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Hierro

hierro - Wikilingue - Encydia

Manganeso - Hierro - Cobalto
Fe
Ru  
Hueso
 
Localització del Ferro a la taula periòdica
General
Nombre, símbolo, número Hierro, Fe, 26
Serie química Metal de transición
Grupo, periodo, bloque 8, 4 , d
Densidad, dureza Mohs 7874 kg/m3, 4,0
Apariencia Metálico brillante
con un tono grisáceo
Aparença del ferro
Propiedades atómicas
Peso atómico 55,845 uma
Radio medio 140 pm
Radio atómico calculado 156 pm
Radio covalente 124.1 pm
Radio de Van der Waals 200 pm
Configuración electrónica [Ar]3d64s2
Estados de oxidación (óxido) 2,3,4,6 (amfòter)
Estructura cristalina Cúbica centrada en el cuerpo
Propiedades físicas
Estado de la materia Sólido (ferromagnètic)
Punto de fusión 1808 K
Punto de ebullición 3023 K
calor de vaporización 349,6 kJ/muele
calor de fusión 13,8 kJ/muele
Presión de vapor 7,05 Pan a 1808 K
Velocidad del sonido 4910 m/s a 293,15 K
Información diversa
Electronegatividad 1,83 (Pauling)
Calor específico 440 J/(kg*K)
Conductividad eléctrica 9,93 x 106m-1·Ω-1
Conductividad térmica 80,2 W/(m*K)
1r potencial de ionización 762,5 kJ/muele
2n potencial de ionización 1561,9 kJ/muele
3r potencial de ionización 2957 kJ/muele
4t potencial de ionización 5290 kJ/muele
Isótopos más estables
iso. AN Periodo de semidesintegració CD ED MeV PD
54Fe 5,8% Fe es estable con 28 neutrones
55Fe Sintético 2,73 años ε 0,231 55Mn
56Fe 91,72% Fe es estable con 30 neutrones
57Fe 2,2% Fe es estable con 31 neutrones
58Fe 0,28% Fe es estable con 32 neutrones
59Fe Sintético 44,503 días β 1,565 59CO
60Fe Sintético 1,5x106 años β- 3,978 60CO
Valores en el seno de unidades y en CNPT (0º C y 1 atm),
excepto cuando se indica el contrario.

El hierro es un elemento químico de número atómico 26 situado en el grupo 8 de la tabla periódica. Se simboliza como Fe.

Este metal de transición es el cuarto elemento más abundante enla corteza terrestre,[1] representando un 5% y, entre los metales, sólo el aluminio es más abundante. Igualmente es uno de los elementos más importantes del Universo, y el núcleo de la Tierra está formado principalmente por hierro y níquel , generando al moverse un campo magnético. Ha sido históricamente muy importante, y un periodo de la Historia recibe el nombre de "Edad de Hierro".

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Características principales

Es un metal maleable, tenaz, de color gris platejat y presenta propiedades magnéticas; es ferromagnètic a temperatura ambiente.

Se encuentra en la naturaleza formando parte de numerosos minerales, muchos de los cuales son óxidos, y raramente se encuentra libre. Para obtener hierro en estado elemental, los óxidos se reducen con carbono y después es sometido a un proceso de refinado para eliminar las impurezas presentes. El óxido más abundante es el óxido de hierro III, de fórmula Fe2O 3.

Fundamentalmente se emplea en la producción de aceros, consistentes en aleaciones de hierro con otros elementos, tanto metálicos como no metálicos, que confieren distintas propiedades al material. Se considera que una aleación de hierro es acero si contiene un 0.008% y un 1.76% de carbono ; si el porcentaje es entre un 1.76% y un 6.67%, recibe el nombre de fundición .

Es el elemento más pesando que se produce exotérmicamente por fusión, y el más ligero que se produce a través de una fisión, por el hecho que su núcleo tiene la más alta energía de enlace por nucleón (energía necesaria para separar del núcleo un neutrón o un protón); por lo tanto, el núcleo más estable es lo del hierro-56.

