O FERRO E SUA APLICABILIDADE NA QUÍMICA

1. INTRODUÇÃO

Contexto Histórico

O elemento químico ferro, simbolizado por Fe, é um dos elementos de história mais rica dentre todos os da Tabela Periódica dos Elementos. São hoje conhecidos indícios de sua utilização, procedente possivelmente de meteoritos, que remontam de, talvez, quatro milênios a.C., pelos antigos Sumérios e Egípcios. Entre o terceiro e o segundo milênio a.C. foram encontrados peças compostas de ferro na Mesopotâmia, tendo sua utilização servido para fins cerimoniais. A procedência destas amostras mais recentes descartam a possibilidade de sua proveniência a partir de meteoritos, pois apresentavam ausência completa do elemento químico níquel, comum em matéria extra-terrestre.

Em épocas remotas, assim como mais tarde viria a ocorrer com outros metais, o ferro fora mais valioso do que o ouro, sendo o metal típico da nobreza. As fontes do ferro antigo são difíceis de serem precisadas, mas algumas fontes sugerem que este metal era obtido como um dos subprodutos da obtenção de outros metais, como o cobre.

Aproximando-se mais da era cristã, houve um aumento da utilização do ferro no Oriente Médio, mas ainda não como substituto do bronze. Mas já muito próximo ao século X antes de Cristo, o ferro passou a ser utilizado em lugar do bronze na fabricação de armas e outros utensílios do gênero. Esta transição talvez tenha ocorrido em virtude da escassez do elemento químico estanho, uma das matéria primas do bronze. Também pode-se apontar um avanço tecnológico no trabalho com o ferro, já constatado naquela época. A este período deu-se o nome de Idade do Ferro, que marca a época de substituição da Idade do Bronze, em virtude desta substituição química.

Acompanhando a substituição do bronze pelo ferro, o processo de carburação foi descoberto, processo esse que consiste na adição do carbono a ferro. Inicialmente este ferro possuia uma baixa quantidade de carbono, sendo difícil o processo de endurecimento deste material. Posteriormente observou-se que um produto mais resistente poderia ser obtido ao aquecer-se a peça de ferro em um forno de carvão vegetal, para somente depois submergí-la em água. O produto obtido apresentava menor dureza e maior fragilidade do que o bronze.

O ferro fundido levou ainda um tempo maior para ser obtido facilmente na Europa, pois, sabemos hoje, que a temperatura necessária era difícil de ser obtida. Algumas amostras foram obtidas na Suécia, tornando então esse processo logo conhecido em toda Europa. Ainda na Idade Média e até o final do século XIX muitos países europeus ainda empregavam o método do carvão vegetal na obtenção do aço (mistura entre ferro e carbono). Esse procedimento é hoje realizado em altos fornos, processo que possibilita um maior rendimento e baixa consideravelmente os custos do processo.

2. PROPRIEDADES

O elemento de transição ferro é um metal, com coloração branca prateada em estado quimicamente puro, porém apresenta uma coloração acinzentada, em virtude da presença de sulfeto, siliceto, e carbureto de ferro, apresenta propriedades magnéticas acentuadas. Está localizado na tabela periódica no grupo 8B, e possui:

• número atômico: 26

• massa atômica: 55,85 g mol-1

• ponto de fusão: 1535°C

• ponto de ebulição: 3000°C

• configuração eletrônica: 1s², 2s², 2p6, 3s², 3p6, 4s², 3d6

• número de oxidação: Fe+2 (ferroso ou ferroII) e Fe+3 (férrico ou ferro III)

O ferro é um metal maleável, tenaz, de coloração cinza prateado e apresenta propriedades magnéticas à temperatura ambiente.

Encontra-se na natureza fazendo parte da composição de diversos minerais, como óxido de ferro II (FeO) ou como óxido de ferro III ( Fe2O3). Os estados de oxidação que apresenta são +2 e +3, sendo raramente encontrados no estado livre.

3. APLICAÇÃO

O ferro é o mais útil de todos os metais. As suas aplicações, bem como as das suas ligas, na construção metálica de todos os tipos, são por demais conhecidas. Os compostos de ferro têm aplicações muito diversas. Assim, o sulfato ferroso usa-se em tinturaria e como fungicida, o oxalato ferroso em reveladores fotográficos; a limonite e a hematite como pigmentos, adsorventes e abrasivos; e a magnetite no fabrico de eléctrodos industriais; o nitrato e o cloreto de ferro usam-se como mordentes, como hemostáticos e como reagentes industriais, sobretudo na indústria dos corantes; o "azul-da-prússia" e o "azul-de-turnbull" usam-se no fabrico de tintas de escrever e outras. Os carbonilos e nitrosilo de ferro, bem como o ferroceno, têm encontrado frequente aplicação como catalisadores de muitas reacções.

4. OBTENÇÃO INDUSTRIAL

O ferro, na categoria de ferro-gusa (ferro fundido), é obtido a partir de seus minérios: hematita (Fe2O3), magnetita (Fe3O4), limonita (2Fe2O3.3H2O) e siderita (FeCO3). O princípio básico da formação do ferro se dá a partir da interação de seus minérios com o monóxido de carbono (CO) produzido pela combustão do carvão.

5. DADOS DA PRODUÇÃO

O processo de transformação desses minérios em ferro consiste na colocação de minério de ferro, carvão e calcário (carbonato de cálcio) no alto-forno:

Figura 1 - Esquema do alto-forno

Como mostra a figura acima, tanto o minério quanto o carvão (coque) são introduzidos no alto-forno pela parte superior. Então, a combustão do carvão produz energia térmica necessária para a produção do monóxido de carbono (CO). Este, por sua vez, reage com o minério.

Esquematizando, temos:

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