Ferro (Fe)

O ferro é o metal mais utilizado no mundo, sendo conhecido há milhares de anos. Sua utilização é tão extensa que existe um campo da metalurgia só para estudar a produção de ferro e seus compostos: a siderurgia. Do ferro se faz o aço, a liga metálica mais utilizada no planeta. É a principal substância metálica produzida no Brasil, tendo uma participação superior a 70% no valor total de produção de metais.

O ferro tem usos diversos, na formação de ligas metálicas, em utensílios industriais e domésticos, na produção de automóveis, pontes, estruturas metálicas de edifício, cascos de navios, pregos, parafusos, alicantes, entre outras diversas ferramentas. Sua versatilidade e ampla utilização se devem ao seu baixo custo, alta disponibilidade e boa resistência mecânica.

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Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre o ferro
• 2 - Propriedades do ferro
• 3 - Características do ferro
• 4 - Obtenção do ferro
• 5 - Aplicações do ferro
• 6 - História do ferro
• 7 - Exercícios resolvidos sobre o ferro

Resumo sobre o ferro

• É o metal mais utilizado no mundo.

• O aço é uma liga metálica feita do ferro com pequenos teores de carbono.

• Os principais minérios de ferro são a hematita, a goethita e a magnetita.

• O ferro metálico pode ser obtido por meio de reações de oxirredução com monóxido de carbono.

• É a principal substância metálica produzida no Brasil.

• É constituinte de diversos utensílios de uso doméstico e industrial.

• Está presente na hemoglobina e mioglobina, sendo importante para sistemas biológicos.

• Seu uso se iniciou na Antiguidade, há cerca de 5000 anos.

Propriedades do ferro

• Número atômico: 26

• Massa molar: 55,85 g/mol

• Isótopos naturais: ⁵⁶Fe (91,75%), ⁵⁴Fe (5,85%), ⁵⁷Fe (2,12%) e ⁵⁸Fe (0,28%)

• Ponto de fusão: 1535 °C

• Ponto de ebulição: 2862 °C

• Densidade: 7,8 g/mL

• Localização na Tabela Periódica: grupo 8, 4º período

• Distribuição eletrônica: [Ar]4s²3d⁶

Características do ferro

O ferro é o quarto elemento mais abundante da crosta terrestre, com cerca de 5% em massa, sendo o segundo metal mais abundante (ficando atrás apenas do alumínio). Sua grande disponibilidade é apenas uma das vantagens de tal elemento, sendo suas propriedades mecânicas e o seu baixo custo as demais.

É um metal maleável, ou seja, pode ser facilmente dobrado, laminado, forjado e conformado, e de grande resistência mecânica. É também um material fortemente magnético, e, por conta disso, os materiais com propriedades semelhantes, de formarem ímãs permanentes ou serem atraídos por ímãs, são chamados de ferromagnéticos.

Nas condições físico-químicas do planeta Terra, o ferro é bastante versátil, podendo interagir e formar diversos compostos, participar de processos de mobilidades de íons no meio ambiente, formar sólidos, promover reações redox, entre outros. Na maioria dos compostos, o ferro apresenta-se na forma de Fe²⁺ (íon ferroso) e Fe³⁺ (íon férrico).

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Obtenção do ferro

O ferro é encontrado na natureza principalmente na forma de minérios, os quais costumam ser óxidos, hidróxidos e oxi-hidróxidos, sendo os principais:

• a hematita (Fe₂O₃)

• a goethita (FeOOH)

• a magnetita (Fe₃O₄)

Minérios sulfetados de ferro também são comuns, dos quais se destacam principalmente a pirita (FeS₂) e a pirrotita (FeS).

No caso da obtenção do ferro metálico de minérios oxigenados, como a hematita, podemos obter este metal de reações de oxirredução com o monóxido de carbono em altas temperaturas.

1. Combustão incompleta do carvão, produzindo monóxido de carbono.

C (s) + ½ O₂ (g) → CO (g)

2. Reação do monóxido de carbono com o óxido de ferro (Fe₂O₃) em um processo redox.

CO (g) + Fe₂O₃ (s) → 2 FeO (s) + CO₂ (g)

3. Redução do FeO a Fe com monóxido de carbono, com formação de CO₂.

FeO (s) + CO (g) → Fe (s) + CO₂ (g)

O Brasil é um dos maiores produtores de minério de ferro no mundo, e sua produção concentra-se principalmente nos estados de Minas Gerais e Pará. Segundo o Anuário Mineral Brasileiro de 2020, a produção beneficiada de minério de ferro é de cerca de 396 milhões de toneladas, com teor médio de 64% em massa de ferro. A exportação de ferro e seus produtos rendeu cerca de 33 bilhões de dólares aos cofres nacionais no ano de 2019, representando quase 70% do valor obtido com exportações de substâncias metálicas.

Aplicações do ferro

Na indústria e no cotidiano, sem dúvida alguma, a maior utilização do ferro está na produção do aço, uma liga de que este metal é constituinte, agregado ao carbono. O teor de carbono no aço pode variar entre 0,1% e 2% em massa.

O aço é extremamente versátil, muito por conta do tratamento térmico na sua produção e da proporção do carbono, além de apresentar maior dureza e tenacidade que o ferro metálico, garantindo-lhe diversos usos. A influência do ferro é tão grande no desenvolvimento da humanidade, que historiadores denotam o período entre 1200 e 300 a.C como a Era do Ferro.