Presenta diferentes formas estructurales dependiente de la temperatura:

Presencia a la natura

El apariència roja de esta agua se debida al ión férrico Fe3+ de las rocas.

El hierro es el sexto elemento químico más abundante al universo, formado en el acto final de la nucleosíntesi, por el proceso de fusión del silicio. Si bien representa aproximadamente un 5% de la corteza terrestre, el núcleo de la Tierra se cree que está formado por una aliació de hierro-níquel constituyendo un 35% del total de la demasiada de la Tierra. El hierro es consecuentemente el elemento más abundante en la Tierra, pero sólo el cuarto elemento más abundante a la corteza. [2] Gran parte del hierro se encuentra combinado con oxígeno como minerales de óxido de hierro como la hematites y magnetita .

Uno de cada veinte meteoritos están formados por mineral de níquel-hierro: taenite (35-80 % de hierro) y kamacite (90-95 % de hierro). Aunque raro, los meteoritos férricos son la forma esencial de hierro metálico natural a la superficie de la Tierra.

El color rojo de la superficie de Marte se piensa que se debido a un hierro rico en óxido, la regolita.

Aplicaciones

El hierro es el metal más usado, con el 95% en pes de la producción mundial de metal. Es muy popular debido a su bajo precio y dureza, especialmente en automóviles, barcos y componentes estructurales de edificios.

El acero es la aleación de hierro más conocido, siendo este su uso más frecuente. Las aleaciones férreas presentan una gran variedad de propiedades mecánicas dependiente de su composición o el tratamiento que se haya llevado a cabo.

Compuestos

Dirige de Hierro, en una empresa de fabricación de acero

Los estados de oxidación del Hierro son;

Los óxidos de hierro más conocidos son el óxido de hierro (II), FeO, el óxido de hierro (III), Fe2O 3, y el óxido mixto Fe3O 4. Forma así mismo numerosas sales y complejos en estos estados de oxidación. El hexacianoferrat (II) de hierro (III), usado en pinturas, se ha denominado moratón de Prússia o moratón de Turnbull; se pensaba que eran sustancias diferentes.

Oxidación del hierro.

Se conocen compuestos en el estado de oxidación +4, +5 y +6, pero son poco comunes, y en el caso del +5, no está muy caracterizado. El ferrat de potasio, K2FeO4, en el que el hierro está en estado de oxidación +6, se emplea como oxidante. El estado de oxidación +4 se encuentra en unos pocos compuestos y también en algunos procesos enzimáticos.

Historia

Hacha de hierro, encuentro en Suecia

Se tienen indicios de os del hierro, seguramente procedente de meteoritos , cuatro milenios antes de Cristo, por parte de los sumerios y egipcios .

Entre dos y tres milenios antes de Cristo van apareciendo cada vez más objetos de hierro (que se distingue del hierro procedente de meteoritos por la ausencia de níquel ) a Mesopotàmia , Anatólia y Egipto. Sin embargo, su uso pareix ceremonial, siendo un metal muy caro, más que el oro. Algunas fuentes sugieren que tal vez se obtuviera como subproducto de la obtención de cocer . Entre el 1600 a. de C y el 1200 a.C., va aumentando su uso enla Oriente Medio, pero no sustituye al uso predominante del bronce.

Entre los siglos XII a. de C y X a.C., se produce una rápida transición en Oriente Medio desde las armas de bronce a las de hierro. Esta rápida transición tal vez fuera debida a la falta de estanque, más que a una mejora en la tecnología del trabajo del hierro. A este periodo, que se produjo en diferentes fechas según el lugar, se denomina Edad de Hierro, sustituyendo a la Edad de Bronce. En Grecia empezó a emplearse entorno a en el año 1000 a.C., y no llegó a Europa occidental hasta el siglo VII a.C. La sustitución del bronce por el hierro fue gradual, porque era difícil fabricar piezas de hierro: localizar el mineral, después fundirlo a temperaturas altas para finalmente forjarlo.

