mecanismo da oxidação do ferro é a seguinte:

Cátodo: 3 O 2 + 6H 2 O + 12 e - → 12 OH -
Ânodo: 4 Fe → 4 Fe 2+ + 8 e - ; 4 Fe 2+ → 4 Fe 3+ + 4 e -
No geral: 4 Fe + 3 O 2 + 6H 2 O → 4 Fe 3+ + 12 OH - → 4 Fe (OH) 3 ou 4 de FeO (OH) + 4 H 2 O

O electrólito é geralmente de ferro (II) sulfato em áreas urbanas (formados quando atmosférica enxofre dióxido de ataques de ferro), e partículas de sal na atmosfera em zonas balneares.

compostos de ferro

Embora o uso dominante de ferro é em metalurgia, compostos de ferro, também estão presentes na indústria. Catalisadores de ferro são tradicionalmente usados no processo de Haber-Bosch para a produção de amoníaco e o processo de Fischer-Tropsch para a conversão de monóxido de carbono de hidrocarbonetos para combustíveis e lubrificantes. Pó de ferro num solvente ácido foi utilizado na redução de Bechamp a redução do nitrobenzeno para anilina .

Ferro (III) Cloreto encontra uso na purificação de água e de tratamento de esgoto , no tingimento de tecidos, como um agente corante em tintas, como um aditivo na alimentação animal, e como um agente condicionador para o cobre no fabrico de placas de circuito impresso . Ele também pode ser dissolvido em álcool para formar tintura de ferro, o qual é utilizado como um medicamento para parar a hemorragia em canários .

Sulfato de ferro (II) é utilizado como um precursor de outros compostos de ferro. É também usado para reduzir cromato no cimento. Ele é usado para fortificar alimentos e tratar a anemia por deficiência de ferro . Ferro (III) sulfato é utilizado na resolução de partículas de esgoto hora em água do tanque. Cloreto de ferro (II) é usado como um agente de floculação reduzir, na formação de complexos de ferro e óxidos de ferro magnéticos, e como um agente de redução na síntese orgânica.

papel biológico e patológico

O ferro é necessário para a vida. Os cachos de ferro-enxofre estão presentes e incluem nitrogenase , as enzimas responsáveis pelo biológica fixação do azoto . Ferro contendo proteínas participam no transporte, armazenamento e utilizado de oxigénio. Proteínas de ferro estão envolvidos em transferência de electrões .

Estrutura de heme b ; no adicional proteína ligando (s) seria ligado ao Fe.

Exemplos de proteínas que contêm ferro em organismos superiores incluem hemoglobina, citocromo (ver ferro de alta valente ), e catalase . O ser humano adulto médio contém cerca de 0,005% de peso corporal de ferro, ou cerca de quatro gramas, dos quais três quartos é em hemoglobina - um nível que permanece constante, apesar de apenas cerca de um miligrama de ferro sendo absorvido cada dia, porque o corpo humano recicla sua hemoglobina para o teor de ferro.

Bioquímica

Aquisição de ferro constitui um problema para os organismos aeróbicos porque o ferro férrico é fracamente solúvel próximo de pH neutro. Assim, estes organismos desenvolveram meios para absorver o ferro na forma de complexos, por vezes, tendo-se ferro ferroso antes oxidante-lo de volta para o ferro férrico. Em particular, as bactérias têm evoluído muito alta afinidade sequestrantes agentes chamados sideróforos .

Depois da absorção em humanos células , de armazenamento de ferro é precisamente regulada. Um componente principal desta regulação é a proteína de transferrina , que se liga a iões de ferro absorvidos a partir do duodeno e carrega-a no sangue para as células. Transferrina contém Fe 3+ no meio de um octaedro distorcida, ligado a um azoto, três átomos de oxigénio e um quelante carbonato anião que intercepta o Fe 3+ de iões: tem um elevado tal constante de estabilidade que é muito eficaz na tendo-se Fe 3 + iões mesmo dos complexos mais estáveis. Na medula óssea, a transferrina é reduzido a partir de Fe 3+ e Fe 2+ e armazenado como ferritina deve ser incorporada hemoglobina.

