Elementos Químicos -
Caso não saibam, os elementos químicos são conjuntos de átomos com o mesmo número atômico ou de partículas positivas -prótons - que se encontram no núcleo atômico. São mais de 100 conhecidos atualmente- para ser exata 114 - até 2014. Eles possuem uma simbologia variada, e diferenciada. Cabendo regras na utilização dessa simbologia. Ex: para o elemento Fe - ferro - temos:
Hematita, um minério de ferro
Produção de ferro a partir da hematita em siderúrgica
Concreto armado usado na construção civil
A lentilha é uma fonte de alimento rica em ferro
Clique nas imagens
Ferro
O ferro é um metal obtido em
siderúrgicas por meio da hematita, um de seus minérios. Por meio dele é feita a
liga de aço, que possui grande aplicação em nossa sociedade.
O ferro é um elemento químico
de número atômico igual a 26, massa molar de 55,845 g/mol, ponto de fusão de
1535 ºC e ponto de ebulição de 2862 ºC. Esse metal é de muita importância em
nossa sociedade, pois existem os mais diversos objetos que contêm ferro em sua
constituição. Ele pode estar na sua forma pura ou formando a liga metálica
chamada de aço (formada por aproximadamente 98,5% de ferro, 0,5 a 1,7% de
carbono e traços de silício, enxofre e oxigênio).
O ferro
já é usado desde os tempos mais remotos, cerca de 4000 a 3500 a.C. Nessa época,
o ferro era obtido por meio de meteoros e era considerado extremamente raro.
Apesar
de ser o quarto elemento mais abundante na crosta terrestre, não se encontra o
ferro isolado na natureza, mas somente em minérios, sendo que os principais
são: hematita (Fe2O3 –
imagem abaixo), magnetita (Fe3O4), siderita (FeCO3),
limonita (Fe2O3.H2O) e pirita (FeS2).
Hematita, um minério de ferro
A
partir desses minérios, é possível produzir o metal ferro. Essa obtenção de um
metal por meio de seus minérios é feita com vários elementos, tais como o
alumínio, o cobre, o titânio e o manganês; e esse processo é estudado pela área
da metalurgia. Um ramo da
metalurgia que cuida somente da obtenção do ferro e do aço é a siderurgia, e o principal minério utilizado é a
hematita, como no caso da imagem abaixo:
Produção de ferro a partir da hematita em siderúrgica
Nas
siderúrgicas, o aço tem maior prioridade que o ferro na produção, porque essa
liga pode ser trabalhada na forja, na laminação e na extrusão, enquanto com o
ferro isso é difícil. O aço também possui maior dureza e elevada resistência
mecânica. Para melhorar ainda mais, esses materiais (o ferro e o aço) têm um
custo ainda menor do que outros metais e ligas de alta resistência.
Por
isso, eles são tão aplicados em nosso cotidiano, principalmente na construção
civil. Por exemplo, para se construir prédios de vários andares como vemos hoje
nos grandes centros urbanos, usa-se oconcreto
armado, que é o concreto com estruturas em aço. É o aço que
fornece a resistência que a estrutura precisa ter para aguentar forças
perpendiculares, como os ventos.
Concreto armado usado na construção civil
A
hematita e a magnetita são usadas também como catalisadores de processos
químicos, acelerando essas reações.
O
ferro, ou melhor, o íon ferro (Fe+2), é muito importante para a nossa saúde
e manutenção da vida. É esse íon que mantém as hemoglobinas de nosso sangue
funcionando e possibilita que consigam extrair oxigênio do ar quando o sangue
passa pelos pulmões, para assim distribuí-lo por todo nosso corpo. O
perfeito funcionamento do cérebro também depende do íon ferro.
Geralmente,
não é necessário que uma pessoa normal tome suplementos de ferro, pois a
alimentação diária já fornece a quantidade que precisamos, sendo que um homem
padrão precisa de 10 mg de ferro ao dia, e uma mulher padrão de 18mg (no caso
de mulheres grávidas, elas necessitam de uma maior quantidade de ferro.) Além
do que, 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.
Alguns
alimentos que atuam como fontes de ferro são: fígado, carne seca, cereais matinais
enriquecidos com ferro, feijão, passas, pão, ovos, lentilha, ervilha,
beterraba, folhas escuras, tais como espinafre, couve, agrião e brócolis; além
de peixes.