En Europa Central, surgió en el siglo IX a.C. la cultura de Hallstatt (sustituyendo a la cultura de los campos de urnas, que se denomina primera Edad de Hierro, porque coincide con la introducción de este metal.

Hacia el 450 a.C. se desarrolló la cultura de La Tène, también denominada segunda Edad de Hierro. El hierro se usa en herramientas, armas y joyería, aunque siguen encontrándose objetos de bronce.

Junto con esta transición del bronce al hierro se descubrió el proceso de carburització , consistente a añadir carbono al hierro. El hierro se obtenía como una mezcla de hierro y escoria, con algo de carbono o carburos, y era forjado, extrayendo la escoria y oxidante el carbono, creando así el producto ya con una forma. Este hierro forjado tenía un contenido en carbono muy bajo y no se podía endurecer fácilmente al enfriarlo con agua. Se observó que se podía obtener un producto mucho más llevar calentando la pieza de hierro forjado en una cama de carbón vegetal, para entonces sumergirlo en agua o aceite.

El producto resultante, que tenía la superficie de acero, era más llevar y menos frágil que el bronce, al cual empezó a reemplazar.

En la China, el primer hierro que se utilizó también procedía de meteoritos, habiéndose encontrado objetos de hierro forjado al noroeste, cerca de Xinjiang , del siglo VIII a.C. EL procedimiento era el mismo que el utilizado en Oriente Medio y Europa.

A los últimos años de la Dinastía Zhou (550 a.C.), en la China se consigue obtener hierro fundido (producto de la fusión de la arrabi). El mineral encontrado allí presenta un alto contenido en fósforo, con lo cual funde a temperaturas menores que en Europa y otros lugares. No obstante durando bastante tiempo, hasta la Dinastía Qing (hacia 221 a.C.), no tuvo una gran repercusión.

El hierro fundido tardó más a llegar a Europa, porque no se conseguía la temperatura suficiente. Algunas de las primeras muestras de hierro fundido se han encontrado en Suecia, a Lapphyttan y Vinarhyttan, del 1150 d. de C y 1350 d.C.

A la edad mediana, y hasta finales del siglo XIX, muchos países europeos empleaban como método siderúrgico la fragua catalana. Se obtenía hierro y acero bajo en carbono empleando carbón vegetal y mineral de hierro.

Este sistema estaba ya implantado en el siglo XV, y se conseguían temperaturas de hasta unos 1200 °C. Este procedimiento fue sustituido por el empleado en los altos hornos.

En un principio se usaba carbón vegetal para la obtención de hierro como fuente de calor y como agente reductor. Durante el siglo XVIII, en Inglaterra, empezó a escasear y hacerse más caro el carbón vegetal, y esto hizo que empezara a utilizarse cuezo, un combustible fósil, como alternativa. Fue utilizado por primera vez por Abraham Darby, a principios del siglo XVIII, que construyó a Coalbrookdale, Inglaterra, un alto horno. Así mismo, lo cuezo se empleó como fuente de energía en la Revolución Industrial. En este periodo la demanda de hierro fue cada vez mayor, por ejemplo para su aplicación en el ferrocarril.

El alto horno fue evolucionando a lo largo de los años. Henry Cort, al 1784, aplicó nuevas técnicas que mejoraron la producción. Al 1826 el alemán Friedrich Harkot va construïr un alto horno sin masonería para los humos.

Hacia finales del siglo XVIII y comienzos del siglo XIX se empezó a emplear ampliamente el hierro como elemento estructural (en puentes, edificios, etcétera). Entre el1776 y 1779 se construyó el primer puente de fundición de hierro, construido por John Wilkinson y Abraham Darby. En Inglaterra se empleó por primera vez en la construcción de edificios, por Mathew Boulton y James Vatio, a principios del siglo XIX. También son conocidas otras obras de ese siglo, por ejemplo el "Palacio de Vidrio" construido para la Exposición Universal de 1851 en Londres, del arquitecto Joseph Paxton, que tiene una carcasa de hierro, o Torre Eiffel, en París, construida al 1889 para la Exposición Universal, donde se utilizaron miles de toneladas de hierro.