Os mais vulgarmente conhecidos e estudados bioinorgânicos compostos de ferro (moléculas biológicas de ferro) são as proteínas heme : exemplos são hemoglobina , mioglobina , e citocromo P450 . Estes compostos participam no transporte de gases, a construção de enzimas , e a transferência de electrões . Metaloproteínas são um grupo de proteínas com iões metálicos cofactores . Alguns exemplos de metaloproteínas de ferro são ferritina e rubredoxina . Muitas enzimas vitais para a vida contêm ferro, tais como catalase , lipoxigenases , e IRE-BP .

A hemoglobina é um veículo de oxigénio que ocorre em células vermelhas do sangue e contribui a sua cor, o transporte de oxigénio nas artérias dos pulmões para os músculos em que é transferido para a mioglobina , que armazena-lo até que seja necessário para a oxidação metabólica da glicose , a geração de energia . Aqui, a hemoglobina se liga a dióxido de carbono , produzido quando a glicose é oxidada, o qual é transportado através das veias pela hemoglobina (predominantemente como bicarbonato aniões) de volta para os pulmões, onde ele é exalado. Na hemoglobina, o ferro está em uma das quatro heme grupos e tem seis locais de coordenação possíveis; quatro são ocupadas por átomos de azoto, em uma porfirina anel, o quinto até um imidazol de azoto num histidina resíduo de uma das cadeias de proteínas ligados ao grupo heme, e a sexta está reservada para a molécula de oxigénio que pode ligar-se reversivelmente a. Quando a hemoglobina não estiver ligado ao oxigénio (e é então chamado de deoxi-hemoglobina), o Fe 2+ de iões no centro do heme grupo (no interior da proteína hidrofóbica) está numa configuração de alta rotação. É, assim, muito grande para caber dentro do anel de porfirina, que se dobra em vez em uma cúpula com a Fe 2+ de iões de cerca de 55 picometros acima dela. Nesta configuração, o sexto local de coordenação reservados para o oxigénio é bloqueado por um outro resíduo de histidina.

Quando deoxihemoglobina pega uma molécula de oxigénio, este resíduo de histidina se afasta e retorna uma vez que o oxigénio está firmemente ligados para formar uma ligação de hidrogénio com ele. Isto resulta em Fe 2+ de comutação de iões para uma configuração de rotação baixa, o que resulta num decréscimo de 20% no raio iónico de modo que agora pode encaixar-se no anel de porfirina, o que se torna plana. (Além disso, esta ligação de hidrogénio resulta na inclinação da molécula de oxigénio, resultando em um ângulo de ligação Fe-O-S de cerca de 120 ° que evita a formação de Fe-O-Fe ou Fe-O 2 -Fe pontes que conduziria a transferência de electrões, a oxidação do Fe 2+ a Fe 3+ , e a destruição de hemoglobina.) Isto resulta num movimento de todas as cadeias de proteínas que conduz a outras subunidades de hemoglobina mudando de forma para uma forma com maior afinidade para o oxigénio. Assim, quando a desoxi-hemoglobina leva o oxigénio, a sua afinidade para mais oxigénio aumenta, e vice-versa. A mioglobina, por outro lado, contém apenas um grupo heme e, portanto, este efeito cooperativo não pode ocorrer. Assim, enquanto que a hemoglobina está quase saturado com oxigénio nas elevadas pressões parciais de oxigénio encontradas nos pulmões, a sua afinidade para o oxigénio é muito menor do que a mioglobina, que oxigena mesmo a baixas pressões parciais de oxigénio encontradas nos tecidos musculares. Como descrito pelo efeito de Bohr (nome de Christian Bohr , o pai de Niels Bohr ), a afinidade para o oxigio da hemoglobina diminui na presença de dióxido de carbono.

Uma unidade heme da humano carboxihemoglobina , mostrando o ligando carbonilo na posição apical, trans para o resuo de histidina.

