Ferro

== Isotopi ==

== Isotopi ==

Dell'[[Elemento chimico|elmento]] ferro si conoscono almeno trenta [[Isotopo|isotopi]], con [[Numero di massa|numeri di massa]] che vanno da ”A” = 45 ad ”A” = 74<ref>{{Cita web|url=https://atom.kaeri.re.kr/nuchart/|titolo=Table of Nuclides|accesso=5 dicembre 2021}}</ref>, o ”A” = 75<ref>{{Cita web|url=https://www-nds.iaea.org/relnsd/vcharthtml/VChartHTML.html|titolo=Livechart – Table of Nuclides – Nuclear structure and decay data|sito=www-nds.iaea.org|accesso=2021-12-05}}</ref>. Di questi gli isotopi stabili, o almeno apparentemente stabili del ferro, e che esistono in natura, sono i quattro che seguono, con le loro abbondanze relative in parentesi: ⁵⁴Fe (5,845%), ⁵⁶Fe (91,754%), ⁵⁷Fe (2,119%) e ⁵⁸Fe (0,282%).<ref>{{Cita web|url=https://www-nds.iaea.org/relnsd/vcharthtml/VChartHTML.html|titolo=Livechart – Table of Nuclides – Nuclear structure and decay data|sito=www-nds.iaea.org|accesso=2021-12-05}}</ref>

Gli [[isotopo|isotopi]] stabili del ferro esistenti in natura sono quattro, in parentesi le loro abbondanze relative: ⁵⁴Fe (5,85%), ⁵⁶Fe (91,75%), ⁵⁷Fe (2,12%) e ⁵⁸Fe (0,28%).

=== Isotopi stabili ===

=== Isotopi stabili ===

Il primo di questi, il ⁵⁴Fe, è un isotopo stabile osservativamente, anche se teoricamente potrebbe decadere esotermicamente a ⁵⁴Cr attraverso una [[doppia cattura elettronica]] con emissione di due [[Neutrino|neutrini]], rilasciando un’energia di ~0,68&nbsp;MeV. Tuttavia, l’emivita stimata per questo processo è di oltre 4,4·10²⁰ anni<ref>{{Cita pubblicazione|nome=I.|cognome=Bikit|nome2=M.|cognome2=Krmar|nome3=J.|cognome3=Slivka|data=1º ottobre 1998|titolo=New results on the double β decay of iron|rivista=Physical Review C|volume=58|numero=4|pp=2566-2567|lingua=en|accesso=15 febbraio 2021|doi=10.1103/PhysRevC.58.2566|url=https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevC.58.2566}}</ref> o 3,1·10²² anni<ref>{{Cita web|url=http://www.nucleonica.net/unc.aspx|titolo=Nucleonica}}</ref> (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, il ⁵⁸Ni, anch’esso soggetto a doppia cattura elettronica a dare un altro isotopo stabile del ferro, il ⁵⁸Fe.<ref>{{Cita pubblicazione|nome=V.I.|cognome=Tretyak|nome2=Yu.G.|cognome2=Zdesenko|data=1995-09|titolo=Tables of double beta decay data|rivista=Atomic Data and Nuclear Data Tables|volume=61|numero=1|pp=43-90|lingua=en|accesso=18 febbraio 2021|doi=10.1016/S0092-640X(95)90011-X|url=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0092640X9590011X}}</ref>

Il primo di questi, il ⁵⁴Fe, è un isotopo stabile osservativamente, anche se teoricamente potrebbe decadere esotermicamente a ⁵⁴Cr attraverso una [[doppia cattura elettronica]] (εε) con emissione di due [[Neutrino|neutrini]], rilasciando un’energia di ~0,68&nbsp;MeV. Tuttavia, l’emivita stimata per questo processo è di oltre 4,4·10²⁰ anni<ref>{{Cita pubblicazione|nome=I.|cognome=Bikit|nome2=M.|cognome2=Krmar|nome3=J.|cognome3=Slivka|data=1º ottobre 1998|titolo=New results on the double β decay of iron|rivista=Physical Review C|volume=58|numero=4|pp=2566-2567|lingua=en|accesso=15 febbraio 2021|doi=10.1103/PhysRevC.58.2566|url=https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevC.58.2566}}</ref> o 3,1·10²² anni<ref>{{Cita web|url=http://www.nucleonica.net/unc.aspx|titolo=Nucleonica}}</ref> (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, il ⁵⁸Ni, anch’esso soggetto a doppia cattura elettronica a dare l’ultimo isotopo stabile del ferro, il ⁵⁸Fe.<ref>{{Cita pubblicazione|nome=V.I.|cognome=Tretyak|nome2=Yu.G.|cognome2=Zdesenko|data=1995-09|titolo=Tables of double beta decay data|rivista=Atomic Data and Nuclear Data Tables|volume=61|numero=1|pp=43-90|lingua=en|accesso=18 febbraio 2021|doi=10.1016/S0092-640X(95)90011-X|url=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0092640X9590011X}}</ref>

