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quarta-feira, 13 de agosto de 2014

PRODUÇÃO DO FERRO (ENEM)

Símbolo e posição do elemento ferro na Tabela Periódica

O ferro é um metal obtido em siderúrgicas por meio da hematita, um de seus minérios. Por meio dele é feita a liga de aço, que possui grande aplicação em nossa sociedade.

O ferro não existe de forma livre na natureza, mas sim nas formas de seus minérios, ou seja, compostos que contêm ferro, sendo que os principais são: hematita (Fe2O3), magnetita (Fe3O4), siderita (FeCO3), limonita (Fe2O3.H2O) e pirita (FeS2).
É possível realizar transformações nesses minerais para a obtenção do ferro metálico. A área que faz a extração de um metal através de seus minerais é chamada de metalurgia, e o ramo da metalurgia que trata apenas da produção de ferro através dos minerais mencionados acima é a siderurgia, palavra que vem do grego que significa “trabalho feito sobre o ferro”. Conforme será mencionado mais adiante, nas siderúrgicas também é produzido o aço.
O ferro é um elemento químico de número atômico igual a 26, massa molar de 55,845 g/mol, ponto de fusão de 1535 ºC e ponto de ebulição de 2862 ºC. Esse metal é de muita importância em nossa sociedade, pois existem os mais diversos objetos que contêm ferro em sua constituição. Ele pode estar na sua forma pura ou formando a liga metálica chamada de aço (formada por aproximadamente 98,5% de ferro, 0,5 a 1,7% de carbono e traços de silício, enxofre e oxigênio).
O ferro já é usado desde os tempos mais remotos, cerca de 4000 a 3500 a.C. Nessa época, o ferro era obtido por meio de meteoros e era considerado extremamente raro.
Apesar de ser o quarto elemento mais abundante na crosta terrestre, não se encontra o ferro isolado na natureza, mas somente em minérios, sendo que os principais são: 
hematita (Fe2O– imagem abaixo), magnetita (Fe3O4), siderita (FeCO3), limonita (Fe2O3.H2O) e pirita (FeS2).

Hematita, um minério de ferro
A partir desses minérios, é possível produzir o metal ferro. Essa obtenção de um metal por meio de seus minérios é feita com vários elementos, tais como o alumínio, o cobre, o titânio e o manganês; e esse processo é estudado pela área da metalurgia. Um ramo da metalurgia que cuida somente da obtenção do ferro e do aço é a siderurgia, e o principal minério utilizado é a hematita, como no caso da imagem abaixo:

Produção de ferro a partir da hematita em siderúrgica
Nas siderúrgicas, o aço tem maior prioridade que o ferro na produção, porque essa liga pode ser trabalhada na forja, na laminação e na extrusão, enquanto com o ferro isso é difícil. O aço também possui maior dureza e elevada resistência mecânica. Para melhorar ainda mais, esses materiais (o ferro e o aço) têm um custo ainda menor do que outros metais e ligas de alta resistência.
Por isso, eles são tão aplicados em nosso cotidiano, principalmente na construção civil. Por exemplo, para se construir prédios de vários andares como vemos hoje nos grandes centros urbanos, usa-se oconcreto armado, que é o concreto com estruturas em aço. É o aço que fornece a resistência que a estrutura precisa ter para aguentar forças perpendiculares, como os ventos.

Concreto armado usado na construção civil
A hematita e a magnetita são usadas também como catalisadores de processos químicos, acelerando essas reações.
O ferro, ou melhor, o íon ferro (Fe+2), é muito importante para a nossa saúde e manutenção da vida. É esse íon que mantém as hemoglobinas de nosso sangue funcionando e possibilita que consigam extrair oxigênio do ar quando o sangue passa pelos pulmões, para assim distribuí-lo por todo nosso corpo.  O perfeito funcionamento do cérebro também depende do íon ferro.
Geralmente, não é necessário que uma pessoa normal tome suplementos de ferro, pois a alimentação diária já fornece a quantidade que precisamos, sendo que um homem padrão precisa de 10 mg de ferro ao dia, e uma mulher padrão de 18mg (no caso de mulheres grávidas, elas necessitam de uma maior quantidade de ferro.) Além do que, o excesso de ferro pode trazer também problemas de saúde, como o aumento de riscos de câncer, de doenças degenerativas, como o mal de Parkinson, e o comprometimento de algumas funções normais do organismo.
Alguns alimentos que atuam como fontes de ferro são: fígado, carne seca, cereais matinais enriquecidos com ferro, feijão, passas, pão, ovos, lentilha, ervilha, beterraba, folhas escuras, tais como espinafre, couve, agrião e brócolis; além de peixes.

A lentilha é uma fonte de alimento rica em ferro
Para se ter uma ideia do tanto que o ferro é importante para a vida, considere o seguinte: na década de 80, o cientista John Martin disse que não havia plâncton em regiões superiores dos oceanos em virtude da falta de ferro e, consequentemente, sem o plâncton, outras formas de vida marinha não se desenvolviam. Na década de 90, fertilizaram 60 km2 do Oceano Pacífico com sulfato de ferro, e o resultado foi que em uma semana a região floresceu e ficou verde graças ao plâncton que se desenvolveu. 
Processo Químico 
 Uma corrente de ar favorece a queima do carvão coque e é produzido monóxido de carbono (CO), que reage com a hematita, em uma reação de oxirredução:
Queima do carvão coque: 2 C + O2 → 2 CO
Redução da hematita pelo CO: 3 Fe2O3 + CO → 2 Fe2O4+ CO2
                                                  Fe2O+ CO → 3 FeO + CO2
O óxido de ferro (II) (FeO) reage com monóxido de carbono, formando ferro metálico (Fe0) e dióxido de carbono:
FeO + CO → Fe +  CO2
O ferro é escoado por uma saída inferior do alto-forno, estando na forma líquida. Outra camada líquida menos densa é formada, sendo chamada de escória, que sai por um conduto separado. 
Trata-se de impurezas retiradas pelo CaO e pelo CO2, que foram formados na combustão do calcário:
CaCO→ CaO + CO
CaO + SiO2 → CaSiO3
sílica (impureza               escória
do minério)                  
Esquema de obtenção de ferro em alto-forno
O ferro formado nesse processo é o ferro-gusa, que contém pequenas porcentagens de carbono (cerca de 5%) e, por isso, é quebradiço. A partir dele, pode-se produzir o aço comum, que é uma liga metálica que contém cerca de 98,5% de ferro, entre 0,5 e 1,7% de carbono e traços de silício, enxofre e fósforo. Isso significa que é necessário purificar o ferro-gusa para que ele fique com menos carbono.
Quando atinge a pureza praticamente de 100%, ou seja, quando a porcentagem de carbono é menor que 0,5%, ele é chamado de ferro doce.
Tanto para a produção do aço quanto para a produção do ferro doce, injeta-se gás oxigênio no alto-forno, que reage com o carbono na mistura e forma dióxido de carbono, um gás que se desprende:
 C + ½ O2 → CO2
http://www.alunosonline.com.br/quimica/producao-ferro.html
http://www.brasilescola.com/quimica/ferro.htm

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