Abundancia y obtención

Piedras rojes, debido a la presencia de Hierro
El hierro es un material reciclable, pero su extracción puede comportar un impacto ambiental importante y un consumo energético notable. (Mina de Erzberg, Estíria, Austria).

Es el metal de transición más abundante enla corteza terrestre, y el cuarto más abundante de todos los elementos. También abunda en todo el Universo, habiéndose encontrado meteoritos que lo contienen.

Se encuentra formando parte de numerosos minerales, entre los que destacan: el hematites (Fe2O 3), la magnetita (Fe3O 4), la limonita (FeO(OH)), la siderita (FeCO3), la pirita (HAZ2), ilmenita (FeTiO3), etcétera.

Se puede obtener hierro a partir de los óxidos con más o menos impurezas. Muchos de los minerales de hierro son óxidos, y los que no lo sueño, se pueden oxidar para obtener los correspondientes óxidos.

La reducción de los óxidos para obtener hierro se lleva a cabo en un horno denominado habitualmente alto horno . En él se añaden los minerales de hierro, en presencia de cuezo y carbonato de calcio, CaCO3 (que actúa como escorificant).

Los gases resultantes, pueden intervenir en una serie de reacciones; lo cuezo puede reaccionar con el oxígeno para formar dióxido de carbono:

C + O 2 → CO2

A su vez el dióxido de carbono puede reducirse para dar monóxido de carbono:

CO2 + C → 2CO

Aunque también se puede dar el proceso contrario en oxidar-se el monóxido de carbono con oxígeno para volver a dar dióxido de carbono:

2CO + O 2 → 2CO2

El proceso de oxidación de cuezo con oxígeno libera energía y se utiliza para calentar el horno, llegándose hasta unos 1900 °C en la parte inferior del horno. La parte superior del horno no está tan caliente.

En primer lugar los óxidos de hierro pueden reducirse, parcial o totalmente, con el monóxido de carbono, CO; por ejemplo:

Fe3O 4 + 3CO → 3FeO + CO2
FeO + CO → Fe + CO2

Después, conforme llega a partes más bajas del horno y la temperatura aumenta, reaccionan con lo cuezo (carbono en su mayor parte), reduciéndose los óxidos. Por ejemplo:

Fe3O 4 + C → 3FeO + CO

El carbonato de calcio se descompone:

CaCO3 → CaO + CO2

Y el dióxido de carbono es reducido con lo cuezo a monóxido de carbono como se ha visto antes.

Más abajo se producen procesos de carburación:

3Fe + 2CO → Fe3C + CO2

Finalmente se produce la combustión y desulfuración (eliminación de azufre) mediante la entrada de aire. Y finalmente se separan dos fracciones: la escoria y el arrabi (hierro fundido, que es la materia primera que después se emplea en la industria).

El arrabi suele contener fuerces impurezas no deseables, y es necesario someterlo a un proceso de refinado en hornos llamados convertidores.

A en el año 2000, los cinco mayores productores de hierro eran: China, Brasil, Australia, Rusia y el India. Conjuntamente sumaban el 70% de la producción mundial.

Industria extractiva del mineral de hierro

Las principales empresas productoras de mineral de hierro al mundo el 2008 fueron:[3]

En el año 2007 la China produjo un tercio del acero mundial y alrededor del 50% de las exportaciones del mineral de hierro.[4]

Rol biológico

Artículo principal: Metabolismo humano del hierro
Estructura del grupo hemo de la Hemoglobina. Notáis los enllaçis débiles del hierro que permiten la unión al oxígeno

El hierro se encuentra en prácticamente todos los seres vivos y cumple numerosas y variadas funciones.

Los animales para transportar el hierro dentro del cuerpo emplean unas proteínas llamadas transferrines. Para almacenarlo emplean la ferritina y la hemosiderina . El hierro entra en el organismo al ser absorbido en el intestino delgado y es transportado o almacenado por esas proteínas. La mayor parte del hierro se reutiliza y muy poco se excreta.

