El hierro (del latim ferrum) es un elemento químico, símbolo Fe, de número atómico 26 (26 prótons y 26 electrones) y masa atómica 56 u. A La temperatura ambiente, el hierro se encuentra en el estado sólido. ES extraído de la naturaleza bajo la forma de minério de hierro que, tras pasado para el estágio de hierro-gusa , a través de procesos de transformación, es usado en la forma de lingotes. Añadiéndose carbono se da origen a varias formas de acero .
Este metal de transición es encontrado en el grupo 8B de la Clasificación Periódica de los Elementos. ES el cuarto elemento más abundante de la crosta terrestre (aproximadamente 5%) y, entre los metales, solamente el aluminio es más abundante.
ES uno de los elementos más abundantes del Universo; el núcleo de la Tierra es formado principalmente por hierro y níquel (NiFe). Este hierro está en una temperatura mucho por encima de la temperatura de Curie del hierro, de esa forma, el núcleo de la Tierra no es ferromagnético.
El hierro ha sido históricamente importante, y un periodo de la historia recibió el nombre de Edad del hierro.
El hierro, actualmente, es utilizado extensivamente para la producción de acero , aleación metálica para la producción de herramientas, máquinas, vehículos de transporte (automóviles, navíos, etc), como elemento estructural de puentes, edificios, y una infinidade de otras aplicaciones.
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ES un metal maleable, tenaz, de coloração ceniza prateado presentando propiedades magnéticas; es ferromagnético la temperatura ambiente, así como el Níquel y el Cobalto.
ES encontrado en la naturaleza formando parte de la composición de diversos minerais, entre ellos muchos óxidos, como el FeO (óxido de hierro II, o óxido ferroso) o como Fe2Lo3 (óxido de hierro III, o óxido férrico). Los números que acompañan el íon hierro dice respeto a los estados de oxidação presentados por el hierro, que son +2 y +3, y es raramente encontrado libre. Para obtenerse hierro en el estado elemental, los óxidos son reducidos con carbono, e inmediatamente son sometidos a un proceso de refinação para retirar las impurezas presentes.
ES el elemento más pesado que se produce exotermicamente por fusión, y el más leve producido por fissão, debido al hecho de su núcleo haber de más alta energía de conexión por núcleon, que es la energía necesaria para separar del núcleo un nêutron o un próton. Por lo tanto, el núcleo más estable es lo del hierro-56.
Presenta diferentes formas estructurales dependiendo de la temperatura:
El hierro es el metal más usado, con 95% en peso de la producción mundial de metal. ES indispensable debido a su bajo precio y dureza , especialmente empleado en automóviles, barcos y componentes estructurales de edificios.
El acero es la aleación metálica de hierro más conocida, siendo este su uso más frecuente. Los aceros son aleaciones metálicas de hierro con otros elementos, tanto metálicos cuanto no metálicos, que confieren propiedades distinguidas al material. ES considerada acero una aleación metálica de hierro que contiene menos del 2% de carbono ; si el porcentaje es mayor recibe la denominación de hierro fundir.
Las aleaciones férreas presentan una gran variedad de propiedades mecánicas dependiendo de su composición y del tratamiento que se ha aplicado.
Se ha indicios del uso de hierro, seguramente procedente de meteoritos , cuatro milenios a.C., por los sumérios y egipcios .
Cada vez más objetos de hierro, datados entre el segundo y tercer milenio antes de Cristo, fueron encontrados (estos se distinguen del hierro proveniente de los meteoritos por la ausencia de níquel ) en la Mesopotâmia , Anatólia y Egipto . Sin embargo, su uso probable se destinó a fines cerimoniais, por haber sido un metal muy caro, más del que el oro en la época. Algunas fuentes sugieren que tal vez el hierro era obtenido como subproduto de la obtención del cubre.
Entre 1600 y 1200 a.C., se observó un aumento de su uso en Oriente Medio, sin embargo no como sustituto al bronce.
Entre los siglos XII y X antes de Cristo, ocurrió una rápida transición en Oriente Medio en la sustitución de las armas de bronce para las de hierro. Esta rápida transición tal vez haya ocurrido debido a una escasez de estanho , y debido a una mejoría en la tecnología en trabajar con el hierro. Este periodo, que ocurrió en diferentes ocasiones según el lugar, se denominó Edad del hierro, sustituyendo la Edad del bronce. En la Grecia se inició en torno al año 1000 a.C., y no llegó a la Europa occidental antes del siglo VII a.C.. La sustitución del bronce por el hierro fue paulatina, pues era difícil producir piezas de hierro: localizar el mineral, lo extraiga, proceder su fundición la temperaturas altas y después forjarlo.