O monóxido de carbono e trifluoreto de fósforo são tóxicos para os seres humanos, porque eles ligam-se a hemoglobina de forma semelhante ao oxigénio, mas com muito mais força, de modo que o oxigénio não pode ser transportado por todo o corpo. Hemoglobina ligada ao monóxido de carbono é conhecido como carboxihemoglobina . Este efeito também desempenha um papel menor na toxicidade de cianeto , mas não o principal efeito é, de longe, a sua interferência com o funcionamento adequado do transporte de electrões citocromo proteína um. As proteínas do citocromo também envolver grupos heme e estão envolvidos na oxidação metabólica da glicose por oxigénio. O sexto sítio de coordenação é então ocupada por qualquer outro azoto de imidazole ou uma metionina de enxofre, de modo que estas proteínas são, em grande parte inerte ao oxigénio - com a excepção de um citocromo, que se liga directamente ao oxigénio e, portanto, é muito facilmente envenenados por cianeto. Aqui, a transferência de elétrons ocorre como o ferro permanece em baixa rotação, mas mudanças entre os +2 e +3 estados de oxidação. Uma vez que o potencial de redução de cada passo é ligeiramente maior do que o anterior, a energia é libertada passo-a-passo e, assim, pode ser armazenada em trifosfato de adenosina . Citocromo um é ligeiramente diferente, uma vez que ocorre na membrana mitocondrial, liga-se directamente ao oxigénio, e transporta protões bem como electrões, como segue:

4 CYTC 2+ + O 2 + 8H +
dentro
→ 4 CYTC 3+ + 2 H 2 O + 4H +
fora

Embora as proteínas heme são a classe mais importante de proteínas que contêm ferro, as proteínas ferro-enxofre são também muito importante, sendo envolvidos na transferência de electrões, que é possível uma vez que o ferro pode existir de modo estel em qualquer um dos +2 ou +3 estados de oxidação. Estes têm um, dois, átomos de quatro, oito ou de ferro que são cada um cerca de tetraedricamente coordenado a quatro átomos de enxofre; por causa dessa coordenação tetraédrica, eles sempre têm de ferro de alta rotação. A mais simples de tais compostos é rubredoxina , que tem apenas um átomo de ferro coordenado a quatro átomos de enxofre a partir de cisteína resíduos nas cadeias peptídicas circundantes. Outra classe importante de proteínas ferro-enxofre é os ferredoxinas , que têm vários átomos de ferro. Não transferrina não pertence a qualquer uma destas classes.

A capacidade do mar mexilhões para manter seu controle sobre rochas no oceano é facilitada pelo uso de organometálicos títulos à base de ferro em seus ricos em proteínas cutículas . Com base em réplicas sintéticos, a presença de ferro nessas estruturas aumentou o módulo de elasticidade de 770 vezes, a resistência à tracção 58 vezes, e dureza 92 vezes. A quantidade de estresse necessário para danificá-los permanentemente aumentou 76 vezes.

Saúde e alimentação

Ferro é generalizada, mas fontes particularmente ricas de ferro na dieta incluem carne vermelha , ostras , lentilhas , feijão , aves , peixe , vegetais de folha , agrião , tofu , grão de bico , feijão-fradinho , e melaço . Pão e cereais de pequeno almoço às vezes são especificamente enriquecidos com ferro.

Ferro fornecida por suplementos dietéticos é muitas vezes encontrados como ferro fumarato de (II) , apesar de ferro (II) sulfato é mais barato e é absorvido igualmente bem. Ferro elementar, ou de ferro reduzida, apesar de ter sido absorvida a apenas um terço a dois terços da eficiência (em relação ao sulfato de ferro), é frequentemente adicionado a alimentos, tais como cereais de pequeno-almoço ou farinha de trigo enriquecida. O ferro é mais disponível para o corpo, quando quelado com os aminoácidos e também está disponível para o uso como um comum suplemento de ferro . Glicina , o aminoácido mais barato e mais comum é o mais frequentemente utilizado para a produção de suplementos de ferro glicinato.