Il ⁵⁶Fe (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 alta [[energia di legame]] per nucleone. Tale primato spetta invece al ⁶²Ni, mentre il ⁵⁶Fe viene al terzo posto, dopo il ⁵⁸Fe.<ref>{{Cita pubblicazione|nome=M. P.|cognome=Fewell|data=1995-07|titolo=The atomic nuclide with the highest mean binding energy|rivista=American Journal of Physics|volume=63|numero=7|pp=653-658|lingua=en|accesso=14 febbraio 2021|doi=10.1119/1.17828|url=http://aapt.scitation.org/doi/10.1119/1.17828}}</ref><ref>{{Cita web|url=http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/NucEne/nucbin2.html#c1|titolo=The Most Tightly Bound Nuclei|sito=hyperphysics.phy-astr.gsu.edu|accesso=16 febbraio 2021}}</ref>

Il ⁵⁶Fe (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 alta [[energia di legame]] per nucleone. Tale primato spetta invece al ⁶²Ni, mentre il ⁵⁶Fe viene al terzo posto, dopo il ⁵⁸Fe.<ref>{{Cita pubblicazione|nome=M. P.|cognome=Fewell|data=1995-07|titolo=The atomic nuclide with the highest mean binding energy|rivista=American Journal of Physics|volume=63|numero=7|pp=653-658|lingua=en|accesso=14 febbraio 2021|doi=10.1119/1.17828|url=http://aapt.scitation.org/doi/10.1119/1.17828}}</ref><ref>{{Cita web|url=http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/NucEne/nucbin2.html#c1|titolo=The Most Tightly Bound Nuclei|sito=hyperphysics.phy-astr.gsu.edu|accesso=16 febbraio 2021}}</ref>

Il Fe-56 costituisce il principale punto di arrivo della [[nucleosintesi]] all’interno delle stelle massive e come tale riveste particolare interesse per la [[fisica nucleare]] e l'[[astrofisica]]. Nella fase di [[evoluzione stellare]] nota come [[processo di fusione del silicio]], in particolare del ²⁸Si (7 particelle alfa), che avviene soprattutto nel nucleo delle stelle più massive, ma specialmente nelle esplosioni di [[Supernova|supernove]],<ref name=”:0″ /> vengono prodotti nuovi nuclei per successiva incorporazione [[Processo esotermico|esotermica]] di [[Particella α|particelle alfa]] fino ad arrivare al ⁵⁶Ni (14 particelle alfa). Questo nuclide è radioattivo a vita breve (T_1/2&nbsp;≈&nbsp;6 giorni) e decade [[Cattura elettronica|ε]]/[[Decadimento beta|β]]⁺ a ⁵⁶Co, che poi decade anch’esso con la stessa modalità (T_1/2&nbsp;≈&nbsp;77 giorni) a ⁵⁶Fe, 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&nbsp;ppm) per abbondanza assoluta, dopo H, [[Elio|He]], [[Ossigeno|O]], [[Carbonio|C]] e [[Neon|Ne]]. È ipotizzabile che la sovrapponibilità della curva di [[abbondanza cosmica]] di tali elementi (e segnatamente dei loro isotopi più fortemente legati) con la curva dell'[[Energia di legame|energia di legame per nucleone]] abbia potuto generare la confusione.

Il Fe-56 costituisce il principale punto di arrivo della [[nucleosintesi]] all’interno delle stelle massive e come tale riveste particolare interesse per la [[fisica nucleare]] e l'[[astrofisica]]. Nella fase di [[evoluzione stellare]] nota come [[processo di fusione del silicio]], in particolare del ²⁸Si (7 particelle alfa), che avviene soprattutto nel nucleo delle stelle più massive, ma specialmente nelle esplosioni di [[Supernova|supernove]],<ref name=”:0″ /> vengono prodotti nuovi nuclei per successiva incorporazione [[Processo esotermico|esotermica]] di [[Particella α|particelle alfa]] fino ad arrivare al ⁵⁶Ni (14 particelle alfa). Questo nuclide è radioattivo a vita breve (T_1/2&nbsp;≈&nbsp;6 giorni) e decade [[Cattura elettronica|ε]]/[[Decadimento beta|β]]⁺ a ⁵⁶Co, che poi decade anch’esso con la stessa modalità (T_1/2&nbsp;≈&nbsp;77 giorni) a ⁵⁶Fe, 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&nbsp;ppm) per abbondanza assoluta, dopo H, [[Elio|He]], [[Ossigeno|O]], [[Carbonio|C]] e [[Neon|Ne]]. È ipotizzabile che la sovrapponibilità della curva di [[abbondanza cosmica]] di tali elementi (e segnatamente dei loro isotopi più fortemente legati) con la curva dell'[[Energia di legame|energia di legame per nucleone]] abbia potuto generare la confusione.

