Ferro

Ilferroè l'elemento chimicodinumero atomico26. Il suosimboloèFe, dallatinoferrum.Il ferro è conosciuto fin dall'antichità e, per le sue qualità di durezza, tenacia e resilienza, la sua importanza per l'umanità ha contrassegnato un'intera era: la cosiddetta «età del ferro» viene fatta iniziare dalla fine del IImillennioa.C.(XIIsecoloa.C.);solo verso la fine del secolo scorso si è iniziato a sostituirlo per applicazioni meccaniche e solo in parte, conleghepiù leggere basate sualluminioemagnesio.
Il ferro è il primo elemento delgruppo8delsistema periodico, facente parte delbloccod, ed è quindi unelemento di transizionedella prima serie, cioè quella del 4°periodo. Nella vecchia nomenclatura la triade ferro,cobaltoenichelfaceva parte del gruppo VIII della tavola periodica, un gruppo allargato che era collettivamente detto propriogruppo del ferro,in quanto le similitudini chimiche che si riscontravano entro la triade orizzontale (Fe, Co, Ni) si ravvisavano maggiori che procedendo in verticale con le due triadi successive (Ru,Rh,PdeOs,Ir,Pt),i cui elementi, caratterizzati da notevole inerzia chimica, venivano d'altro canto accomunati nel cosiddetto "gruppo del platino".
Il ferro chimicamente puro in condizioni ambiente è un metallo relativamente tenero,duttileemalleabile, buon conduttore di elettricità e calore e chimicamente piuttosto reattivo.Un campione di ferro puro abraso di fresco mostra lucentezza metallica grigio-argentea,che però all'aria, per azione dell'ossigenoe dell'umidità, va lentamente persa perché la superficie poi si ricopre di una patina arancio bruna incoerente, nota comeruggine;questa consiste diossidie ossidi-idrossidi misti (tra cui FeOOH).La ruggine, tuttavia, non protegge il metallo sottostante da ulteriorecorrosione,con il conseguente notevole impatto economico, che si è cercato di quantificare.Anche per questo il ferro allo stato elementare, il "ferro nativo", è estremamente raro sulla Terra.
Al di sotto delpunto di Curie(768 °C) esibisceferromagnetismo,una proprietà che prende il nome, perantonomasia, proprio dal ferro;nel ferro, infatti, questo fenomeno si manifesta più intensamente che nelcobaltoo nelnichel, che sono gli elementi immediatamente successivi nella tavola periodica.
Questo elemento si trova quasi semprelegatoad altri quali:carbonio,silicio,manganese,cromo,nichel, ecc. Con il carbonio il ferro forma le sue due leghe più conosciute: l'acciaioe laghisa. La parola "ferro" è scorrettamente usata nel linguaggio comune per indicare anche le "leghe di ferro" a bassa resistenza, gli acciai dolci.
A livello industriale si riesce ad ottenere ferro con una purezza che si avvicina al 100%. Questo prodotto viene poi utilizzato per essere legato ad altri elementi chimici per ottenere leghe dalle più diverse caratteristiche.
Estremamente importante nellatecnologiaper le sue caratteristiche meccaniche e la sua lavorabilità, in passato fu tanto importante da dare il nome ad un intero periodo storico: l'età del ferro.
Come già accennato, il nome italiano dell'elemento, risalente al 1257,come pure il suo simbolo Fe, prendono origine daferrum, il nome latino di questo elementometallicoeferrumè da ricondurre secondo alcuni alsanscritodharti, termine avente il significato di «tenere, fermezza», un concetto quindi di durezza, che si addice a un metallo più duro e resistente delbronzoo altri metalli allora conosciuti; a tale concetto viene anche accostato, come affine, l'aggettivo latinofirmus,derivante anch'esso dalla medesima radice sanscrita.
Ingreco anticoil termine che indicava il ferro era inveceσίδηρος(síderos),«metallo duro, ferro»;la sua radice si ritrova, in italiano, in «siderurgia»e «siderite»(minerale ferroso), ad esempio, ma non in termini apparentemente simili, come «sidereo» o «siderale», che invece derivano dallatinosidus(astro, stella, cielo, costellazione),come pure «considerare, desiderare», che anch'essi si rifanno asidus.