As recomendações dietéticas

O Instituto de Medicina dos EUA (IOM) atualizado estimado Requisitos Média (orelhas) e Recommended Dietary Allowances (RDAs) para o ferro em 2001. O EAR atual para ferro para mulheres com idades entre 14-18 é de 7,9 mg / dia, 8,1 para idades 19-50 e 5,0 depois (pós-menopausa). Para os homens a EAR é de 6,0 mg / dia para as idades de 19 e acima. A RDA é de 15,0 mg / dia para mulheres com idades entre 15-18, de 18,0 para 19-50 e depois 8,0. Para os homens, 8,0 mg / dia para as idades de 19 e acima. RDAs são mais elevados do que os ouvidos de forma a identificar quantidades que cobrirão as pessoas com maior do que os requisitos médios. RDA para a gravidez é de 27 mg / dia e, para a lactação, 9 mg / dia. Para crianças de 1-3 anos 7 mg / dia, 10 para idades 4-8 e 8 para as idades 9-13. Quanto à segurança, o IOM também define níveis Máximo de Ingestão Tolerável (MMSS) para vitaminas e minerais quando a evidência é suficiente. No caso do ferro a UL é fixada em 45 mg / dia. Coletivamente os ouvidos, RDAs e MMSS são referidos como Dietary Reference Intakes .

A Autoridade Europeia de Segurança Alimentar (EFSA) refere-se ao conjunto coletivo de informações como valores de referência dietéticos, com a ingestão de Referência Populacional (PRI) em vez de RDA, e Exigência média em vez de EAR. AI e UL definido o mesmo que nos Estados Unidos. Para as mulheres o PRI é de 13 mg / dia idades 15-17 anos, 16 mg / dia para mulheres com idades entre 18 e até que estão na pré-menopausa e pós-menopausa 11 mg / dia. Para a gravidez e lactação, 16 mg / dia. Para os homens o PRI é de 11 mg / dia idades de 15 e mais velhos. Para crianças de 1 a 14 do PRI aumenta de 7 a 11 mg / dia. Os PRIs são maiores do que as RDAs norte-americanos, com a exceção de gravidez. A EFSA reviu a mesma pergunta de segurança não estabeleceu uma UL.

Os bebês podem necessitar de suplementos de ferro se eles são alimentados com mamadeira de leite de vaca. Frequentes doadores de sangue estão em risco de baixos níveis de ferro e muitas vezes são aconselhados a completar a sua ingestão de ferro.

Para alimentos dos Estados Unidos e efeitos de rotulagem suplemento dietético a quantidade em uma porção é expressa como uma porcentagem do valor diário (% VD). Para fins de etiquetagem de ferro de 100% do valor diário foi de 18 mg, e como de 27 de maio de 2016 manteve-se em 18 mg. Uma tabela de todos os antigos e novos adultos de valores diários é fornecido Ingestão Diária Recomendada . O prazo original para estar em conformidade foi 28 julho de 2018, mas em 29 de setembro de 2017 os EUA Food and Drug Administration divulgou uma regra proposta que prorrogou o prazo para 01 de janeiro de 2020 para as grandes empresas e 01 de janeiro de 2021 para as pequenas empresas.

Deficiência

A deficiência de ferro é a mais comum deficiência nutricional no mundo. Quando a perda de ferro não é adequadamente compensada pela ingestão de ferro da dieta adequada, um estado de deficiência de ferro latente ocorre, o que ao longo do tempo conduz a anemia por deficiência de ferro , se não for tratada, a qual é caracterizada por um número insuficiente de células vermelhas do sangue e uma quantidade insuficiente da hemoglobina. Crianças, pré-menopausa as mulheres (mulheres em idade fértil), e pessoas com má alimentação são mais suscetíveis à doença. A maioria dos casos de anemia por deficiência de ferro são suaves, mas se não for tratada pode causar problemas como batimento cardíaco rápido ou irregular, complicações durante a gravidez, e atrasou o crescimento em lactentes e crianças.