Il ⁵⁷Fe ha un [[Isomeria nucleare|isomero nucleare]] (stato eccitato metastabile) a soli 14,4&nbsp;keV sopra lo stato fondamentale. Questo permette l’utilizzo per questo nucleo della [[Spettroscopia Mössbauer|spettroscopia di risonanza Mössbauer]] sfruttando la transizione tra lo stato eccitato e quello fondamentale.<ref>{{Cita libro|autore=Guennadi N. Belozerski|curatore=J. Lindon|titolo=Encyclopedia of Spectroscopy and Spectrometry|editore=Elsevier|p=1335|volume=2|capitolo=Mössbauer Spectroscopy, Theory|ISBN=0-12-226680-3}}</ref> Ancora, il ⁵⁷Fe è l’unico isotopo stabile di Fe ad avere [[spin]] nucleare (1/2, con [[Parità (fisica)|parità]] negativa), il che permette di utilizzare la [[spettroscopia di risonanza magnetica nucleare]]. Il valore semintero dello spin implica l‘assenza di [[momento di quadrupolo]], il che permette di ottenere spettri ad alta risoluzione per campioni in soluzione in adatti solventi. Come standard si usa il [[Pentacarbonilferro|ferro pentacarbonile]]; come standard secondari il [[ferrocene]] e il [[ferrocianuro di potassio]].<ref>{{Cita libro|autore=Dieter Rehder|curatore=J. Lindon|titolo=Encyclopedia of Spectroscopy and Spectrometry|editore=Elsevier|p=731|volume=1|capitolo=HETERONUCLEAR NMR APPLICATIONS (SC–ZN)|ISBN=0-12-226680-3}}</ref> 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 indagati.

