L'acciaio è una lega metallica ampiamente utilizzata nelle costruzioni per la sua resistenza, convenienza e durezza. Le sue varie forme sono costituite quasi interamente da ferro, ma contengono anche gli elementi carbonio, manganese, fosforo, zolfo, silicio e talvolta nichel e cromo. L'acciaio sfrutta la struttura reticolare atomica altamente stabile del ferro, con una svolta importante.
Il reticolo di cristallo
Il ferro, nella sua forma solida, assume una struttura cristallina, il che significa semplicemente che gli atomi di ferro sono disposti in uno schema regolare e ripetuto chiamato reticolo. Esistono molti reticoli in natura, ma il ferro si presenta in una delle due forme: il cubo a corpo centrato, che esiste a temperature più elevate, e il cubo a facce centrate, la sua forma a temperatura ambiente.
Il ruolo del carbonio
L'aggiunta di carbonio al ferro liquido, in genere in quantità che vanno dallo 0,035% al 3,5% in massa, cambia ciò che accade quando la miscela si raffredda fino al punto di congelamento (circa 1.500°C). Invece di passare dall'essere un reticolo centrato sul corpo a diventare un reticolo centrato sulla faccia, gli atomi di ferro si depositano direttamente in quest'ultimo. Allo stesso tempo, gli atomi di carbonio si depositano al centro di questi cubi. Questo in definitiva spiega la maggiore durata dell'acciaio rispetto al ferro puro.