Il ferro si forma perNucleosintesi stellareall'interno delle stelle di grande massa.
Le prime prove di uso del ferro vengono daiSumerie dagliIttiti, che già 4000 anniavanti Cristolo usavano per piccoli oggetti come punte dilanciaegioielliricavati dal ferro recuperato dameteoriti. Durante ilmedioevoinalchimiail ferro era associato aMarte.
La storia dell'impiego e della produzione del ferro è comune a quella delle sue leghe al carbonio:ghisaeacciaio.
Gli studiosi hanno stimato che il ferro sia il metallo più abbondante all'interno dellaTerra, in quanto presente in grandi quantità nel nucleo e nel mantello terrestre, assieme a nichel e zolfo.Limitatamente alla crosta terrestre, il ferro, invece, è il quarto elemento più abbondante con una percentuale in peso pari a circa 6,3%, preceduto da ossigeno (46%), silicio (27%) e alluminio (8,1%),mentre si stima che sia il sesto elemento per abbondanza nell'interouniverso(con una percentuale in peso di circa 0,11%), preceduto da idrogeno (75%), elio (23%), ossigeno (1%), carbonio (0,5%) e neon (0,13%).
La grande quantità di ferro presente al centro della Terra non può essere tuttavia causa delcampo geomagnetico, poiché questo elemento si trova con ogni probabilità a unatemperaturasuperiore allatemperatura di Curieoltre la quale non esiste ordinamento magnetico nel reticolo cristallino.
Il ferro è unmetalloche viene estratto dai suoi minerali, costituiti da composti chimici del ferro stesso, prevalentemente ossidi. Infatti sulla crosta terrestre il ferro non si rinviene quasi mai allo stato elementare metallico (ferro nativo), ma quasi totalmente sotto forma di composti in cui è presente allo stato ossidato. Per ottenere ferro metallico è necessario procedere ad unariduzionechimica dei suoi minerali. Il ferro si usa solitamente per produrreacciaioche è unalegaa base di ferro,carbonioed altri elementi.
Il nuclide più abbondante del ferro, ilFe, ha la più piccola massa (930,412 MeV/c) pernucleone, ma non è il nuclide più fortemente legato, primato che spetta alNi.
Esistono treforme allotropichedel ferro denominate:
Tali denominazioni seguono l'ordine alfabetico delle lettere greche: infatti in passato esisteva anche la denominazione "ferro beta", che è stata successivamente abbandonata in quanto non si tratta in realtà di una forma allotropica del ferro, come invece si pensava, bensì di una formaparamagneticadel ferro alfa, del quale preserva la struttura.
Nel seguentediagramma di fasedel ferro puro, ognuna di queste forme allotropiche presenta un campo di esistenza in un determinato intervallo di temperatura:
In genere, le varie forme allotropiche vengono indicate con lettere consecutive dell'alfabeto greco partendo dalla temperatura ambiente; nel caso del ferro viene saltata la lettera beta perché erroneamente essa era stata attribuita al ferro non magnetico presente a temperature comprese tra 768 °C (punto di Curie) e 910 °C. Le varie forme allotropiche del ferro sono differenti dal punto di vista strutturale: il ferro alfa, beta e delta presentano unreticolo cubico a corpo centratocon 2 atomi (1 "atomo intero" al centro della cella più 8 "ottavi di atomo" in corrispondenza dei vertici della cella) con unacostante di reticolomaggiore nel caso del ferro delta, mentre il ferro gamma presenta unreticolo cubico a facce centratecon 4 atomi (6 "mezzi atomi" al centro delle facce della cella più 8 "ottavi di atomo" in corrispondenza dei vertici della cella).
