thumb|right|150px|Ponte pênsil de aço (Golden Gate, São Francisco, EUA) O ferro (do latim ferrum) é um elemento químico, símbolo Fe, de número atômico 26 (26 prótons e 26 elétrons) e massa atômica 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, dá-se origem a vários tipos de aço.
Este metal de transição é encontrado no grupo 8 (anteriormente denominado como 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.
É um dos elementos mais abundantes do universo; o núcleo da Terra é formado principalmente por ferro e níquel (NiFe). Este ferro está em uma temperatura muito acima da temperatura de Curie do ferro, dessa forma, o núcleo da Terra não é ferromagnético.
O ferro tem sido historicamente importante, e um período da história recebeu o nome de Idade do Ferro. O ferro, 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.
Características É um metal maleável, tenaz, de coloração cinza prateado, apresentando propriedades magnéticas; é ferromagnético a temperatura ambiente, assim como o níquel e o cobalto.
É encontrado na natureza fazendo parte da composição de diversos minerais, entre eles muitos óxidos, como o FeO (óxido de ferro II, ou óxido ferroso) ou como Fe2O3 (óxido de ferro III, ou óxido férrico). Os números que acompanham o íon ferro dizem respeito aos estados de oxidação apresentados pelo ferro, que são +2 e +3, e ele é raramente encontrado livre. 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 nuclear, 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.
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 - 1 400 °C: apresenta uma rede cúbica centrada nas faces. Ferro δ: 1 400 - 1 539 °C: apresenta uma rede cúbica centrada no corpo.
A distribuição eletrônica do ferro é 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 4s² 3d⁶. Sua camada de valência (camada eletrônica mais externa) é 4s².
Tipos de ferro O ferro disponível nos alimentos pode ser de dois tipos:MARTINS, Cristina. Ferro & Força! Como prevenir da anemia. Nutroclínica, 2001. Ferro heme: forma orgânica, presente na hemoglobina dos eritrócitos do sangue e é encontrado principalmente nos alimentos de origem animal (ex.: fígado e língua de boi, fígado e coração de galinha, peixes e frutos do mar); Ferro não heme: forma inorgânica, não faz parte do complexo heme da hemoglobina e está presente principalmente nos alimentos de origem vegetal (ervilha seca, açaí, feijão, lentilha, nozes e outras oleaginosas, açúcar mascavo, chocolate, etc.), mas pode ser encontrado nos ovos e em pequenas quantidades também nas carnes, peixes e aves. Aplicações O ferro é o metal mais usado, com 95% em peso da produção mundial de metal. É indispensável devido ao seu baixo preço e dureza, especialmente empregado em automóveis, barcos e componentes estruturais de edifícios.
O aço é a liga metálica de ferro mais conhecida, sendo este o seu uso mais frequente. Os aços são ligas metálicas de ferro com outros elementos, tanto metálicos quanto não metálicos, que conferem propriedades distintas ao material. É considerada aço uma liga metálica de ferro que contém menos de 2% de carbono; se a percentagem é maior recebe a denominação de ferro fundido.
As ligas férreas apresentam uma grande variedade de propriedades mecânicas dependendo da sua composição e do tratamento aplicado.
Os aços são ligas metálicas de ferro com concentrações máximas de 2% em peso de carbono, aproximadamente. 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.
História thumb|right|200 px|Peça de ferro da Idade do Ferro Existem evidências de que o ferro era conhecido antes de 5000 a.C. Os mais antigos objetos feitos de ferro usado pela humanidade são alguns enfeites de siderito, feitos no Egito em aproximadamente 4000 a.C. A invenção da fundição por volta de 3000 a.C. levou ao início da Era do Ferro por volta de 1200 a.C. e ao uso proeminente de 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. Algumas fontes 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 pelas de ferro. Esta rápida transição talvez tenha ocorrido devido a uma escassez de estanho e a uma melhoria na tecnologia para trabalhar com o ferro.
Este período, 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., e não chegou à Europa ocidental antes do século VII a.C..
A substituição do bronze pelo ferro foi paulatina, 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 joias, embora se continuem encontrando objetos de bronze.
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, para então submergi-lo na água ou óleo. O produto resultante, apresentando uma camada superficial de aço, era menos duro e mais frágil que o bronze.
Na China, o primeiro ferro utilizado também era proveniente dos meteoritos. Foram encontrados objetos de ferro forjado no noroeste, perto de Xinjiang, do século VIII a.C.. 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,Wagner, Donald B. (2003). "Chinese blast furnaces from the 10th to the 14th century". Historical Metallurgy 37 (1): 25–37. originalmente publicado em Wagner, Donald B. (2001). "Chinese blast furnaces from the 10th to the 14th century". West Asian Science, Technology, and Medicine 18: 41–74. se conseguiu 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. Todavia, durante muito tempo, até a Dinastia Qing (aos 221 a.C.), o processo teve uma grande repercussão.
O ferro fundido levou mais tempo para ser obtido na Europa, pois não se conseguia a temperatura necessária. Algumas das primeiras amostras foram encontradas na Suécia, em Lapphyttan e Vinarhyttan, de 1150 a 1350 d.C.
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 sistema já estava implantado no século XV, conseguindo-se obter temperaturas de até 1200 °C. 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, iniciando-se a utilização do coque, um combustível fóssil, como alternativa. Foi utilizado pela primeira vez por Abraham Darby, no início do século XVIII, construindo em Coalbrookdale um "alto-forno". Mesmo assim, o coque só foi empregado como fonte de energia na Revolução industrial. Neste período a procura foi se tornando cada vez maior devido a sua utilização, como por exemplo, em estradas de ferro.
O alto-forno foi evoluindo ao longo dos anos. Henry Cort, em 1784, aplicou novas técnicas que melhoraram a produção.