TRABALHO DE QUÍMICA DOS MATERIAIS FERRO

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Trabalho de Química
Alunos: João Henrique de Oliveira,
Marielle Prates,
Roberto César Ribeiro,
Valdemir de Melo Pereira. Prof. Atailson 
FERRO
DEFINIÇÃO DO MATÉRIAL 
ERA DO FERRO/ IDADE DO FERRO
Registros apontam que o ferro era conhecido desde antes de 5000 a.C. Os mais antigos objetos feitos de ferro usado pela humanidade são alguns enfeites, feitos no Egito em aproximadamente 4000 a.C. A descoberta da fundição ocorreu por volta de 3000 a.C., levou ao início da Era do Ferro por volta de 1200 a.C. e ao uso elevado do ferro para ferramentas e armas.
Cada vez mais objetos de ferro, datados entre o segundo e terceiro milênio antes de Cristo, foram encontrados (estes se distinguem do ferro proveniente dos meteoritos pela ausência de níquel) na Mesopotâmia, Anatólia e Egito. Entretanto, seu uso provável destinou-se a fins cerimoniais, por ter sido um metal muito caro, mais do que o ouro na época. Alguns sugerem que talvez o ferro fosse obtido como subproduto da obtenção do cobre. 
Entre 1600 e 1200 a.C., observou-se um aumento de seu uso no Oriente Médio, porém não como substituto ao bronze. 
Entre os séculos XII e X antes de Cristo, ocorreu uma rápida transição no Oriente Médio na substituição das armas de bronze para as de ferro. Esta rápida transição talvez tenha ocorrido devido a uma escassez de estanho, e devido a uma melhoria na tecnologia para trabalhar com o ferro. 
O período de transição, que ocorreu em diferentes ocasiões segundo o lugar, denominou-se Idade do ferro, substituindo a Idade do bronze. Na Grécia iniciou-se por volta do ano 1000 a.C. 
A substituição do bronze pelo ferro ocorreu de forma gradual, pois era difícil produzir peças de ferro: localizar o mineral, extraí-lo, proceder a sua fundição a temperaturas altas e depois forjá-lo. 
Na Europa central, surgiu no século IX a.C. a "cultura de Hallstatt" substituindo a "cultura dos campos de urnas", que se denominou "Primeira Idade do Ferro", pois coincide com a introdução do uso deste metal. Aproximando-se do ano 450 a.C., ocorreu o desenvolvimento da "cultura da Tène", também denominada "Segunda Idade do Ferro". O ferro era usado em ferramentas, armas e jóias.
Junto com esta transição de bronze ao ferro descobriu-se o processo de "carburação", que consiste em adicionar carbono ao ferro. O ferro era obtido misturado com a escória contendo carbono ou carbetos, e era forjado retirando-se a escória e oxidando o carbono, criando-se assim o produto já com uma forma. Este ferro continha uma quantidade de carbono muito baixa, não sendo possível endurecê-lo com facilidade ao esfriá-lo em água. Observou-se que se podia obter um produto muito mais resistente aquecendo a peça de ferro forjado num leito de carvão vegetal. Na China, o primeiro ferro utilizado também era proveniente dos meteoritos. O procedimento utilizado não era o mesmo que o usado no Oriente Médio e na Europa. 
Nos últimos anos da Dinastia Zhou (550 a.C.), na China, conseguiu-se obter um produto resultante da fusão do ferro (ferro fundido). O mineral encontrado ali apresentava um alto conteúdo de fósforo, com o qual era fundido em temperaturas menores que as aplicadas na Europa e outros lugares. 
O ferro fundido levou mais tempo para ser obtido na Europa, pois não se conseguia a temperatura necessária. 
Na Idade Média, e até finais do século XIX, muitos países europeus empregavam como método siderúrgico a "farga catalana". Obtinha-se ferro e aço de baixo carbono empregando-se carvão vegetal e o minério de ferro. Este procedimento foi substituído pelo emprego de altos-fornos. 
No princípio se usava carvão vegetal para a obtenção de ferro, como fonte de calor e como agente redutor. No século XVIII, na Inglaterra, o carvão vegetal começou a escassear e tornar-se caro. 
Em finais do século XVIII e início do século XIX começou-se a empregar amplamente o ferro como elemento estrutural em pontes, edifícios e outros. 