Le soluzioni solide interstiziali del carbonio nel ferro assumono nomi differenti a seconda della forma allotropica del ferro in cui il carbonio èsolubilizzato:
Il ferro è uno deglielementipiù comuni sullaTerra, della cuicrostacostituisce circa il 5%. La maggior parte si trova inmineralicostituiti da suoi variossidi, tra cuiematite,magnetite,limoniteetaconite.
Si ritiene che ilnucleo terrestresia costituito principalmente da unalegadi ferro enichel, la stessa di cui è costituito circa il 5% dellemeteore. Benché rari, imeteoritisono la principale fonte di ferro allo stato metallico reperibile in natura, per esempio quelle delCanyon Diablo, inArizona.
Il ferro si trova anche informa nativasebbene in piccole quantità e in siti di impatti meteorici.
Industrialmente il ferro è estratto dai suoiminerali, principalmente l'ematite(Fe2O3) e lamagnetite(Fe3O4), perriduzioneconcarbonioin unafornace di riduzionea temperature di circa 2.000 °C. Nella fornace di riduzione lacarica, unamisceladi minerale di ferro, carbonio sotto forma dicokeecalcare, viene messa nella parte alta della fornace mentre una corrente di aria calda viene forzata nella parte inferiore.
Nella fornace il carbon coke reagisce con l'ossigenodell'aria producendomonossido di carbonio:
Il monossido di carbonio riduce il minerale di ferro (nell'equazione seguente ematite) per fondere il ferro, diventandobiossido di carbonionella reazione:
Ilcalcareserve a fondere le impurità presenti nel materiale, principalmentebiossido di silicio,sabbiaed altrisilicati. Al posto del calcare (carbonato di calcio) è possibile usare ladolomite(carbonato di magnesio). A seconda delle impurità che devono essere rimosse dal minerale possono essere usate altre sostanze. L'alta temperatura della fornace decompone il calcare inossido di calcio(calce viva):
Poi l'ossido di calcio si combina con il diossido di silicio per formare lascoria
La scoria fonde nel calore dell'altoforno(il diossido di silicio da solo resterebbe solido) e galleggia sopra il ferro liquido, più denso. Lateralmente l'altoforno ha dei condotti da cui è possibile spillare la scoria liquida o il ferro fuso a scelta. Il ferro così ottenuto è dettoghisa di prima fusionementre la scoria, chimicamente inerte, può essere usata come materiale per la costruzione distradeo inagricolturacomeconcimeper arricchire suoli poveri di minerali.
Nel2000sono state prodotte nel mondo circa 1,1 miliardi ditonnellatedi minerale di ferro per un valore commerciale stimato di circa 250 miliardi didollari, da cui si sono ricavate 572 milioni di tonnellate di ghisa di prima fusione. Anche se l'estrazione di minerali di ferro avviene in 48 paesi, il 70% della produzione complessiva è coperto dai primi cinque:Cina,Brasile,Australia,RussiaeIndia.
Gli ioni ferro(II) (Fe) e ferro(III) (Fe) formano complessi di colore rosso con numerosi composti organici. Due di questi complessi sono usati a scopo analitico e laconcentrazionedello ione ferro(II) o ferro(III) viene dedotta dalla misura dell'intensità del colore del complesso formatosi.
Il campione insoluzioneacidaperacido cloridricooacido nitrico0,05M-0,5 M viene trattato con un eccesso di soluzione ditiocianato di potassio(KSCN); gli ioni tiocianato formano con gli ioni di ferro(III) dei complessi colorati rosso-ruggine, in eccesso di tiocianato lo ione complesso maggioritario è Fe[(SCN)6]. Gli ioni ferro(II) non reagiscono, ma possono essere preventivamente ossidati a ioni ferro(III).
L'assorbanzadella soluzione viene letta allalunghezza d'ondadi circa480nm.
Tra icationiche possono interferire nella misura vi sono l'argento, ilrame, ilnichel, ilcobalto, lozinco, ilcadmio, ilmercurioe ilbismuto; tra glianionivi sono ifosfati, ifluoruri, gliossalatie itartratiche possono formare complessi abbastanza stabili con gli ioni di ferro(III), competendo con il tiocianato. I sali di mercurio(I) e di stagno(II) vannoossidatiai corrispondenti sali di mercurio(II) e di stagno(IV), perché distruggono il complesso colorato.
