Hierro

De EcuRed
Hierro
Información sobre la plantilla
Información general
Nombre,símbolo,número:Fe
Grupo,período,bloque:Grupo 8, Período 4, Bloque d.
Densidad:7874 kg/m3
Apariencia:Aspecto metálico brillante con un tono grisáceo
Propiedades atómicas
Radio medio:140 pm
Radio atómico(calc):156
Radio covalente:126 pm
Configuración electrónica:[Ar]3d64s2
Electrones por nivel de energía:2, 8, 14, 2
Estado(s) de oxidación:2,3
Estructura cristalina:Cúbica centrada en el cuerpo
Propiedades físicas
Estado ordinario:Sólido
Punto de fusión:1808 K
Punto de ebullición:3023 K
Presión de vapor:7,05 Pa a 1808 K

Hierro. Elemento químico, símbolo: Fe, número atómico 26 y peso atómico 55.847. El hierro es el cuarto elemento más abundante en la corteza terrestre (5%). Es un metal maleable, tenaz, de color gres plateado y magnético. Los cuatro isótopos estables, que se encuentran en la naturaleza, tienen las masas 54, 56, 57 y 58. Los dos minerales principales son la hematita, Fe2O3, y la limonita, Fe2O3.3H2O. Las piritas, FeS2, y la cromita, Fe(CrO2)2, se explotan como minerales de azufre y de cromo, respectivamente. El hierro se encuentra en muchos otros minerales y está presente en las aguas freáticas y en la hemoglobina roja de la sangre.

Contenido

Historia

El hierro fue descubierto en la prehistoria y era utilizado como adorno y para fabricar armas. El objeto más antiguo existente, es un grupo de cuentas oxidadas encontrado en Egipto, y data del 4000 a.c. El término arqueológico edad del hierro se aplica sólo al periodo en el que se extiende la utilización y el trabajo del hierro. El procesado moderno del hierro no comenzó en Europa central hasta la mitad del siglo XIV.

Edad del Hierro

Los primeros en entrar en la Edad del Hierro fueron los hititas en el área de Palestina y solo fueron necesarios unos siglos para que a continuación lo hiciera todo el mundo antiguo. Aunque el trabajo del hierro es el más difícil de realizar de entre todos los metales, las posibilidades que ofrece, su mayor eficacia y la dificultad de abastecerse de cobre y estaño hicieron que el hierro substituyera a las labores asociadas al cobre de manera bastante rápida. Estas circunstancias estimularon el perfeccionamiento de la siderurgia, que llevaron a que en épocas prehistóricas se consiguieran temperaturas de hasta 1.300º C. El mineral de hierro es muy abundante en la tierra, supone el 5% del peso de la corteza terrestre, por lo que su aprovisionamiento no es difícil, pero sin embargo, son necesarios combustibles de una alta capacidad calorífica para su reducción, generalmente se utilizó el carbón vegetal.

Existen diferentes procedimientos para la obtención del metal de hierro. El primero, llamado procedimiento directo, se obtiene en horno de cubeta. La reducción se realiza a una temperatura menor que la de fusión (1536º C). Mediante este procedimiento se obtiene una mezcla de hierro y escoria que, tras un insistente martillado, nos proporciona un metal más o menos homogéneo. Así se obtiene el hierro dulce, muy puro (con menos de un 0’02 % de carbono), pero a la vez excesivamente dúctil y de escasa dureza. Si queremos aumentar esta lo podemos conseguir mediante su introducción en carbono, con lo que conseguimos un mayor nivel de carburación del metal, lo que aumenta la dureza. El hierro carburado no es otra cosa que el acero. El hierro se puede trabajar mecánicamente, es lo que se llama el forjado, método por el que se pueden conseguir artefactos de una gran variedad. También se puede tratar térmicamente de varias formas: a)- mediante el recocido, calentarlo y dejarlo enfriar lentamente, con lo que se obtiene una estructura de mayor equilibrio, b)- a través del templado, que consiste en enfriarlo bruscamente en agua lo que lo hace duro y fácil de afilar, aunque quebradizo y c)- por el método del revenido, que consiste en, tras el templado, volverlo a calentar y dejarlo enfriar lentamente, lo que hace disminuir su fragilidad.

