Ferro

Il ferro è l’elemento chimico di numero atomico 26.

La parola “ferro” è usata nel linguaggio comune per indicare le “leghe di ferro” a bassa resistenza definiti acciai dolci. Tale elemento lo si trova sempre legato ad altri quali: carbonio, silicio, manganese,cromo, nichel, ecc. Con il carbonio il ferro forma le sue due leghe più conosciute: l’acciaio e la ghisa. A livello industriale si riesce ad ottenere ferro con una purezza che si avvicina al 100%, tale prodotto viene poi utilizzato per essere legato ad altri elementi chimici per ottenere leghe dalle più diverse caratteristiche.

Estremamente importante nella tecnologia per le sue caratteristiche meccaniche, la sua lavorabilità, in passato fu tanto importante da dare il nome ad un intero periodo storico, l’età del ferro.

Il ferro è il metallo più abbondante all’interno della Terra (costituisce il 34,6% della massa del nostro pianeta) ed è il quarto elemento per abbondanza nell’intero universo. La concentrazione di ferro nei vari strati della Terra varia con la profondità: è massima nel nucleo, che è costituito probabilmente da una lega di ferro e nichel e decresce fino al 4,75% nella crosta terrestre. La grande quantità di ferro presente al centro della Terra non può essere tuttavia causa del suo campo magnetico, poiché tale elemento si trova con ogni probabilità ad una temperatura elevata, dove non esiste ordinamento magnetico nel proprio reticolo cristallino (tale temperatura è detta temperatura di Curie). Il suo simbolo Fe è una abbreviazione della parola ferrum, il nome latino del metallo.

Il ferro è un metallo estratto da minerali: non si rinviene ferro puro in natura (nativo). Per estrarre il ferro dai suoi minerali, all’interno dei quali si trova nello stato ossidato, è necessario rimuovere le impurità per riduzione chimica del minerale. Il ferro si usa solitamente per produrre acciaio, che è una lega a base di ferro, carbonio ed altri elementi.

Il nucleo di ferro ha la più alta energia di legame per nucleone, perciò è l’elemento più pesante che è possibile produrre mediante fusione nucleare di nuclei atomici più leggeri e il più leggero che è possibile ottenere per fissione: quando una stella esaurisce tutti gli altri nuclei leggeri e arriva ad essere composta in gran parte di ferro, la reazione nucleare di fusione nel suo nucleo si ferma, provocando il collasso della stella su sé stessa e dando origine ad una supernova.

Secondo alcuni modelli cosmologici che teorizzano un universo aperto, vi sarà una fase dove, a seguito di lente reazioni di fusione e fissione nucleare, tutta la materia sarà convertita in ferro.

Esistono tre forme allotropiche del ferro, denominate:

  • ferro alfa
  • ferro gamma
  • ferro delta.

Come si può vedere dal seguente diagramma di fase del ferro puro, ognuna di tali forme allotropiche esiste in un determinato intervallo di temperatura:

  • il ferro alfa esiste a temperature inferiori a 910 °C;
  • il ferro gamma esiste a temperature comprese tra 910 °C e 1394 °C;
  • il ferro delta esiste a temperature comprese tra 1394 °C e 1538 °C.

Le varie forme allotropiche del ferro sono differenti dal punto di vista strutturale: il ferro alfa e il ferro delta presentano un reticolo cubico a corpo centrato (con una costante di reticolo maggiore nel caso del ferro delta), mentre il ferro gamma presenta un reticolo cubico a facce centrate.

Le soluzioni solide interstiziali del carbonio nel ferro assumono nomi differenti a seconda della forma allotropica del ferro in cui il carbonio è solubilizzato:

  • ferrite alfa: carbonio in ferro alfa;
  • austenite: carbonio in ferro gamma;
  • ferrite delta: carbonio in ferro delta.

Fonte: Wikipedia