Qualora la presenza di interferenti fosse eccessiva, è possibileprecipitaregli ioni ferro(III) in forma di idrossido per trattamento con unasoluzione acquosadiammoniacaconcentrata, separare l'idrossido di ferro(III)ottenuto e scioglierlo nuovamente nell'acido cloridricodiluito; oppureestrarreil complesso tiocianato di ferro(III) con una miscela 5:2 di1-pentanoloedetere etilico.
Gli ioni ferro(II) formano un complesso rosso-arancione con l'o-fenantrolina[(C12H18N2)3Fe]o [Fe(phen)3], la cui l'intensità dipende dalpHnell'intervallo tra 2 e 9. L'assorbanza della soluzione viene letta alla lunghezza d'onda di 510 nm.
Gli ioni ferro(III) vengono preventivamenteridottia ioni ferro(II) per trattamento concloruro di idrossilammoniooidrochinone.
Tra gli interferenti vi sono ilbismuto, l'argento, il rame, il nichel, il cobalto e gli ioniperclorato.
Il ferro è il metallo in assoluto più usato dall'umanità, rappresenta da solo il 95% della produzione di metalli del mondo. Il suo basso costo e la sua resistenza nella forma dettaacciaione fanno unmateriale da costruzioneindispensabile, specialmente nella realizzazione diautomobili, discafidinavie di elementi portanti diedifici. I composti del ferro più utilizzati comprendono:
Il ferro comune, tecnicamente detto battuto o dolce contiene meno dello 0,5% di carbonio, quindi si tratta comunque di acciaio. È un materiale duro e malleabile. Spesso tuttavia con il termine ferro vengono indicati comunemente l'acciaio extradolce e quello dolce. Un ferro particolarmente puro, noto come "ferro Armco", viene prodotto dal1927con particolari procedimenti ed è impiegato dove si richiede un'elevatissimapermeabilità magneticae un'isteresi magneticatrascurabile.
Gli acciai speciali o legati, oltre a contenere carbonio sono addizionati di altri metalli quali ilcromo, ilvanadio, ilmolibdeno, ilnichele ilmanganeseper conferire alla lega particolari caratteristiche di resistenza fisica o chimica.
L'ossido di ferro(III)(Fe2O3), nelle varietàmagnetiteemaghemite, usato per le sue proprietà magnetiche come materiale per la produzione di supporti di memorizzazione, ad esempio supportato su polimeri nei nastri magnetici.
Il ferro è essenziale per la vita di tutti gli esseri viventi, eccezione fatta per pochibatteri.
Gli animali inglobano il ferro nel complessoeme, un componente essenziale delleproteinecoinvolte nelle reazioniredoxcome larespirazione. Eccessi di ferro aumentano quindi le reazioni redox provocando così un aumento dei radicali liberi. Per evitare ciò, il ferro nel nostro organismo è legato a proteine che regolano il suo stato di ossidazione. Il ferro inorganico si trova anche negliaggregati ferro-zolfodi molti enzimi, come leazotasie leidrogenasi.
Inoltre esiste una classe dienzimibasati sul ferro, classe che è responsabile di un'ampia gamma di funzioni di svariate forme di vita quali: lametano-monoossigenasi(conversione delmetanoinmetanolo), laribonucleotide riduttasi(conversione delribosioindesossiribosio), leemeritrine(fissazione e trasporto dell'ossigeno negliinvertebratimarini) e l'acido fosfatasi porpora(idrolisidegliesteridell'acido fosforico).
La distribuzione degli ioni ferro nei mammiferi è regolata in maniera molto rigorosa.Quando ad esempio il corpo è soggetto ad un'infezione, l'organismo "sottrae" il ferro rendendolo meno disponibile anche ai batteri (transferrina). Questo è il caso dell'epcidina, una proteina prodotta dal fegato che, legando e degradando laferroportina, inibisce il rilascio di ferro dagli enterociti e dai macrofagi.