 
COMPOSIÇÃO QUÍMICA E ESTRUTURAL DO FERRO
O ferro (do latim ferrum) é um elemento químico de transição, símbolo Fe, de número atômico 26 (26 prótons e 26 elétrons) e massa atómica 56 u. À temperatura ambiente, o ferro encontra-se no estado sólido. É extraído da natureza sob a forma de minério de ferro que, depois de passado para o estágio de ferro-gusa, através de processos de transformação, é usado na forma de lingotes. Controlando-se o teor de carbono (o carbono ocorre de forma natural no minério de ferro), dá-se origem a várias formas de aço. 
Este metal é encontrado no grupo 8 (VIIIB) da Classificação Periódica dos Elementos. É o quarto elemento mais abundante da crosta terrestre (aproximadamente 5%) e, entre os metais, somente o alumínio é mais abundante. 
Aparência: coloração branca prateada em estado quimicamente puro, porém apresenta uma coloração acinzentada.
Informações gerais:
Nome, símbolo, número Ferro, Fe, 26;
Série química Metal de transição;
Grupo, período, bloco 8 (VIIIB), 4, d;
Densidade, dureza 7874 kg/m3, 4;
Propriedade atómicas:
Massa atômica 55,845(2) u;
Estrutura cristalina cúbico de corpo centrado.
Propriedades físicas:
Estado da matérial: sólido;
Ponto de fusão 1811 K;
Ponto de ebulição 3134 K; 
Volume molar 7,09×10−6 m3/mol.
Outras: 
Calor específico 440 J/(kg·K);
Condutividade elétrica 9,93 106 S/m;
Condutividade térmica 80,2 W/(m·K).
 
PRODUÇÃO DO MATERIAL 
O núcleo da Terra é formado principalmente por ferro e níquel (NiFe). Na natureza o ferro não está em estado livre ou elementar, porém, é normalmente encontrado na forma de Pirita (FeS), hematita (Fe2O3) e Óxido de Ferro (Fe3O4), que é transportada para um forno aquecido a uma temperatura de 2000°C, sendo obtido da redução destes compostos. Os maiores depósitos deste metal situam-se nos EUA, na região fronteiriça Franco-Germânica, na Grã-Bretanha, na Áustria, na Suécia, e a Rússia. Outros importantes produtores de ferro são o Brasil, o Chile, Cuba, Venezuela e Canadá.
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.
Para obter-se ferro no estado elementar, os óxidos são reduzidos com carbono e imediatamente submetidos a um processo de refinação para retirar as impurezas presentes. 
É o elemento mais pesado que se produz exotermicamente por fusão, e o mais leve produzido por fissão, devido ao fato de seu núcleo ter a mais alta energia de ligação por núcleon, que é a energia necessária para separar do núcleo um nêutron ou um próton. Portanto, o núcleo mais estável é o do ferro-56. 
O metal apresenta diferentes formas estruturais dependendo da temperatura: 
Ferro α: é o que se encontra na temperatura ambiente, até os 788 °C. O sistema cristalino é uma rede cúbica centrada no corpo e é ferromagnético;
Ferro β: 788 - 910 °C: tem o mesmo sistema cristalino que o α, porém a temperatura de Curie é de 770 °C, e passa a ser paramagnético;
Ferro γ: 910 - 1400 °C: apresenta uma rede cúbica centrada nas faces. Ferro δ: 1400 - 1539 °C: apresenta uma rede cúbica centrada no corpo. 
PROPRIEDADES DE INTERESSE PARA A ENGENHARIA (PROPRIEDADES MECÂNICAS E TÉRMICAS)
O ferro é conhecido e utilizado pelo homem desde a antiguidade, a sua utilização é vasta em função de ser um metal barato e resistente, apesar da oxidação pelo oxigênio do ar.
Propriedades magnéticas do Ferro…
É duro e resistente, mas ao mesmo tempo é maleável e dúctil.
O ferro possui propriedades como: bom condutor de calor e eletricidade, atualmente é utilizado extensivamente para a produção de aço, liga metálica para a produção de ferramentas, máquinas, veículos de transporte (automóveis, navios, etc.), como elemento estrutural de pontes, edifícios, e uma infinidade de outras aplicações.
