Figura 1. Ferro, con numero atomico 26 e peso atomico di 55,845.

Il ferro (Fe) è il 26° elemento della tavola periodica ed è stato usato dall’uomo per oltre 5000 anni. È uno dei metalli più abbondanti sulla Terra, costituendo il 5,6% della crosta terrestre e quasi tutto il nucleo della Terra.

Alcune proprietà utili del ferro includono:

Il ferro ha giocato un ruolo chiave nella storia dell’umanità, poiché coloro che potevano manipolarlo per creare armi, strumenti e altri materiali hanno guadagnato potere economico e politico. Nella società moderna il ferro è il più importante di tutti i metalli, in quanto viene utilizzato per creare diversi tipi di acciaio che vengono utilizzati in una vasta gamma di applicazioni. L’acciaio è usato per fare graffette, grattacieli e tutto il resto.

Il ferro è anche un elemento importante nella vita animale e vegetale. Nelle piante gioca un ruolo nella creazione della clorofilla, e negli esseri umani gioca un ruolo cruciale nel sistema vascolare.

Uso energetico del ferro nella società

Figura 2. Rebar, abbreviazione di ‘barra di rinforzo’, è fatta di ferro (non ferro puro, ma la sua lega, l’acciaio), è usata per rinforzare il cemento.

Il ferro costituisce il 95% di tutto il tonnellaggio di metallo prodotto nel mondo, con oltre 500 milioni di tonnellate di ferro nuovo e 300 milioni di tonnellate di ferro riciclato che vengono prodotte ogni anno. Questa produzione di ferro è possibile grazie alle enormi riserve di ferro sulla Terra, che superano i 100 miliardi di tonnellate. La maggior parte dell’estrazione avviene in Cina, Brasile, Australia, Russia e Ucraina.

Circa il 18% dell’energia industriale mondiale viene utilizzata per l’estrazione, la lavorazione e la produzione di prodotti di ferro e acciaio. In termini di energia effettiva, utilizza circa 19 dei 106 exajoule (1019 joule) immessi nel settore industriale ogni anno.

Il ferro ha un’energia incorporata di 20-25 megajoule per chilogrammo (MJ/kg), che è l’energia necessaria per estrarlo, raffinarlo e lavorarlo. Questo pone l’uso annuale di energia per ottenere il ferro nell’ordine di 10 exajoule.

Per saperne di più su cosa succede al ferro una volta estratto, vedi: Acciaio

Proprietà magnetiche

Il ferro è uno dei pochi elementi che presenta ferromagnetismo. La struttura molecolare del ferro è tale che esistono domini di elettroni che allineano i loro spin, dando luogo a campi magnetici altamente localizzati. Questi domini sono però spesso orientati in modo casuale, quindi il materiale sfuso non mostra proprietà magnetiche. La caratteristica interessante del materiale si verifica quando un campo magnetico esterno viene applicato al ferro, facendo sì che questi domini si allineino tra loro, e il materiale viene detto magnetizzato.

I materiali ferromagnetici come il ferro sono molto utili nella vita quotidiana, così come in applicazioni specializzate. Gli usi comuni includono motori elettrici, generatori, trasformatori, telefoni e altoparlanti.

Stabilità nucleare

Il gruppo del ferro (dal cromo al nichel) contiene gli isotopi più stabili di tutti gli elementi, avendo la più alta energia di legame per nucleone. Il significato di ciò è fondamentale per le abbondanze di questi metalli nell’universo, così come la produzione di tutti gli elementi più pesanti che vengono creati dalle supernovae. La fusione nucleare nelle stelle pesanti viene fermata da questi elementi stabili, poiché il processo di fusione non può più esercitare altra energia, causando il collasso stellare e innescando le supernovae.

Video

Il video qui sotto è del progetto video periodico dell’Università di Nottingham. Hanno creato una suite completa di brevi video su ogni elemento della tavola periodica degli elementi.