En la Europa céntrica, surgió el siglo IX a.C. la "cultura de Hallstatt" sustituyendo la "cultura de los campos de urnas", que se denominó "Primera Edad del Hierro", pues coincide con la introducción del uso de este metal. Aproximándose del año 450 a.C., ocurrió el desarrollo de la "cultura de la Tène", también denominada "Segunda Edad del Hierro". El hierro era usado en herramientas, armas y joias, aunque se sigue encontrando objetos de bronce.
Junto con esta transición de bronce al hierro se descubrió el proceso de "carburação", que consiste en añadir carbono al hierro. El hierro era obtenido mezclado con la escória conteniendo carbono o carbetos, y era forjado retirándose la escória y oxidando el carbono, creándose así el producto ya con una forma. Este hierro contenía una cantidad de carbono muy baja, no siendo posible endurecerlo con facilidad al esfriá-lo en agua. Se observó que se podía obtener un producto muy más resistente calentando la pieza de hierro forjado en un lecho de carbón vegetal, para entonces lo sumergís en el agua o óleo . El producto resultante, presentando una capa superficial de acero, era menos duro y más frágil que el bronce.
En la China , el primer hierro utilizado también era proveniente de los meteoritos. Fueron encontrados objetos de hierro forjado en el noroeste, cerca de Xinjiang, del siglo VIII a.C.. El procedimiento utilizado no era lo aunque el usado en Oriente Medio y en la Europa .
Los últimos años de la Dinastia Zhou (550 a.C.), en la China, se consiguió obtener un producto resultante de la fusión del hierro (hierro fundir). El mineral encontrado allí presentaba un alto contenido de fósforo , con el cual era fundido en temperaturas más pequeñas que las aplicadas en la Europa y otros lugares. Sin embargo, durante mucho tiempo, hasta la Dinastia Qing (a los 221 a.C.), el proceso tuvo una gran repercusión.
El hierro fundir llevó más tiempo para ser obtenido en la Europa, pues no se conseguía la temperatura necesaria. Algunas de las primeras muestras fueron encontradas en la Suecia , en Lapphyttan y Vinarhyttan, de 1150 a 1350 d.C.
En la Edad Media, y hasta finales del siglo XIX, muchos países europeos empleaban como método siderúrgico a "farga catalana". Se obtenía hierro y acero de bajo carbono empleándose carbón vegetal y el minério de hierro. Este sistema ya estaba implantado el siglo XV, consiguiéndose obtener temperaturas de hasta 1200 °C. Este procedimiento fue sustituido por el empleo de altos hornos.
En el principio se usaba carbón vegetal para la obtención de hierro como fuente de calor y como agente reductor. El siglo XVIII, en la Inglaterra , el carbón vegetal comenzó la escassear y hacerse caro, iniciándose la utilización del coque, un combustible fósil, como alternativa. Fue utilizado por primera vez por Abraham Darby, en el inicio del siglo XVIII, construyendo en Coalbrookdale un "alto horno". Aún así, el coque sólo fue empleado como fuente de energía en la Revolución industrial. En este periodo la demanda fue haciéndose cada vez mayor debido a su utilización, como por ejemplo, en carreteras de hierro.
El alto horno fue evolucionando al largo de los años. Henry Cort, en 1784, aplicó nuevas técnicas que mejoraron la producción. En 1826 el alemán Friedrich Harkot construyó un alto horno sin mampostería para humos.
En finales del siglo XVIII e inicio del siglo XIX se comenzó a emplear ampliamente el hierro como elemento estructural en puentes, edificios y otros. Entre 1776 y 1779 se construyó el primer puente de hierro fundir por John Wilkinson y Abraham Darby. En la Inglaterra fue empleado por primera vez el hierro en la construcción de edificios por Mathew Boulton y James Watt, en el principio del siglo XIX. También son conocidas otras obras de este siglo, como por ejemplo, el "Palacio de Cristal" construido para la Exposición Universal de 1851 en Londres, del arquitecto Joseph Paxton, que tiene una armação de hierro, o la Torre Eiffel, en París, construida en 1889 para la Exposición Universal, donde fueron utilizadas miles de toneladas de hierro.
ES el metal de transición más abundante de la crosta terrestre, y cuarto de todos los elementos. También abunda en el Universo, habiéndose encontrados meteoritos que contienen este elemento. El hierro es encontrado en numerosos minerais, destacándose:
La hematita (Fe2Lo3), la magnetita (Fe3Lo4), la limonita (FeO(OH)), la siderita (FeCO3), la pirita (FeS2) y la ilmenita (FeTiO3).