A lentilha é uma fonte de alimento rica em ferro
Para se
ter uma ideia do tanto que o ferro é importante para a vida, considere o
seguinte: na década de 80, o cientista John Martin disse que não havia plâncton
em regiões superiores dos oceanos em virtude da falta de ferro e,
consequentemente, sem o plâncton, outras formas de vida marinha não se
desenvolviam. Na década de 90, fertilizaram 60 km2 do Oceano Pacífico com sulfato de
ferro, e o resultado foi que em uma semana a região floresceu e ficou verde
graças ao plâncton que se desenvolveu.
Por
Jennifer Fogaça
Graduada em Química
Graduada em Química
Ferro - Fe
APLICAÇÕES/INFORMAÇÕES
Clique nas imagens
APRESENTAÇÃO
Do Latim Ferrum, que significa Ferro. Foi
descoberto em tempos pré-históricos provavelmente de origem meteorítica. Depois
começou a ser obtido pela redução de seus minérios (óxidos) com carvão,
processo que é utilizado até hoje. É o mais utilizado dos metais e o quarto em
abundância na crosta terrestre. É um metal cinzento, muito reativo com ácidos e
se oxida facilmente ao ar em presença de umidade e elevada temperatura. Possui
a propriedade magnética conhecida como ferromagnetismo, juntamente com o níquel
e cobalto. Perde esta propriedade ao ser aquecido. Apresenta quatro formas
alotrópicas, sendo a forma alfa que possui magnetismo.
CARACTERÍSTICAS PRINCIPAIS
É um metal
maleável, tenaz, de coloração cinza prateado apresentando propriedades
magnéticas; é ferromagnético a temperatura ambiente, assim como o Níquel e o
Cobalto.
É encontrado na natureza fazendo parte da composição de diversos minerais,
entre eles muitos óxidos, como o FeO (óxido de ferro II, ou óxido ferroso) ou
como Fe2O3 (óxido de ferro III, ou óxido férrico).
Os números que acompanham o íon ferro diz respeito aos estados de oxidação
apresentados pelo ferro, que são +2 e +3, e é raramente encontrado livre. Para
obter-se ferro no estado elementar, os óxidos são reduzidos com carbono, e
imediatamente são submetidos a um processo de refinação para retirar as impurezas
presentes.
É o elemento mais pesado que se produz exotermicamente por fusão, e o mais leve
produzido por fissão, devido ao fato de seu núcleo ter a mais alta energia de
ligação por nucleon, que é a energia necessária para separar do núcleo um
neutron ou um próton. Portanto, o núcleo mais estável é o do ferro-56.
Apresenta diferentes formas estruturais dependendo da temperatura:
• Ferro a: É o que se encontra na temperatura ambiente, até os 788 °C. O
sistema cristalino é uma rede cúbica centrada no corpo e é ferromagnético.
• Ferro ß: 788 - 910 °C. Tem o mesmo sistema cristalino que o a, porém a
temperatura de Curie é de 770 °C, e passa a ser paramagnético.
• Ferro γ: 910 - 1400 °C; apresenta uma rede cúbica centrada nas faces.
• Ferro δ: 1400 - 1539 °C; volta a apresentar uma rede cúbica centrada no
corpo.
HISTÓRIA
Tem-se indícios do
uso de ferro, seguramente procedente de meteoritos, quatro milênios a.C., pelos
sumérios e egípcios.
Cada vez mais objetos de ferro, datados entre o segundo e terceiro milênio
antes de Cristo, foram encontrados (estes se distinguem do ferro proveniente
dos meteoritos pela ausência de níquel) na Mesopotâmia, Anatólia e Egito.
Entretanto, seu uso provável destinou-se a fins cerimoniais, por ter sido um
metal muito caro, mais do que o ouro na época. Algumas fontes sugerem que
talvez o ferro era obtido como subproduto da obtenção do cobre.
Entre 1600 e 1200 a.C., observou-se um aumento de seu uso no Oriente Médio,
porém não como substituto ao bronze.
Entre os séculos XII e X antes de Cristo, ocorreu uma rápida transição no
Oriente Médio na substituição das armas de bronze para as de ferro. Esta rápida
transição talvez tenha ocorrido devido a uma escassez de estanho, e devido a
uma melhoria na tecnologia em trabalhar com o ferro. Este período, que ocorreu
em diferentes ocasiões segundo o lugar, denominou-se Idade do ferro,
substituindo a Idade do bronze. Na Grécia iniciou-se em torno do ano 1000 a.C.,
e não chegou à Europa ocidental antes do século VII a.C.. A substituição do bronze
pelo ferro foi paulatina, pois era difícil produzir peças de ferro: localizar o
mineral, extraí-lo, proceder a sua fundição a temperaturas altas e depois
forjá-lo.