Tanto el exceso como el defecto de hierro puede provocar problemas en el organismo. El envenenamiento por hierro se denomina hemocromatosi. En las transfusiones de sangre se emplean lligands que forman con el hierro complejos de alta estabilidad para evitar que quede demasiado hierro libre.

Estos lligants se conocen como sideròfors. Muchos microorganismos emplean estos sideròfors para captar el hierro que necesitan. También se pueden emplear como antibióticos, porque no dejan hierro libre disponible.

Fuentes nutritivas y dietéticas

Entre las mejores fuentes de hierro dietético se encuentran la carne roja, el pescado, el aviram, las lentejas, las judías, las legumbres de hoja, el tofu, los garbanzos, los fesolets, el pan enriquecido, y los cereales de almorzar enriquecidos. Hay cantidades menores de hierro en la melaza, el tef y la semolina. El hierro de la carne (hierro hemo) es más fácil de absorber que el hierro de las verduras,[5] pero la hemo/hemoglobina de la carne roja tiene efectos que podrían incrementar la probabilidad de sufrir cáncer colorectal.[6][7]

Isótopos

El hierro tiene cuatro isótopos estables naturales: 54Fe, 56Fe, 57Fe y 58 Fe. Las abundancias relativas en que se encuentran en la naturaleza son de aproximadamente:

54Fe (5,8%), 56Fe (91,7%), 57Fe (2,2%) y 58 Fe (0,3%).

Precauciones

El hierro en exceso es tóxico. El hierro reacciona con peróxido y produce radicales libres; la reacción más importante es:

Fe (II) + O 2 → Fe (III) + OH- + OH·

Cuando el hierro se encuentra dentro de unos niveles normales, los mecanismos antioxidantes del organismo pueden controlar este proceso.

La dosis letal de hierro en un niño de 2 años es de unos 3 gramos. Cantidades de 1 gramo pueden provocar un envenenamiento importante.

El hierro en exceso se acumula en el hígado y provoca daños en este órgano.

El hierro a la cultura

El hierro durante mucho tiempo fue el metal más llevar y por eso ha dado pie a numerosas metáforas, como el caballero de hierro o la Dama de Hierro (Margaret Thatcher). Una relación de hierro es sólida y no se puede romper.

Ha jugado también un papel importante a la mitología. Cómo que la sangre tiene un olor y un regusto al hierro que contiene y la sangre es el principio de la vida en muchas culturas, se ha considerado el hierro como el material de la vida, con poderes especiales. Por este motivo muchos amuletos están hechos de hierro. Igualmente el hierro frío, opuesto a la sangre caliente, asusta determinados seres, como los espíritus maléficos (de aquí la superstición de usar una herradura para atraer la suerte o esquivar la mala). Las características magnéticas del hierro multiplicaron las leyendas sobre su poder y siempre se ha asociado en la tierra.

Referencias

  1. Iron: geological information, <http://www.webelements.com/iron/geology.html>. Consultado el 20 mayo 2008.
  2. «Iron: geological information». [Consulta: 21-05-2008]..
  3. Bernstein Resaerch, a Las Echos del 5 de febrero del 2008, página 35
  4. Alain Faujas, « Le minerai de hacer augmentera de ave moins 65 % en 2008 », pblicat a Le Monde el 20-02-2008. Leer en línea
  5. Food Standards Agency - Eat well, be well - Iron deficiency
  6. Sesink AL, Termont DS, Kleibeuker JH, Van der Meer R. «Red meat and colono cancer: the cytotoxic and hyperproliferative effects of dietary heme». Cancer Research, vol. 59, 22, pág. 5704–9.
  7. Glei M, Klenow S, Sauer J, Wegewitz Uno, Richter K, Pool-Zobel BL. «Hemoglobin and hemin induce DNA damage in human colono tumor cells HT29 clono 19A and in primary human colonocytes». Mutado. Nada., vol. 594, 1-2, pág. 162–71.

Ved también

Bibliografía

Enlaces externos

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