Ferro

O ferro é um metal muito versátil e de vasta aplicação industrial, devido às suas propriedades, como resistência, tenacidade e dureza. O desenvolvimento de técnicas de manipulação do ferro marcou uma nova era mundial, conhecida como Idade do Ferro. Atualmente o processamento e beneficiamento do ferro para o setor siderúrgico criou uma diversidade de materiais à base dele. Sua principal classificação é em ferro:

• fundido;
• branco;
• cinza;
• nodular.

Existe também o ferro destinado à nutrição, que pode ser o ferro heme ou o não heme, um de origem animal e o outro de origem vegetal. O ferro é aplicado, principalmente, na produção de ligas metálicas nos setores mecânico, automotivo, ferroviário, naval, de fabricação de ferramentas e armas, e na construção civil.

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Propriedades do ferro

• Símbolo: Fe.
• Massa atômica: 55,845(2) u.
• Número atômico: 26.
• Eletronegatividade: 1,83 (Pauling).
• Configuração eletrônica: 1s², 2s², 2p⁶, 3s², 3p⁶, 4s², 3d⁶.
• Série química: metal de transição.
• Ponto de fusão: 1537,85 °C.
• Ponto de ebulição: 2860,85 °C.

Características do ferro

Metal de transição, de coloração branca prateada, maleável e com propriedades magnéticas, o ferro possui dois estados de oxidação +2 e +3. O ferro é o quarto elemento mais abundante da terra, perdendo apenas para o oxigênio (O), silício (Si) e alumínio (Al). O núcleo terrestre é constituído principalmente por níquel (Ni) e ferro (Fe).

O ferro é um elemento reativo, quando exposto a ambientes úmidos, e oxida-se, formando a ferrugem. Compostos como HNO₃ oxidam a superfície de uma peça de ferro, tornando-o metal passivo a reações. Além disso, o ferro desempenha importantes funções biológicas, como transporte e armazenamento de oxigênio.

Tipos de ferro

O ferro utilizado no setor de construção civil e mecânica é formado por ligas metálicas com teor de carbono entre 2,11% e 6,67%, uma concentração maior de carbono do que nas ligas de aço. Além do carbono, essas ligas de ferro fundido podem ter outros elementos, como níquel, cobre, cromo, molibdênio, no intuito de agregar propriedades químicas e físicas à peça. Os ferros fundidos são classificados em três principais tipos.

• Ferro fundido cinzento: utilizado em indústrias automobilísticas, navais e ferroviárias, possui boa usinagem (fácil modelagem da peça) devido à grafita livre em sua estrutura. É capaz de absorver vibrações e tem baixo custo de produção.
• Ferro fundido branco: é aplicado principalmente na fabricação de equipamentos para extração de minérios e terra, como escavadeiras. O ferro fundido branco possui resistência a desgaste por fricção (abrasão), elevada dureza, e resistência moderada a impactos mecânicos.
• Ferro fundido nodular: possui boa resistência à tração, a impactos e à compressão, é um material dúctil, e possui boa tenacidade. Aplicado na fabricação de roldanas, ductos e outras peças, em que se é necessário maior resistência a impactos.

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→ Ferro na nutrição

O ferro também participa de importantes processos biológicos do corpo humano:

• processos metabólicos;
• reações enzimáticas;
• transporte e armazenamento de oxigênio.

O ferro nutricional possui duas classificações:

• Ferro não heme: encontrado nos vegetais, sua biodisponibilidade não é alta, e também é pouco absorvido pelo organismo. Apesar disso, possui propriedades que desempenham importantes funções, como amenizar sintomas da TPM (Transtorno Pré-Menstrual). A vitamina C (ácido ascórbico) auxilia na absorção no ferro não heme.
• Ferro heme: encontrado em alimentos de origem animal — carne bovina, suína, de frango, de peixe —; possui maior disponibilidade e é melhor absorvido pelo organismo.

Aplicações do ferro

• A maior parte do ferro disponível no mundo é aplicada em ligas metálicas, que compõem peças automotivas, de maquinários industriais, ferramentas, elementos da construção civil, entre outros.
• O ferro e os óxidos, cloretos e sulfetos de ferro são também utilizados como reagentes. Cloreto de ferro (III), por exemplo, é usado no tratamento de água e esgoto.
• Suplementos alimentares são fabricados com sulfato de ferro (II) para tratamento da anemia, doença causada pela deficiência de ferro no organismo.

História do ferro

Há indícios do uso do ferro em aproximadamente 5000 a.C., no Egit. Trata-se de ferro não processado, proveniente de meteoritos utilizados em peças cerimoniais. O surgimento do ferro extraído de minerais é registrado em torno de 1500 a.C., na Ásia Menor, onde hoje é a Turquia. A descoberta de técnicas de extração, aplicação e uso do elemento agregou à região poder político e econômico.

O ferro foi guardado em sigilo por cerca de 300 anos, no entanto, em meio a batalhas e invasões territoriais, o segredo foi descoberto, dando-se início à Idade do Ferro. O bronze foi gradativamente substituído pelo ferro de acordo com o desenvolvimento de técnicas siderúrgicas. Atribui-se a essa substituição também a escassez de estanho (Sn), elemento utilizado no processamento do bronze.

