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Características del hierro

hierro

Es un metal gris plateado y maleable considerado elemento químico porque sus moléculas se forman con un único tipo de átomo. Es el cuarto elemento más abundante de la corteza terrestre, aunque es imposible encontrarlo en estado puro en la naturaleza ni puede ser utilizado puro, sino formando aleaciones.

¿Qué es?

Es un elemento químico identificado con el numero atómico 26 y situado en el grupo 8 de la tabla periódica. Se le identifica con el símbolo Fe que proviene del latín fĕrrum.

Es un metal de transición y representa el 5% de la corteza terrestre y es el primer elemento con la mayor masa planetaria, pues en el núcleo se concentra la mayor masa de hierro. En el núcleo de la tierra encontramos hierro y níquel metálicos.

Ha sido muy importante para el desarrollo del ser humano y es por eso que un periodo de nuestra historia recibe el nombre de Edad de Hierro. Su uso se remonta 4000 años antes de Cristo, era empleado por los sumerios y los egipcios en sus ceremonias, luego para fabricar armas y a partir de ese momento, continuó siendo utilizado.

Características del hierro

El hierro es un metal conocido por todos, aun así, conviene repasar todas sus características básicas:

  • Es un metal maleable.
  • Es ferromagnético a temperatura ambiente.
  • Es muy duro y denso.
  • Es de color gris plateado.
  • En la naturaleza se le encuentra formando óxidos y rara vez está libre.
  • Si se desea obtener hierro elemental, el óxido se reduce con carbono y es sometido a una refinación.
  • Es el elemento más pesado producido por fusión y el más ligero producido por fisión.
  • El núcleo más estable es el del hierro-56.

Propiedades químicas y físicas del hierro   

Serie química: Metales de transición.

Grupo, período, bloque: 8, 4, d.

Masa atómica: 55,847 u.

Configuración electrónica: [Ar]3d64s2.

Dureza Mohs: 4,0.

Electrones por nivel: 2, 8, 14, 2.

Radio medio: 140 pm.

Electronegatividad: 1,83 (escala de Pauling)

Calor específico: 440 J/(K·kg).

Conductividad eléctrica: 9,93·106 S/m.

Conductividad térmica: 80,2 W/(K·m).

Densidad: 7874 kg/m3.

Entalpía de vaporización: 349,6 kJ/mol

Módulo elástico: 200 GPa.

Punto de ebullición: 2750 ℃.

Punto de fusión: 1535 ℃.

Resistencia máxima: 540 MPa.

Aplicaciones

El hierro es el metal más utilizado, siendo el 95% del peso de metal utilizado a nivel mundial. En su forma pura solo se emplea por su potencial magnético, eel resto, es empleado para formar elementos siderúrgicos, como matriz para alear metales y no metales para obtener materiales con diferentes propiedades.

Por lo general es utilizado para obtener acero. Cuando un hierro tiene menos de 2,1% de carbono se le considera hierro, si tiene más es denominado como fundición. El acero es necesario para la industria humana porque es tenaz y tiene un bajo valor, es empleado en edificios, automóviles y barcos.

Aceros

Los aceros son aleaciones férreas con menos 2,1% de carbono en su composición y pueden contener ferrita y austenita y forman carburo de hierro. Según su contenido de carbono pueden ser:

Acero bajo en carbono: menos del 0,25% de carbono. Es un acero blando y dúctil. Se emplea en vehículos, tuberías y más.

Acero medio en carbono: poseen entre 0,25% y 0,6% de carbono. Son tratados térmicamente para mejorar sus propiedades. Son duros, pero poco dúctiles, se emplean en piezas mecánicas que necesitan una elevada resistencia mecánica.

Acero alto en carbono: cuenta con entre 0,60% y 1,4% de carbono. Son aceros resistentes y cuentan con otros elementos para formar carburos. Se emplean en herramientas.

Aceros aleados: son aceros que permiten satisfacer ciertas condiciones específicas para determinadas industrias. Suelen presentar modificaciones químicas y estructurales para otorgarles resistencias mecánicas, a la oxidación y más.

Fundiciones

Si el contenido de carbono es elevado estamos ante una fundición. En estos casos tenemos un elemento muy frágil, aunque duro, esto puede ser difícil de entender en un principio, pero debes comprender que la dureza de un material se define por su resistencia a ser rayado y su fragilidad es la capacidad que tiene de fracturarse, cuando un metal es duro, por lo general es frágil.

Las fundiciones pueden ser:

  • Atruchada.
  • Blanca.
  • Esferoidal o dúctil.
  • Gris.
  • Maleable americana.
  • Maleable europea
  • Vermicular.

Historia

El ser humano utilizó el hierro 4000 años antes de Cristo, principalmente por sumerios y egipcios. Con el paso del tiempo el hierro empezó a ser utilizado para elaborar diferentes herramientas. En aquellos tiempos se empleaba hierro procedente de la tierra y hierro procedente de meteoritos, ambos se distinguen porque el ultimo no presenta níquel.