Tra le migliori fonti alimentari di ferro si annoverano lacarne, ilpesce, ifagioli, iltōfue iceci. Contrariamente a quanto generalmente ritenuto, nonostante glispinacine siano ricchi, il ferro in essi contenuto non è biodisponibile per l'assorbimento; gli spinaci diminuiscono labiodisponibilitàdel ferro perché con essi si formano deicomposti di coordinazionecon conseguente spreco.
Il ferro assunto tramiteintegratori alimentariè spesso nella forma difumaratoogluconatodi ferro(II). Le dosi consigliate di ferro da assumere quotidianamente variano con l'età e il genere . Il ferro assunto come eme ha una maggiore biodisponibilità rispetto a quello presente in altri composti. I livelli di assunzione raccomandati (LARN) sono:
Il ferro viene assorbito a livello delduodeno. Il ferro legato algruppo emeè di più facile assorbimento rispetto al ferro non eme. Lacarnecontiene circa il 40% di ferro eme e il 60% di ferro non eme. Del ferro contenuto nella carne, eme e non eme, ne viene assorbito circa il 10-30%,percentuale che sale fino al 40% se si considera il solo ferro eme. Glialimenti vegetalicontengono solo ferro non eme di più difficile assorbimento, infatti il ferro di origine vegetale viene assorbito in quantità minori del 5%. In totale una persona priva di carenze assorbe in media circa il 10% del ferro introdotto con ladieta.
Del ferro introdotto con la dieta circa l'80% è incorporato nel gruppo eme (non è influente lostato di ossidazione); il restante 20% è immagazzinato come ferro non emico che deve essere necessariamente nella forma ridotta.
La riduzione avviene facilmente apHacido, quindi nellostomacoo in presenza di sostanze riducenti come lavitamina C.
Nelle cellule e nei fluidi corporei (sangueelinfa) il ferro non è mai libero, ma è legato a specificheproteinedi trasporto. All'interno delle cellula dellamucosaintestinale il ferro si lega all'apoferritina; il complesso neoformato si chiamaferritina. Dopodiché il ferro viene liberato e ossidato per raggiungere il circolo sanguigno. Nel sangue il ferro si lega alla transferrina. Come tale viene trasportato al fegato dove si deposita comeferritinaedemosiderina. Dal fegato, a seconda delle necessità dell'organismo, il ferro viene trasportato ai vari organi, ad esempio al tessuto muscolare, dove è fondamentale per la sintesi dellamioglobinao a livello delmidollo osseo rossodove è impiegato per la sintesi dell'emoglobina.
Il ferro-eme è una sostanza pro-ossidante che favorisce la formazione di N-nitroso composti nel lume intestinale e in generale la produzione di radicali liberi.
Dell'elementoferro si conoscono almeno trentaisotopi, connumeri di massache vanno daA= 45 adA= 74, oA= 75. Tra questi, gli isotopi stabili (o almeno apparentemente stabili) del ferro esistenti in natura sono i quattro che seguono, con le loro abbondanze relative in parentesi:Fe (5,845%),Fe (91,754%),Fe (2,119%) eFe (0,282%).
Il primo di questi, ilFe, è un isotopo stabile osservativamente, anche se teoricamente potrebbedecadereesotermicamente aCr (stabile) attraverso unadoppia cattura elettronica(εε) con emissione di dueneutrini, rilasciando un'energia di ~0,68 MeV. Tuttavia, l'emivita stimata per questo processo è di oltre 4,4·10annio 3,1·10anni(periodo di migliaia di miliardi di volte superiore all'età dell'Universo) e, ad oggi, non ci sono evidenze sperimentali conclusive per questo decadimento che, in ogni caso, sarebbe del tutto inavvertibile e privo di qualsiasi conseguenza da un punto di vista pratico. Una situazione potenzialmente analoga si ha per il primo isotopo stabile del nichel, ilNi, anch'esso soggetto a doppia cattura elettronica a dare l'ultimo isotopo stabile del ferro, ilFe.