APLICAÇÕES
O ferro é o metal mais usado, com 95% em peso da produção mundial de metal. É indispensável devidoao seu baixo preço e dureza, especialmente empregado em automóveis, barcos e componentes estruturais de edifícios. 
O ferro é muito usado, principalmente nas Siderúrgicas, onde é componente do aço que é a liga metálica de ferro mais conhecida, sendo este o seu uso mais frequente. Esta liga metálica composta de elementos, tanto metálicos quanto não metálicos, que conferem propriedades distintas ao material que contém menos de 2% de carbono; se a percentagem é maior recebe a denominação de ferro fundido. 
O carbono é o elemento de ligação principal, porém os aços contêm outros elementos. Dependendo do seu conteúdo em carbono são classificados em:
Aços baixos em carbono. Contêm menos de 0,25% de carbono em peso. Não são tão duros nem tratáveis termicamente, porém dúcteis. São utilizados em veículos, tubulações, elementos estruturais e outros. Também existem os aços de alta resistência com baixa liga de carbono, que, entretanto, contêm outros elementos fazendo parte da composição, até uns 10% em peso; apresentam maior resistência mecânica e podem ser trabalhados facilmente. 
Aços médios em carbono. Entre 0,25% e 0,6% de carbono em peso. Para melhorar suas propriedades são tratados termicamente. São mais resistentes que os aços baixos em carbono, porém menos dúcteis, sendo empregados em peças de engenharia que requerem uma alta resistência mecânica e ao desgaste. 
Aços altos em carbono. Entre 0,60% e 1,4% de carbono em peso. São os mais resistentes, entretanto, os menos dúcteis. Adicionam-se outros elementos para que formem carbetos, por exemplo o carbeto de tungstênio (WC), quando é adicionado à liga o tungstênio. Estes carbetos são mais duros, formando aços utilizados principalmente para a fabricação de ferramentas. 
Um dos inconvenientes do ferro é que se oxida com facilidade. Existe uma série de aços aos quais se adicionam outros elementos ligantes, principalmente o crômio, para que se tornem mais resistentes à corrosão. São os chamados aços inoxidáveis. 
Quando o conteúdo de carbono da liga é superior a 2,1% em peso, a liga metálica é denominada ferro fundido. Estas ligas apresentam, em geral, entre 3% e 4,5% de carbono em peso. Existem diversos tipos de ferros fundidos: cinzento, esferoidal, branco e maleável. Dependendo do tipo apresenta aplicações diferentes: em motores, válvulas, engrenagens e outras. 
Por outro lado, os óxidos de ferro apresentam variadas aplicações: em pinturas, obtenção de ferro, e outras. A magnetita (Fe3O4) e o óxido de ferro III (Fe2O3) têm aplicações magnéticas. 
 
Um dos inconvenientes do ferro é que se oxida com facilidade. Existe uma série de aços aos quais se adicionam outros elementos ligantes, principalmente o crômio, para que se tornem mais resistentes à corrosão. São os chamados aços inoxidáveis.
Quando o conteúdo de carbono da liga é superior a 2,1% em peso, a liga metálica é denominada ferro fundido. Estas ligas apresentam, em geral, entre 3% e 4,5% de carbono em peso. Existem diversos tipos de ferros fundidos: cinzento, esferoidal, branco e maleável. Dependendo do tipo apresenta aplicações diferentes: em motores, válvulas, engrenagens e outras.
Por outro lado, os óxidos de ferro apresentam variadas aplicações: em pinturas, obtenção de ferro, e outras. A magnetita (Fe3O4) e o óxido de ferro III (Fe2O3) têm aplicações magnéticas.
BIBLIOGRAFIA
CANTO, E. L. Minerais minérios metais: de onde vêm? Para onde vão
São Paulo: Editora Moderna, 1998;
Russel, J. B. Química geral. São Paulo: Makron Books, 2004.
SHRIVER, DUWARD; ATKINS, PETER. Química inorgânica - 4ª edição. Porto Alegre, Bookman, 2008.
Vogel, Arthur Israel, 1905 - Química Analítica Qualitativa / Arthur I. Vogel ; 	[tradução por Antonio Gimeno da 5. ed. rev. por G. Svehla.- São Paulo : Mestre Jou, 1981;