Excesso

A absorção de ferro é fortemente regulada pelo corpo humano, o qual não dispõe de meios fisiológicos que são regulados de excreção de ferro. Apenas pequenas quantidades de ferro são perdidos diariamente devido à mucosa epitelial e descamação da pele da célula, de modo que o controlo dos níveis de ferro é conseguida principalmente através da regulação absorção. Regulação da absorção de ferro é prejudicada em algumas pessoas, como resultado de um defeito genético que mapeia para a região do gene HLA-H no cromossoma 6 e conduz a níveis anormalmente baixos de hepcidina , um regulador chave da entrada de ferro no sistema circulatório em mamíferos. Nestas pessoas, a ingestão de ferro em excesso pode resultar em perturbações de sobrecarga de ferro , conhecida medicamente como hemocromatose . Muitas pessoas têm uma susceptibilidade genética não diagnosticada à sobrecarga de ferro, e não estão cientes de uma história familiar do problema. Por esta razão, as pessoas não devem tomar suplementos de ferro a menos que sofrem de deficiência de ferro e ter consultado um médico. A hemocromatose é estimada como sendo a causa de 0,3 a 0,8% de todas as doenças metabólicas dos caucasianos.

Sobredosagens de ferro ingerido pode causar níveis excessivos de ferro livre no sangue. Níveis sanguíneos elevados de ferro ferroso livre reagem com os peróxidos para produzir altamente reactivos radicais livres que podem danificar o ADN , proteínas , lípidos , e outros componentes celulares. Toxicidade de ferro ocorre quando a célula contém ferro livre, o que geralmente ocorre, quando os níveis de ferro exceder a disponibilidade de transferrina para ligar o ferro. Danos para as células do tracto gastrointestinal pode também impedir que regulando a absorção de ferro, conduzindo a aumentos adicionais nos níveis sanguíneos. Ferro tipicamente danifica as células do coração , fígado e em outros lugares, causando efeitos adversos que incluem coma , acidose metabólica , choque , insuficiência hepática , coagulopatia , síndrome da angústia respiratória do adulto , lesão de órgão a longo prazo, e até mesmo a morte. Os seres humanos experimentar toxicidade do ferro quando o ferro for superior a 20 mg por cada kg de massa corporal; 60 miligramas por quilograma é considerado uma dose letal . O consumo excessivo de ferro, muitas vezes o resultado de crianças comer grandes quantidades de sulfato ferroso comprimidos destinados a consumo adulto, é uma das causas toxicológicos de morte mais comuns em crianças com menos de seis. A ingestão dietética de referência (DRI) define o nível tolerável de admissão (UL), para adultos com 45 mg / dia. Para crianças menores de quatorze anos de idade a UL é de 40 mg / dia.

A gestão médica de toxicidade de ferro é complicada, e pode incluir o uso de um específico quelante agente chamado deferoxamina para se ligar e expulsar o excesso de ferro do corpo.

Câncer

O papel do ferro em defesa do câncer pode ser descrito como uma "faca de dois gumes" por causa de sua presença difundida em processos não-patológicos. Pessoas com quimioterapia pode desenvolver deficiência de ferro e anemia , para que intravenosa terapia de ferro é utilizado para restaurar os níveis de ferro. Sobrecarga de ferro, o que pode ocorrer a partir de alto consumo de carne vermelha, pode dar início a tumores de crescimento e aumentar a susceptibilidade ao aparecimento do cancro, particularmente para o cancro colo-rectal .

Veja também

Referências

Bibliografia

Outras leituras

  • HR Schubert, História da britânica Iron and Steel Industry ... a 1775 AD (Routledge, Londres, 1957)
  • RF Tylecote, História da Metalurgia (Instituto de Materiais, Londres 1992).
  • RF Tylecote, "Iron na Revolução Industrial" em J. Day e RF Tylecote, a revolução industrial na Metals (Instituto de Materiais 1991), 200-60.

links externos