Il ⁵⁷Fe ha un [[Isomeria nucleare|isomero nucleare]] (stato eccitato metastabile) a soli 14,4&nbsp;keV sopra lo stato fondamentale. Questo permette l’utilizzo su di esso della [[Spettroscopia Mössbauer|spettroscopia di risonanza Mössbauer]] sfruttando la transizione tra lo stato eccitato e quello fondamentale.<ref>{{Cita libro|autore=Guennadi N. Belozerski|curatore=J. Lindon|titolo=Encyclopedia of Spectroscopy and Spectrometry|editore=Elsevier|p=1335|volume=2|capitolo=Mössbauer Spectroscopy, Theory|ISBN=0-12-226680-3}}</ref> Ancora, il ⁵⁷Fe è l’unico isotopo stabile di Fe ad avere [[spin]] nucleare (1/2, con [[Parità (fisica)|parità]] negativa), il che permette di utilizzare la [[spettroscopia di risonanza magnetica nucleare]]. Il valore semintero dello spin implica il vantaggio dell‘assenza di [[momento di quadrupolo]], il che permette di ottenere spettri ad alta risoluzione per campioni in soluzione in adatti solventi. Come standard primario si usa il [[Pentacarbonilferro|ferro pentacarbonile]]; come standard secondari il [[ferrocene]] e il [[ferrocianuro di potassio]].<ref>{{Cita libro|autore=Dieter Rehder|curatore=J. Lindon|titolo=Encyclopedia of Spectroscopy and Spectrometry|editore=Elsevier|p=731|volume=1|capitolo=HETERONUCLEAR NMR APPLICATIONS (SC–ZN)|ISBN=0-12-226680-3}}</ref> 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<ref>{{Cita pubblicazione|nome=E.|cognome=Kuzmann|nome2=S.|cognome2=Nagy|nome3=A.|cognome3=Vértes|data=2003-01-01|titolo=Critical review of analytical applications of Mössbauer spectroscopy illustrated by mineralogical and geological examples (IUPAC Technical Report)|rivista=Pure and Applied Chemistry|volume=75|numero=6|pp=801–858|accesso=2021-12-05|doi=10.1351/pac200375060801|url=https://www.degruyter.com/document/doi/10.1351/pac200375060801/html}}</ref><ref>{{Cita pubblicazione|nome=Melinda Darby|cognome=Dyar|data=1985-04-01|titolo=A review of Mössbauer data on inorganic glasses: the effects of composition on iron valency and coordination|rivista=American Mineralogist|volume=70|numero=3-4|pp=304–316|accesso=2021-12-05|url=https://pubs.geoscienceworld.org/msa/ammin/article-abstract/70/3-4/304/41717/A-review-of-Mossbauer-data-on-inorganic-glasses}}</ref><ref>{{Cita pubblicazione|nome=M.I|cognome=Oshtrakh|data=1999-05|titolo=Mössbauer spectroscopy of iron containing biomolecules and model compounds in biomedical research|rivista=Journal of Molecular Structure|volume=480-481|pp=109–120|lingua=en|accesso=2021-12-05|doi=10.1016/S0022-2860(98)00692-9|url=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0022286098006929}}</ref> e in soluzione per la risonanza magnetica,<ref>{{Cita pubblicazione|nome=Andrew|cognome=Houlton|nome2=John R.|cognome2=Miller|nome3=Roger M. G.|cognome3=Roberts|data=1991|titolo=Studies of the bonding in iron( II ) cyclopentadienyl and arene sandwich compounds. Part 2. Correlations and interpretations of carbon-13 and iron-57 nuclear magnetic resonance and iron-57 mössbauer data|rivista=J. Chem. Soc., Dalton Trans.|numero=3|pp=467–470|lingua=en|accesso=2021-12-05|doi=10.1039/DT9910000467|url=http://xlink.rsc.org/?DOI=DT9910000467}}</ref><ref>{{Cita pubblicazione|nome=Gerd N.|cognome=La Mar|nome2=C.M.|cognome2=Dellinger|nome3=S.S.|cognome3=Sankar|data=1985-04|titolo=Iron-57 chemical shifts in carbonyl myoglobin and its model complexes determined by iron-57-carbon-13 double resonance|rivista=Biochemical and Biophysical Research Communications|volume=128|numero=2|pp=628–633|lingua=en|accesso=2021-12-05|doi=10.1016/0006-291X(85)90092-0|url=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/0006291X85900920}}</ref> possono disporne per essere utilmente indagati.<ref>{{Cita pubblicazione|nome=Nathalie|cognome=Godbout|nome2=Robert|cognome2=Havlin|nome3=Renzo|cognome3=Salzmann|data=1998-03-01|titolo=Iron-57 NMR Chemical Shifts and Mössbauer Quadrupole Splittings in Metalloporphyrins, Ferrocytochrome c , and Myoglobins: A Density Functional Theory Investigation|rivista=The Journal of Physical Chemistry A|volume=102|numero=13|pp=2342–2350|lingua=en|accesso=2021-12-05|doi=10.1021/jp972542h|url=https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jp972542h}}</ref>

Il ⁵⁸Fe è l’isotopo del ferro meno abbondante sulla Terra (~0,28%), ma nei raggi cosmici galattici arriva prossimo ad un abbondanza del 6%,<ref>{{Cita pubblicazione|nome=R. A.|cognome=Mewaldt|nome2=J. D.|cognome2=Spalding|nome3=E. C.|cognome3=Stone|data=1980-03|titolo=The isotopic composition of galactic cosmic-ray iron nuclei|rivista=The Astrophysical Journal|volume=236|pp=L121|lingua=en|accesso=2021-12-05|doi=10.1086/183211|url=http://adsabs.harvard.edu/doi/10.1086/183211}}</ref> o comunque maggiore del rapporto terrestre.<ref>{{Cita pubblicazione|nome=M.E.|cognome=Wiedenbeck|nome2=W.R.|cognome2=Binns|nome3=E.R.|cognome3=Christian|data=2001-01|titolo=The isotopic source composition of cosmic-ray iron, cobalt, and nickel|rivista=Advances in Space Research|volume=27|numero=4|pp=773–778|lingua=en|accesso=2021-12-05|doi=10.1016/S0273-1177(01)00120-X|url=https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S027311770100120X}}</ref> Questo nuclide, proprio per la sua scarsità percentuale, è stato studiato come possibile tracciante non radioattivo in processi biologici.<ref>{{Cita pubblicazione|nome=H. W.|cognome=Kim|nome2=Y. J.|cognome2=Yu|nome3=A. G.|cognome3=Greenburg|data=1994-01|titolo=Iron-58 and Neutron Activation Analysis: A Non-Radioactive Method for Tracing Hemoglobin Iron|rivista=Artificial Cells, Blood Substitutes, and Biotechnology|volume=22|numero=3|pp=619–624|lingua=en|accesso=2021-12-05|doi=10.3109/10731199409117891|url=http://www.tandfonline.com/doi/full/10.3109/10731199409117891}}</ref>