Do ferro e do aço se fazem utensílios diversos, sejam para a indústria, sejam para uso doméstico. O aço é muito presente na construção civil, sendo utilizado para diminuir o tempo de construção, os materiais utilizados e os custos do empreendimento.

Também é utilizado com o intuito de aumentar a resistência mecânica das estruturas construídas com concreto em relação a fissuras, cargas pontuais e deformações estruturais. O aço também tem ampla utilização na indústria naval, automobilística e de aviação, na construção de estruturas e peças. Para uso doméstico, o aço e o ferro estão presentes em ferramentas, pregos, parafusos, facas, talheres, mobília, as, entre outros.

Em processos industriais, o ferro pode também ser utilizado como catalisador, embora não seja a melhor opção frente aos metais nobres paládio e platina, por exemplo. No clássico processo Haber-Bosch, principal método de produção industrial de amônia, o ferro metálico é utilizado como catalisador.

Do ponto de vista biológico, muitos seres vivos dependem do íon Fe²⁺, já que o centro dos grupos heme, presentes na hemoglobina, é constituído por esse íon. A hemoglobina é responsável pelo transporte de oxigênio dos pulmões aos demais tecidos do corpo, em que ocorre a queima da glicose no processo de respiração celular, essencial para a geração de energia. O transporte só é possível, pois os íons Fe²⁺ se acoplam com o O₂. Ao chegar às células, o oxigênio é trocado pelo CO₂, o qual é transportado até os pulmões para ser liberado.

Contudo, deve-se atentar que esse ciclo pode ser afetado pela presença do monóxido de carbono, CO, pois este também pode se combinar com os íons Fe²⁺. Como consequência, não há transporte de O₂ nem troca de CO₂, fazendo do CO um gás tóxico, podendo, inclusive, levar à morte os organismos baseados em hemoglobina.

Ainda do ponto de vista biológico, o ferro é praticamente atóxico. Contudo, superdosagens de ferro, transfusões sanguíneas frequentes e alcoolismo crônico podem levar a um grande acúmulo de ferro no corpo, o que pode levar a quadros de vômitos, diarreia e lesões no intestino e demais órgãos. Há também o distúrbio genético de sobrecarga de ferro, chamado de hemocromatose, o qual necessita de tratamento. O ferro pode ser obtido em diversos alimentos animais ou vegetais de nossa dieta, como carnes, espinafre, feijão, leguminosas, nozes, entre outros.

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História do ferro

O ferro (palavra que vem do latim ferrum) é utilizado pelo ser humano há milhares de anos, pois já foram identificados artefatos de ferro produzidos em torno de 4000 a 3500 a.C. Na Antiguidade, boa parte do ferro utilizado era de origem meteórica, sendo bastante raro e utilizado apenas em rituais religiosos. As civilizações antigas, por conta dessa origem estelar do ferro, acabaram conferindo-lhe o status de sagrado, reverenciando-o. Os malaios, por exemplo, conservaram por muitos séculos uma bola de ferro.

Esse ferro meteórico era trabalhado com marteladas, sendo possível, assim, modelar objetos desejados, como facas. A siderurgia então se inicia entre 3000 e 2000 a.C, a fim de se obter o metal de seus minérios, provavelmente de forma acidental, quando estes foram aquecidos na presença de carvão vegetal.

Exercícios resolvidos sobre o ferro

Questão 1 - (UERJ 2017) O rompimento da barragem de contenção de uma mineradora em Mariana (MG) acarretou o derramamento de lama contendo resíduos poluentes no rio Doce. Esses resíduos foram gerados na obtenção de um minério composto pelo metal de menor raio atômico do grupo 8 da tabela de classificação periódica. A lama levou 16 dias para atingir o mar, situado a 600 km do local do acidente, deixando um rastro de destruição nesse percurso. Caso alcance o arquipélago de Abrolhos, os recifes de coral dessa região ficarão ameaçados.

O metal que apresenta as características químicas descritas no texto é denominado:

A) Ferro

B) Zinco

C) Sódio

D) Níquel

Resolução

Alternativa A

De acordo com o que está descrito na questão, o elemento pertence ao grupo 8 da tabela de classificação periódica. Ao se observar a Tabela Periódica, vê-se que o ferro (letra A) é o único elemento que pertence ao grupo 8.

Ele também é o de menor raio atômico, uma vez que é o primeiro elemento desse grupo, e, quanto menor o período, menor o número de camadas eletrônicas, sendo assim, menor o raio atômico.

Questão 2 - (UERJ 2017) Considere o processo de dissolução de sulfato ferroso em água, no qual ocorre a dissociação desse sal.

Após esse processo, ao se aplicar um campo elétrico, o seguinte íon salino migrará no sentido do polo positivo:

A) Fe³⁺

B) Fe²⁺

C) SO₄^2–

D) SO₃^2–

Resolução

Alternativa C

Sulfato ferroso é a espécie química que possui o ferro com NOx +2, sendo sulfato o ânion derivado do ácido sulfúrico. Assim, o sulfato ferroso é o FeSO₄.

Ao ser colocado em água, esse sal sofre a reação de dissociação:

FeSO4 (s) → Fe²⁺ (aq) + SO₄^2- (aq)

Como queremos saber qual íon migrará no sentido do polo positivo, devemos então entender que será o íon negativo, uma vez que ele será atraído. Assim, a resposta correta é letra C.

 

Por Stéfano Araújo Novais
Professor de Química