Di Kevin Beck Aggiornato il 30 agosto 2022
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Quando si pensa al ferro vengono spesso in mente immagini di acciaierie e fucine. Eppure il ferro non è solo un metallo lavorato; è un elemento chimico fondamentale (simbolo Fe) che può essere isolato atomo per atomo. Sebbene la maggior parte dei materiali di uso quotidiano siano composti, il ferro esiste nella sua forma elementare pura, rendendolo unico tra i metalli che utilizziamo abitualmente.
Gli esseri umani conoscono e lavorano il ferro da oltre 5.500 anni, dal 3500 a.C. circa. La parola "ferro" deriva dall'anglosassone "iren" e dal latino "ferrum", da cui deriva il simbolo Fe. In chimica, termini come "ferroso" e "ferrico" segnalano immediatamente che si sta parlando di ferro, a differenza dell'omofono "ironico", che non trova posto nella scienza fisica.
Il ferro (Fe) è un metallo di transizione e uno degli 88 metalli tra i 113 elementi conosciuti. Il suo nucleo contiene 26 protoni e 26 elettroni, il che gli conferisce un numero atomico di 26. Con una massa atomica media di 55,85u, un atomo di ferro neutro ha 30 neutroni. Fisicamente, il ferro è denso (7,87 g/cm³), solido a temperatura ambiente e richiede un calore estremo per sciogliersi (1.538 °C) e bollire (2.861 °C).
Nella crosta terrestre, il ferro è il quarto elemento più abbondante, ma si ritiene che il nucleo fuso del pianeta sia in gran parte composto da ferro, nichel e zolfo. Il minerale di ferro, principalmente ematite, magnetite e taconite, contiene ferro mescolato con silicato e altri minerali. Poiché il ferro si ossida facilmente, mantenerne l'integrità rappresenta una delle principali sfide ingegneristiche.
La maggior parte del ferro estratto viene convertito in acciaio, una lega che combina il ferro con piccole quantità di carbonio e altri elementi. L'acciaio al carbonio contiene tipicamente lo 0,02–2% di carbonio, con gradi di carbonio più elevati che si avvicinano al 2%. L'aggiunta di cromo (>10% in massa) produce acciaio inossidabile, rinomato per la sua resistenza alla corrosione e lucentezza, rendendolo onnipresente nell'architettura, negli strumenti medici e negli elettrodomestici. Altri elementi di lega, nichel, vanadio, tungsteno e manganese, migliorano la durezza per applicazioni quali la costruzione di ponti, utensili da taglio e componenti della rete elettrica. La ghisa, con il 3-5% di carbonio, è più economica ma meno duttile dell'acciaio, il che la rende adatta per oggetti come blocchi motore e pentole.
L'estrazione del ferro inizia con la purificazione del minerale. Le prime lavorazioni del ferro in Europa e nel Medio Oriente (V secolo a.C.) utilizzavano il carbone per ridurre il minerale a temperature modeste. Il moderno altoforno, inventato nel 1400, consente la riduzione ad alta temperatura dell'ematite o della magnetite utilizzando coke (una fonte di carbonio) e calcare (CaCO₃) per rimuovere le impurità. Il prodotto risultante, ferro sinterizzato con circa il 3% di carbonio, viene raffinato in acciaio. La produzione globale di acciaio supera ora 1,3 miliardi di tonnellate all'anno.
Le origini cosmiche del ferro risiedono nelle supernovae, la morte catastrofica di stelle massicce. Quando una stella esaurisce il suo combustibile a idrogeno, fonde gli elementi più pesanti fino a formare il ferro, il punto finale della fusione che produce energia. La successiva supernova disperde il ferro e altri elementi pesanti nel mezzo interstellare, dove alla fine si uniscono in nuove stelle, pianeti e, infine, la Terra. Senza queste esplosioni stellari, gli elementi più pesanti del ferro non si sarebbero formati nelle quantità che osserviamo.
La nucleosintesi stellare crea elementi dall'idrogeno al ferro attraverso successive reazioni di fusione. Una volta che una stella raggiunge il picco del ferro, un'ulteriore fusione è energeticamente sfavorevole; solo i processi esplosivi come le supernovae possono sintetizzare elementi più pesanti del ferro, come oro, piombo e uranio. Questi elementi pesanti viaggiano attraverso lo spazio, arrivando talvolta sulla Terra come meteoriti o come parte del materiale primordiale del pianeta.
Il corpo umano adulto medio contiene circa 4 g di ferro elementare, una piccola frazione ma vitale per la vita. Il ferro è un componente fondamentale dell’emoglobina, la proteina che lega l’ossigeno nei globuli rossi e che trasporta l’ossigeno dai polmoni ai tessuti. La carenza di ferro, spesso dovuta a un inadeguato apporto alimentare di carne, frattaglie o cereali arricchiti, porta all’anemia, caratterizzata da affaticamento, mancanza di respiro e debolezza. Il trattamento prevede in genere integratori di ferro per via orale o, nei casi più gravi, trasfusioni di sangue.