Otro método general de trabajo del hierro es el indirecto, que se realiza en altos hornos y produce un metal fundido, que se puede llevar a moldes y tiene un alto porcentaje de carbono (de un 1’7% a un 6’7%). Este método de obtención del hiero colado no se conoció en Europa hasta el siglo XI-XII d.c., pero se dominaba ya en China desde el IV a.c. Antes de la revolución industrial el mejor metal de hierro era el damasquinado, que se fabricaba mediante varillas de hierro dulce y hierro carburado soldadas y martilladas conjuntamente, dando como resultado un material que aúna flexibilidad, resistencia y dureza. La Edad del Hierro comienza a finales del II Milenio a.c. y el conocimiento del carburado fue decisivo en su expansión. El conocimiento de la siderurgia se extendió rápidamente por el Próximo Oriente, Chipre y el Egeo y, en algunos siglos se hizo asidua en Europa, gracias a la abundancia de hierro que existía en esta y a los numerosos bosques que posibilitaban la obtención de grandes cantidades del carbón vegetal necesario para su tratamiento. La colonización griega y fenicia hizo que el hierro se difundiera rápido por la Península Ibérica, el norte de Africa y, seguramente, por la fachada atlántica, alcanzando su apogeo en el mundo celta donde se integra en los objetos de la vida cotidiana. El bronce, de todos modos, se sigue utilizando con fines decorativos.

Características

Hierro puro
Hierro puro
El hierro puro tiene una dureza que oscila entre 4 y 5. Es blando, maleable y dúctil. Se magnetiza fácilmente a temperatura ordinaria, y es difícil magnetizarlo en caliente. A unos 790 °C desaparecen las propiedades magnéticas. El punto de fusión del hierro, es de unos 1.535 °C, un punto de ebullición de 2.750 °C. La densidad relativa de este metal es de 7,86. Su masa atómica es 55,847.

Estructura

El hierro tiene una estructura centrada en el cuerpo, a temperaturas normales. A temperaturas más altas, tiene una estructura cúbica centrada en la cara. Este hecho es de gran importancia práctica. En su forma de acero, el hierro siempre contiene una pequeña cantidad de carbono. Los átomos de carbono son menores que los átomos de hierro y, a temperaturas altas, se encajan en los espacios abiertos de la estructura centrada en la cara. Cuando el hierro se enfría, adquiere una forma cúbica centrada en el cuerpo. En esa forma, los átomos de carbono no pueden colocarse en los espacios más pequeños. Entonces, la red cristalina del hierro se distorsiona, debido al tamaño tan grande de los átomos de carbono, o el carbono se separa del hierro como carburo de hierro, Fe 3C.

Los cristales del hierro y del Fe3 existen en muchos tamaños y formas. La estructura final del cristal está determinada por el por ciento del hierro y la rapidez de enfriamiento. Estas diferencias en la estructura cristalina, le dan la gran versatilidad que tiene el acero como un material industrial. También explican el hecho de que las propiedades del acero se pueden cambiar gradualmente por el tratamiento del calor.

Químicamente el hierro es un metal activo. Se combina con los halógenos (flúor, cloro, bromo, yodo y astato) y con el azufre, fósforo, carbono y silicio. Desplaza al hidrógeno de la mayoría de los ácidos débiles. Arde con oxígeno formando tetróxido triférrico (óxido ferrosoférrico), Fe3O4. Expuesto al aire húmedo, se corroe formando óxido de hierro hidratado, una sustancia pardo-rojiza, escamosa, conocida comúnmente como orín. La formación de orín es un fenómeno electroquímico en el cual las impurezas presentes en el hierro interactúan eléctricamente con el hierro metal. Se establece una pequeña corriente en la que el agua de la atmósfera proporciona una disolución electrolítica. El agua y los electrólitos solubles aceleran la reacción. En este proceso, el hierro metálico se descompone y reacciona con el oxígeno del aire para formar el orín. La reacción es más rápida en aquellos lugares donde se acumula el orín, y la superficie del metal acaba agujereándose, osea, se corroe.

Al sumergir hierro en ácido nítrico concentrado, se forma una capa de óxido que lo hace pasivo, es decir, no reactivo químicamente con ácidos u otras sustancias. La capa de óxido protectora se rompe fácilmente golpeando o sacudiendo el metal, que vuelve así a ser activo.

Compuestos

Los compuestos de hierro (II) se oxidan fácilmente a compuestos de hierro (III). El compuesto más importante de hierro (II) es el sulfato de hierro (II), FeSO4, denominado caparrosa verde, que normalmente existe en forma de cristales verde pálido que contienen siete moléculas de agua de hidratación. Se obtiene en grandes cantidades como subproducto al limpiar el hierro con baño químico, y se utiliza como mordiente en el teñido, para obtener tónicos medicinales y para fabricar tinta y pigmentos.