Na Europa central, surgiu no século IX a.C. a "cultura de Hallstatt"
substituindo a "cultura dos campos de urnas", que se denominou
"Primeira Idade do Ferro", pois coincide com a introdução do uso
deste metal. Aproximando-se do ano 450 a.C., ocorreu o desenvolvimento da
"cultura da Tène", também denominada "Segunda Idade do
Ferro". O ferro era usado em ferramentas, armas e jóias, embora segue-se
encontrando objetos de bronze.
Junto com esta transição de bronze ao ferro descobriu-se o processo de
"carburação", que consiste em adicionar carbono ao ferro. O ferro era
obtido misturado com a escória contendo carbono ou carbetos, e era forjado
retirando-se a escória e oxidando o carbono, criando-se assim o produto já com
uma forma. Este ferro continha uma quantidade de carbono muito baixa, não sendo
possível endurecê-lo com facilidade ao esfriá-lo em água. Observou-se que se
podia obter um produto muito mais resistente aquecendo a peça de ferro forjado
num leito de carvão vegetal, para então submergi-lo na água ou óleo. O produto
resultante, apresentando uma camada superficial de aço, era menos duro e mais
frágil que o bronze.
Na China, o primeiro ferro utilizado também era proveniente dos meteoritos.
Foram encontrados objetos de ferro forjado no noroeste, perto de Xinjiang, do
século VIII a.C.. O procedimento utilizado não era o mesmo que o usado no
Oriente Médio e na Europa.
Nos últimos anos da Dinastia Zhou (550 a.C.), na China, se conseguiu obter um
produto resultante da fusão do ferro (ferro fundido). O mineral encontrado ali
apresentava um alto conteúdo de fósforo, com o qual era fundido em temperaturas
menores que as aplicadas na Europa e outros lugares. Todavia, durante muito
tempo, até a Dinastía Qing (aos 221 a.C.), o processo teve uma grande
repercussão.
O ferro fundido levou mais tempo para ser obtido na Europa, pois não se
conseguia a temperatura necessária. Algumas das primeiras amostras foram
encontradas na Suécia, em Lapphyttan e Vinarhyttan, de 1150 a 1350 d.C.
Na Idade Média, e até finais do século XIX, muitos países europeus empregavam
como método siderúrgico a "farga catalana". Se obtinha ferro e aço de
baixo carbono empregando-se carvão vegetal e o minério de ferro. Este sistema
já estava implantado no século XV, conseguindo-se obter temperaturas de até
1200 °C. Este procedimento foi substituído pelo emprego de altos fornos.
No princípio se usava carvão vegetal para a obtenção de ferro como fonte de
calor e como agente redutor. No século XVIII, na Inglaterra, o carvão vegetal
começou a escassear e tornar-se caro, iniciando-se a utilização do coque, um
combustível fóssil, como alternativa. Foi utilizado pela primeira vez por
Abraham Darby, no ínício do século XVIII, construindo em Coalbrookdale um
"alto forno". Mesmo assim, o coque só foi empregado como fonte de
energia na Revolução industrial. Neste período a demanda foi se tornando cada
vez maior devido a sua utilização, como por exemplo, em estradas de ferro.
O alto fornoghghgf foi evoluindo ao longo dos anos. Henry Cort, em 1784,
aplicou novas técnicas que melhoraram a produção. Em 1826 o alemão Friedrich
Harkot construiu um alto forno sin mampostería para humos.
Em finais do século XVIII e início do século XIX começou-se a empregar
amplamente o ferro como elemento estrutural em pontes, edifícios e outros.
Entre 1776 e 1779 se construiu a primeira ponte de ferro fundido por John
Wilkinson e Abraham Darby. Na Inglaterra foi empregado pela primeira vez o
ferro na construção de edifícios por Mathew Boulton e James Watt, no princípio
do século XIX. Também são conhecidas outras obras deste século, como por
exemplo, o "Palácio de Cristal" construído para a Exposição Universal
de 1851 em Londres, do arquiteto Joseph Paxton, que tem uma armação de ferro,
ou a Torre Eiffel, em Paris, construída em 1889 para a Exposição Universal,
onde foram utilizadas milhares de toneladas de ferro.
Bibliografia:
Texto escrito pela escritora e professora graduada em Química pela UNIB - Téka Castro
Comentários