=== Isotopi radioattivi ===

=== Isotopi radioattivi ===

Il Fe-53 decade a Mn-53 (radioattivo) per [[cattura elettronica]] e per emissione di [[positrone]] ([[Decadimento beta|β]]⁺), rilasciando 3,743&nbsp;MeV; l’emivita è 2,51&nbsp;minuti; il Mn-53 decade a sua volta, per sola cattura elettronica, a Cr-53, stabile.<ref name=”:1″>{{Cita web|url=https://www-nds.iaea.org/relnsd/vcharthtml/VChartHTML.html|titolo=Livechart – Table of Nuclides – Nuclear structure and decay data|sito=www-nds.iaea.org|accesso=19 febbraio 2021}}</ref>

Il Fe-53 decade a Mn-53 (radioattivo) per [[cattura elettronica]] e per emissione di [[positrone]] ([[Decadimento beta|β]]⁺), rilasciando 3,743&nbsp;MeV; l’emivita è 2,51&nbsp;minuti; il Mn-53 decade a sua volta, per sola cattura elettronica, a Cr-53, stabile.<ref name=”:1″>{{Cita web|url=https://www-nds.iaea.org/relnsd/vcharthtml/VChartHTML.html|titolo=Livechart – Table of Nuclides – Nuclear structure and decay data|sito=www-nds.iaea.org|accesso=19 febbraio 2021}}</ref>

Il Fe-55 decade a Mn-55 (stabile) per cattura elettronica, rilasciando 0,231 MeV; l’emivita è 2,74 anni.<ref name=”:1″ />

Il Fe-55 decade a Mn-55 (stabile) per cattura elettronica, rilasciando 0,231 MeV; l’emivita è 2,74&nbsp;anni.<ref name=”:1″ />

Il Fe-59 decade β^- a Co-59 (stabile), rilasciando 1,565&nbsp;MeV; l’emivita è 44,49 giorni.<ref name=”:1″ />

Il Fe-59 decade β^- a Co-59 (stabile), rilasciando 1,565&nbsp;MeV; l’emivita è 44,49 giorni.<ref name=”:1″ />

Il ⁶⁰Fe è un nuclide radioattivo che ha un’[[emivita (fisica)|emivita]] di 2,62 milioni di anni (fino al 2009 si credeva fosse di 1,5 milioni di anni) ed è ormai “estinto”<ref>{{en}}{{cita web|url=https://physicsworld.com/a/nailing-the-half-life-of-iron-60/|titolo=Nailing the half-life of iron-60 – Physics World|accesso=25 gennaio 2020}}</ref>. Molti lavori di datazione basati sul ferro si basano proprio sulla misura del tenore di ⁶⁰Fe in meteoriti e minerali.

Il ⁶⁰Fe è un nuclide radioattivo che decade [[Decadimento beta|β]]⁻ a ⁶⁰Co (che, a sua volta, decade [[Decadimento beta|β]]⁻ a ⁶⁰Ni, stabile). La sua [[emivita (fisica)|emivita]] è di 2,62 milioni di anni (fino al 2009 si credeva fosse di 1,5 milioni di anni) ed è ormai “estinto”<ref>{{en}}{{cita web|url=https://physicsworld.com/a/nailing-the-half-life-of-iron-60/|titolo=Nailing the half-life of iron-60 – Physics World|accesso=25 gennaio 2020}}</ref>. Molti lavori di datazione basati sul ferro si basano proprio sulla misura del tenore di ⁶⁰Fe in meteoriti e minerali.

In alcune parti delle meteoriti ”Semarkona” e ”Chervony Kut” si è osservata una correlazione tra la concentrazione di ⁶⁰[[Nichel|Ni]], il prodotto del decadimento di ⁶⁰Fe, e le abbondanze degli altri isotopi stabili del ferro; questo prova che ⁶⁰Fe 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 di ²⁶[[Alluminio|Al]], alla ri-fusione ed alla differenziazione degli asteroidi al tempo della loro formazione, 4,6 miliardi di anni fa.

In alcune parti delle meteoriti ”Semarkona” e ”Chervony Kut” si è osservata una correlazione tra la concentrazione di ⁶⁰[[Nichel|Ni]], il prodotto finale del decadimento di ⁶⁰Fe, e le abbondanze degli altri isotopi stabili del ferro; questo prova che ⁶⁰Fe 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 di ²⁶[[Alluminio|Al]], alla ri-fusione ed alla differenziazione degli asteroidi al tempo della loro formazione, 4,6 miliardi di anni fa.

== Composti ==

== Composti ==