El óxido de hierro (III), un polvo rojo amorfo, se obtiene tratando sales de hierro (III) con una base, y también oxidando pirita. Se utiliza como pigmento, y se denomina rojo de hierro o rojo veneciano. También se usa como abrasivo para pulir y como medio magnetizable de cintas y discos magnéticos. El cloruro de hierro (III), que se obtiene en forma de cristales brillantes de color verde oscuro al calentar hierro con cloro, se utiliza en medicina y como una disolución alcohólica llamada tintura de hierro.

Los iones de hierro (II) y hierro (III) se combinan con los cianuros para formar compuestos de coordinación. El hexacianoferrato (II) de hierro (III) o ferrocianuro férrico, Fe4[Fe(CN)6]3, es un sólido amorfo azul oscuro formado por la reacción de hexacianoferrato (II) de potasio con una sal de hierro (III) y se conoce como azul de Prusia. Se usa como pigmento en pintura y como añil en el lavado de ropa para corregir el tinte amarillento dejado por las sales de hierro (II) en el agua. El hexacianoferrato (III) de potasio, K3Fe(CN)6, llamado prusiato rojo, se obtiene del hexacianoferrato (III) de hierro (II), Fe3[Fe(CN)6]2. A éste se le llama también azul de Turnbull y se usa para procesar el papel de calco. El hierro experimenta también ciertas reacciones fisicoquímicas con el carbono, que son esenciales para fabricar el acero.

Propiedades

  1. Presenta un color blanco.
  2. Muy abundante en la tierra, pocas veces aparece en estado puro.
  3. Tiene una gran densidad.
  4. Es un material magnético.
  5. Cuando entra en contacto con el aire, se forma en su superficie una capa de óxido, razón por la cual no puede utilizarse sin protección superficial.
  6. Tiene una conductividad eléctrica baja.

Aplicaciones y producción

Polvo de hierro
Polvo de hierro
El hierro puro, preparado por la electrólisis de una disolución de sulfato de hierro (II), tiene un uso limitado. El hierro comercial contiene invariablemente pequeñas cantidades de carbono y otras impurezas que alteran sus propiedades físicas, pero éstas pueden mejorarse considerablemente añadiendo más carbono y otros elementos de aleación.

La mayor parte del hierro se utiliza en formas sometidas a un tratamiento especial, como el hierro forjado, el hierro colado y el acero. Comercialmente, el hierro puro se utiliza para obtener láminas metálicas galvanizadas y electroimanes. Los compuestos de hierro se usan en medicina para el tratamiento de la anemia, es decir, cuando desciende la cantidad de hemoglobina o el número de glóbulos rojos en la sangre. En 1994, la producción anual de hierro se aproximaba a los 975 millones de toneladas.

Efectos sobre la salud

El Hierro puede ser encontrado en carne, productos integrales, patatas y vegetales. El cuerpo humano absorbe Hierro de animales más rápido que el Hierro de las plantas. El Hierro es una parte esencial de la hemoglobina: el agente colorante rojo de la sangre que transporta el oxígeno a través de nuestros cuerpos.

Puede provocar conjuntivitis, coriorretinitis, y retinitis si contacta con los tejidos y permanece en ellos. La inhalación crónica de concentraciones excesivas de vapores o polvos de óxido de hierro puede resultar en el desarrollo de una neumoconiosis benigna, llamada sideriosis, que es observable como un cambio en los rayos X. Ningún daño físico de la función pulmonar se ha asociado con la siderosis. La inhalación de concentraciones excesivas de óxido de hierro puede incrementar el riesgo de desarrollar cáncer de pulmón en trabajadores expuestos a carcinógenos pulmonares. LD50 (oral, rata) =30 gm/kg. (LD50: Dosis Letal 50. Dosis individual de una sustancia que provoca la muerte del 50% de la población animal debido a la exposición a la sustancia por cualquier vía distinta a la inhalación. Normalmente expresada como miligramos o gramos de material por kilogramo de peso del animal.)

Efectos ambientales

El hierro (III) -O-arsenito, pentahidratado puede ser peligroso para el medio ambiente; se debe prestar especial atención a las plantas, el aire y el agua. Se recomienda encarecidamente que no se permita que el producto entre en el medio ambiente porque persiste en éste.

Fuentes