Para los años 1600 a 1200 a. C empieza a ser utilizado en otros implementos, pero no sustituye aún al bronce. Con el paso del tiempo, se da una transición al uso de armas de hierro por encima del bronce, se cree que a causa de la escasez de estaño y a la mejora de las tecnologías para trabajar el hierro, es en este punto donde la humanidad abandona la Edad de Bronce y pasa a la Edad de Hierro.

El hierro no llegó a Europa occidental hasta el siglo VII a. C y la sustitución del bronce fue mucho más paulatina. Para Europa central la llegada del Hierro se dio por etapas, la primera Edad de Hierro con la cultura de Hallstatt en el siglo IX a. C. y la segundad Edad de Hierro con la cultura de La Tène.

Con la llegada del hierro, se inició el proceso de añadirle carbono, mediante observaciones se descubrió que, al calentar el acero sobre un lecho de carbones, este adquiría una mayor dureza.

En China el hierro utilizado provenía de meteoritos y lograron elaborar hierro colado, una mezcla de hierro y arrabio. Lograron esto antes que todos los demás porque existía un mayor contenido de fósforo en el arrabio chino que en el que podía encontrarse en otros lugares del mundo, por lo tanto, alcanzar las elevadas temperaturas necesarias para el hierro colado era mucho más sencillo.

Con el paso de los años se llegó a la construcción de los altos hornos, pues el carbón vegetal era demasiado costoso para ser utilizado elaborando acero. Se empezó a emplear el coque, un combustible fósil y para su adecuado aprovechamiento, Abraham Darby diseño el primer alto horno.

El alto horno fue evolucionando y para el año 1784 Henry Cort había diseñado técnicas que mejoraron la producción. Con el paso del tiempo el hierro se convirtió en la materia prima por excelencia para el desarrollo de las ciudades.

Abundancia y obtención

El hierro es el metal de transición más abundante en la corteza terrestre y suele formar numerosos minerales, especialmente hematites, limonitas, magnetitas, sideritas, ilmenitas y piritas.

El hierro se puede obtener con algunas impurezas a partir de sus óxidos y para ello suelen ser reducidos en un alto horno. Se añaden los minerales de hierro con coque y carbonato de calcio como escorificante.

La oxidación del coque con oxígeno libera energía y esta se emplea para calentar el hierro y este a su vez se ve reducido por el monóxido de carbono liberado en la combustión. La caliza se descompone.

Con la entrada de aire a la mezcla se elimina el azufre y se separan la escoria y el arrabio o hierro fundido, materia prima que será empleada en las industrias.

Los mayores productores de hierro son China, Australia, Brasil, India y Rusia. El mayor yacimiento se encuentra en Bolivia, con un 40% de la reserva mundial aún por explotar.

Metabolismo del hierro

El hierro se presenta en pocas cantidades en los organismos, pero es vital para la vida, es necesario para la oxigenación y el metabolismo de las células.

Un adulto sano tiene hasta 4 gramos de hierro en el cuerpo, distribuidos en un 70% como hierro funcional, es decir, como eritrocitos y mioglobinas y en enzimas que dependen del hierro.

El 30% restante es almacenado en depósitos de nuestro organismo.

La absorción de hierro de los alimentos es regulada por la mucosa intestinal, es por eso que no se acumulan cantidades excesivas de hierro en la sangre.

Isótopos

El hierro presenta cuatro isótopos estables y naturales: 54Fe, 56Fe, 57Fe y 58Fe.

Precauciones

El hierro en exceso acumulado en nuestros tejidos causa siderosis, además, es toxico y en presencia de peróxido produce radicales libres. Si los niveles de hierro son normales, los antioxidantes de nuestro cuerpo pueden controlarlo todo.

En niños la dosis letal de hierro es de 3,1 g y puede causar un envenenamiento grave y dañar el hígado.

Si inhalamos vapores o polvos de óxido de hierro, desarrollaremos siderosis y nuestro riesgo de padecer cáncer de pulmón se incrementará. Si por el contrario estos vapores o polvos entran en contacto con los ojos, pueden causar conjuntivitis, coriorretinits y retinitis.

Alotrópico

El hierro es alotrópico, esto quiere decir que cambia de estructura molecular según la temperatura del lugar en el que se encuentre. A temperatura normal su estructura es cubica y tiene un átomo en el centro. Si se incrementa la temperatura, la estructura sigue siendo cubica, pero los átomos pasan a ubicarse en los vértices del cubo y en el centro de cada lado.

Conductividad

El hierro tiene una elevada conductividad térmica, por lo que se emplea mucho en utensilios de cocina. Al contrario, tiene una baja conductividad eléctrica, por lo que no se utiliza en cables y circuitos.

Alimentos que contienen hierro

Entre los alimentos con hierro podemos mencionar las carnes rojas, el pollo, frutos secos, legumbres, semillas, vegetales de color verde oscuro como la espinaca y el brócoli, los moluscos y el pescado.

Efectos ambientales

La aleación de hierro (III), oxígeno y arsenito es altamente peligrosa para el ambiente, contamina el aire, el agua y afecta negativamente a las plantas, lo peor es que no puede ser degradada, por lo que permanece en el ambiente.

¿Cómo citar?

Ing. Chirinos A. (S.F.). Características del hierro. Disponible en: https://www.caracteristicas.pro/hierro/