O ferro está intrinsecamente associado à Revolução Industrial, que se iniciou no meio do séc. XVIII. Houve, nesse período, o uso abundante do ferro e suas ligas metálicas, especialmente o aço, por sua maleabilidade e resistência. Em 1778, foi construída a primeira ponte feita totalmente de ferro. Em 1818 o ferro começou a ser utilizado no setor de transporte marítimo e na fabricação de navios, e o uso do metal foi cada vez mais se difundindo no estilo de vida de povos do mundo inteiro.

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Obtenção do ferro

O ferro não é encontrado de forma livre na natureza, mas sim agregado a outros compostos. O principal minério fonte de extração do ferro é a hematita (Fe₂O₃). O Brasil é rico em minérios de ferro, principalmente nos estados do Pará, Minas Gerais, e Mato Grosso do Sul, sendo a China o maior importador desse recurso.

O processo siderúrgico de obtenção do ferro acontece de forma endotérmica. Em um forno, é adicionado minério do ferro, carvão e calcário, e o forno é mantido a temperaturas acima de 1600 °C. O carvão, por reação de combustão incompleta, libera calor e monóxido de carbono, que reage posteriormente com o minério de ferro, formando como produto o ferro metálico e o dióxido de carbono.

Já o calcário é utilizado para retirada de impurezas. Quando exposto a altas temperaturas, o calcário decompõe-se em dióxido de carbono e óxido de cálcio, e este último reage às impurezas (óxido de silício: areia). Ao final de todos esses processos, teremos formado, além do ferro, a escória, que pode ser utilizada na produção de cimento. O ferro, após extraído, passa por outros processos de beneficiamento, sendo transformado em ligas metálicas, como aço.

• Queima do carvão coque: 2C + O₂ ▯ 2CO
• Reação do minério de ferro com o monóxido de carbono: Fe2O₃ + 3CO ▯ 2Fe + 3 CO₂
• Reação de decomposição do calcário: CaCO₃ ▯ CaO + CO₂
• Reação do óxido de cálcio com impurezas: CaO + SiO₂ ▯ CaSiO₃

Apesar de o ferro ser tão versátil e aplicável, o processo de extração do elemento é causador de muitos impactos ambientais, como degradação da paisagem, desmatamento, poluição do solo e da água com os resíduos gerados, e, consequentemente, redução da biodiversidade. Daí a importância das ações de reflorestamento e tratamento adequado de resíduos, para, assim, atenuar-se os efeitos dessa prática antropológica.

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Exercícios resolvidos

Questão 1 – O ferro é um elemento versátil, de várias aplicações no setor industrial mecânico e em construção civil. Ainda, trata-se também de um elemento muito importante na manutenção da vida. Sobre isso, assinale a alternativa correta:

A) A hematita é o mineral mais utilizado para extração do ferro, é também utilizada para enriquecimento do solo de plantio, tornando-se, assim, as leguminosas e os cereais uma grande fonte de ferro.

B) O ferro heme é o de maior disponibilidade natural e de maior absorção, pode ser encontrado em vegetais, cereais e leguminosas.

C) O ferro não heme é o tipo de ferro nutricional de maior disponibilidade, encontrado em alimentos como carne bovina, suína, de frango e de peixe.

D) O ferro heme é o tipo de ferro nutricional de maior disponibilidade e maior absorção. Pode ser adquirido, principalmente, pela ingestão de carnes e alguns cereais.

E) O ferro desempenha importantes funções no organismo humano, como respiração celular e reações enzimáticas e metabólicas. A carência do ferro no organismo pode causar insuficiência renal e respiratória.

Resolução

Alternativa D.
A) Incorreta: a hematita não é usada para enriquecimento do solo.
B) Incorreta: apesar de o ferro heme ser de maior disponibilidade que o não heme, ele não é encontrado em vegetais, mas sim em alimentos de origem animal.
C) Incorreta: o ferro não heme não tem maior disponibilidade natural, e a principal fonte desse nutriente são os vegetais.
D) Correta
E) Incorreta: a carência do ferro causa no organismo anemia, e não disfunção renal ou respiratória. 

Questão 2 - Analise as seguintes afirmativas sobre o ferro e julgue-as como verdadeiras (V) ou falsas (F):

I- O ferro não é um elemento encontrado livre na natureza, mas em combinação com outros elementos. A hematita é o mineral mais utilizado para extração do ferro industrial.

II- A extração do ferro é um processo endotérmico, feito em fornos com temperatura acima de 1600 °C, o subproduto desse processo é a escória, que pode ser utilizada na fabricação de carvão.

III- O ferro foi descoberto em, aproximadamente, 1500 a.C. pelos gregos, que desenvolveram técnicas de manipulação do material para fabricação de armas.

A) FFF
B) FVF
C) VVV
D) VFV
E) VVF

Resolução

Alternativa E.

A afirmativa III está incorreta, pois o primeiro povo a desenvolver técnicas de extração e manipulação do ferro foram os hititas, oriundos da Ásia Menor.