IlFe (o Fe-56) è il più abbondante ed è stato da più parti in passato ritenuto erroneamente il nuclide più fortemente legato, quello cioè avente la più altaenergia di legamepernucleone. Tale primato spetta invece alNi, mentre ilFe viene al terzo posto, dopo ilFe.
Il primato delFe è invece quello di avere la minimamassaper nucleone ( m = 930,412 MeV/c), per il fatto puro e semplice che ha un maggior rapportoZ/N(protoni/neutroni) rispetto al Ni-62 (m = 930,417 MeV/c), essendo iprotonipiùleggeri(meno massivi) deineutroni.Questo vuol dire che, se ci fossero adatte sequenze di reazioni nucleari e ammettendo per esse il raggiungimento di uno stato di equilibrio (e-process), ilFe risultebbe il prodotto più stabile.
A livellocosmicol'abbondanza deimetalli di transizionedella prima serie presenta un picco centrato sull'elemento ferro, in particolare sul Fe-56, il quale sovrasta gli isotopi più abbondanti dei suoi vicini a sinistra (Ti,V,Cr,Mn) e a destra (Co,Ni,Cu,Zn) nellatavola periodica; questo è noto comepicco del ferro,e qui il nichel risulta secondo con ilNi, che è però più di un ordine di grandezza meno abbondante.
Il Fe-56 costituisce il principale punto di arrivo dellanucleosintesiall'interno delle stelle massive e come tale riveste particolare interesse per lafisica nuclearee l'astrofisica. Nella fase dievoluzione stellarenota comeprocesso di fusione del silicio, in particolare delSi (7 particelle alfa), che avviene soprattutto nel nucleo delle stelle più massive, ma specialmente nelle esplosioni disupernove,vengono prodotti nuovi nuclei per successiva incorporazioneesotermicadiparticelle alfa(nuclei di He-4) fino ad arrivare alNi (14 particelle alfa). Questo nuclide è radioattivo a vita breve (T1/2≈ 6 giorni, Q = 2,135 MeV) e decade quasi solo percattura elettronica(ε) aCo, il quale poi decade anch'esso in modalità coesistenteε/β(80,9%ε; T1/2≈ 77 giorni) aFe, stabile.In tal modo il Fe-56 può accumularsi e divenire il più abbondante tra gli elementi metallici nell'universo, dove è il sesto (1090 ppm) per abbondanza assoluta, dopo H,He,O,CeNe,e il primo tra gli elementi metallici. È ipotizzabile che la sovrapponibilità della curva diabbondanza cosmicadi tali elementi (e segnatamente dei loro isotopi più fortemente legati) con la curva dell'energia di legame per nucleoneabbia potuto generare la confusione.
IlFe ha unisomero nucleare(stato eccitato metastabile),Fe, spin 3/2, a soli 14,4 keV sopra lo stato fondamentale.Questo permette l'utilizzo su di esso dellaspettroscopia di risonanza Mössbauersfruttando la transizione tra lo stato eccitato e quello fondamentale con elevata risoluzione.Questo isotopo è quello di gran lunga più facile da assoggettare a questa spettroscopia; come sorgente diradiazione gammanecessaria allo scopo di innalzare allo stato eccitato ilFe si usa l'isotopo radioattivoCo, il quale decade percattura elettronicaad uno stato eccitato delFe.Come standard primario per misurare lo spostamento isomerico (isomer shift) si usa ilferro alfaa 295 K e come secondario ilnitroprussiato di sodioNa2[Fe(CN)5(NO)]·H2O, sempre a 295 K.
IlFe è inoltre l'unico isotopo stabile del Fe ad averespinnucleare (1/2, conparitànegativa), il che permette di utilizzare laspettroscopia di risonanza magnetica nucleare. Il valore di 1/2 dello spin implica il vantaggio dell'assenza dimomento di quadrupolonucleare, il che permette di ottenere spettri ad alta risoluzione per campioni in soluzione in adatti solventi. In tal caso, come standard primario si usa ilferro pentacarbonile; come standard secondari ilferrocenee ilferrocianuro di potassio.Entrambe le spettroscopie sono tecniche di notevole valore diagnostico strutturale e chimico e, grazie a questo isotopo, il ferro e i suoi composti, allo stato solido per la risonanza Mössbauer,e in soluzione per la risonanza magnetica,possono disporne per essere utilmente indagati.
IlFe è l'isotopo del ferro meno abbondante sulla Terra (~0,28%), ma neiraggi cosmicigalattici arriva prossimo ad un'abbondanza del 6%,o comunque maggiore del rapporto terrestre.Questo nuclide, proprio per la sua scarsità percentuale, è stato studiato come possibile tracciante non radioattivo in processibiologici.
Il Fe-45 è un nuclide singolare del ferro che nel 75% dei casi decade perdoppia espulsione di protone, un modo di decadimento estremamente raro,possibile solo per nuclei atomici fortemente carenti di neutroni e aventi protoni in numero pari,trasformandosi in Cr-43 (Q ≈ 1,134 MeV,T1/2= 1,89 ms); per il restante 25% espelle insieme unprotonee un positrone (pβ), dando Cr-44.Un altro nuclide che esibisce tale fenomeno è lo Zn-54, che dà Ni-52.
Il Fe-52 decade aMn-52 (radioattivo) percattura elettronica(ε, 42%) e per emissione dipositrone(β) (58%),rilasciando 2,380MeV; l'emivitaè 8,275 ore; il Mn-52 decade a sua volta, per cattura elettronica e emissione di positrone (ε/β), aCr-52, stabile.Questo isotopo radioattivo del ferro,complessatoconlegantimacrociclicie unito poi adanticorpi monoclonali, trova applicazione inmedicinaa scopodiagnostico, per il quale uso risulta uno degli isotopi di prima scelta.
Il Fe-53 decade a Mn-53 (radioattivo) per cattura elettronica (ε, 2,9%) e per emissione di positrone (β, 97,1%), rilasciando 3,743 MeV;l'emivita è 2,51 minuti; il Mn-53 decade a sua volta, per sola cattura elettronica, a Cr-53, stabile.
Il Fe-55 decade a Mn-55 (stabile) per cattura elettronica (ε), rilasciando 0,231 MeV; l'emivita è 2,74 anni.
Il Fe-59 decadeβaCo-59 (stabile), rilasciando 1,565 MeV; l'emivita è 44,49 giorni.
IlFe è un nuclide radioattivo che decadeβaCo (che, a sua volta, decadeβaNi, stabile). La sua emivita è di 2,62 milioni di anni (fino al 2009 si credeva fosse di 1,5 milioni di anni) ed è ormai "estinto".Molti lavori di datazione basati sul ferro si basano proprio sulla misura del tenore diFe inmeteoritieminerali.
In alcune parti delle meteoritiSemarkonaeChervony Kutsi è osservata una correlazione tra la concentrazione diNi, il prodotto finale del decadimento diFe, e le abbondanze degli altri isotopi stabili del ferro; questo prova cheFe esisteva all'epoca della nascita del sistema solare. È inoltre possibile che l'energia prodotta dal suo decadimento abbia contribuito, insieme a quella del decadimento diAl, alla ri-fusione ed alla differenziazione degliasteroidial tempo della loro formazione, 4,6 miliardi di anni fa.
Glistati di ossidazionepiù comuni del ferro comprendono:
È anche noto ilferro(VI), uno stato raro presente per esempio nelferrato di potassio.
Si veda ancheossido di ferro.
Un apporto eccessivo di ferro tramite l'alimentazione è tossico perché l'eccesso di ioni ferro(II) reagisce con i perossidi nel corpo formandoradicali liberi. Finché il ferro rimane a livelli normali, i meccanismi anti-ossidanti del corpo riescono a mantenere il livello di radicali liberi sotto controllo.
Un eccesso di ferro può produrre disturbi (emocromatosi); per questo l'assunzione di ferro tramite medicinali e integratori va eseguita sotto stretto controllo medico e solo in caso di problematiche legate alla carenza di ferro.