Se puede obtener el hierro a partir de los óxidos con mayor o más pequeño teor de impurezas. Muchos de los minerais de hierro son óxidos.
La reducción de los óxidos para la obtención del hierro es efectuada en hornos denominados alto horno u horno alto. En él son añadidos los minerais de hierro, en presencia de coque , y carbonato de cálcio, CaCO3 , que tutéa como escorificante.
En el proceso de obtención, generalmente es usado la hematita, que presenta punto de fusión de 1560 °C. Para que esa temperatura sea disminuida, es añadido el carbonato de cálcio (CaCO3). Además de promover la reducción del punto de fusión de la hematita, él tutéa reaccionando con impurezas presentes como el dióxido de silicio (SiO2) formando el metassilicato de cálcio (CaSiO3), conocido como escória. El coque (carbono amorfo, con más del 90% de pureza) es usado para promover la reducción de la hematita, transformando el Fe3+ en Fe(s). Inicialmente, el coque, en presencia de exceso de Lo2 suministrado por el aire, reacciona produciendo CO2. El dióxido de carbono así producido, y también proveniente del carbonato de cálcio, reaccionan con el coque que es constantemente añadido al alto horno, produciendo CO. Este, por fin será el responsable por reaccionar con Fe2Lo3 produciendo Fe(s) y CO2
El proceso de oxidação del coque con oxígeno libera energía. En la parte inferior del alto horno la temperatura puede alcanzar 1900 °C.
Inicialmente, los óxidos de hierro son reducidos en la parte superior del alto horno, parcial o totalmente, con el monóxido de carbono, ya produciendo hierro metálico. Ejemplo: reducción de la magnetita:
Posteriormente, en la parte inferior del alto horno, donde la temperatura es más elevada, ocurre la mayor parte de la reducción de los óxidos con el coque (carbono):
El carbonato de cálcio se descompone:
y el dióxido de carbono es reducido con el coque la monóxido de carbono, como visto arriba.
En la parte más inferior del alto horno ocurre la carburação:
Finalmente ocurre la combustión y la dessulfuração (eliminación del enxofre) debido a la injeção de aire en lo alto horno, y por último son separadas las fracciones: la escória del hierro fundir, que es la materia-prima empleada en la industria.
El hierro obtenido puede contener muchas impurezas no deseables, siendo necesario someterlo a un proceso de refinação que puede ser realizado en hornos llamados convertedores.
En 2004, los cinco mayores países productores de hierro eran la China , el Brasil, la Australia , la Africa y la Rusia , con 74% de la producción mundial.[1]
El hierro es prácticamente encontrado en todos los seres vivos y cumple numerosas y variadas funciones.
Tanto el exceso como la deficiencia de hierro pueden causar problemas en el organismo. El envenenamento por hierro es llamado de hemocromatose mientras que su deficiencia es conocida popularmente como anemia. La palabra anemia, a pesar de estar popularmente asociada a la carencia de hierro en el organismo, no es utilizada únicamente para ella. Para la carencia de hierro en el organismo, cabe el nombre específico de anemia ferropriva. En las transfusões de sangre son usados ligantes que forman con el hierro complejos de alta estabilidad, evitando que ocurra una caída demasiada de hierro libre. Estos ligantes son conocidos como sideróforos. Muchos organismos emplean estos sideróforos para captar el hierro que necesitan. También pueden ser empleados como antibióticos, pues no permiten hierro libre disponible.
Su carencia en los humanos puede causar, además de la anemia, anorexia, sensibilidad ósea y a clima frío, prisión de vientre, disturbios digestivos, tontería, fatiga, problemas de crecimiento, irritabilidade, inflamação de la lengua.
Su exceso (en nivel de nutriente) en los humanos puede causar: igualmente anorexia, tontería, fatiga y dolores de cabeza.[2][3]
El tanino presente en el té y café inibem, en 64 y 33% respectivamente, la absorção de hierro. El magnesio inibe la absorção de hierro cuando la presencia del primero es 300 veces mayor del que el hierro, el zinc cuando cinco veces mayor y el cálcio en cantidades superiores a 500 mg, aunque la influencia del cálcio aún sea discutida.
La deficiencia de vitamina A inibe la utilización del hierro.
Polifenóis se conectan al hierro e impiden su absorção.
El hierro es uno de los elementos más fácilmente encontrabais en la superficie de la Tierra, pero aún así, su deficiencia es la causa más común de anemia , afectando cerca de 500 millones de personas en todo el mundo. Eso se debe a la capacidad limitada del organismo en la absorção de hierro y a la frecuencia de la pérdida de hierro por hemorragia.
La absorção del hierro, especialmente de origen vegetal, es aumentada con la ingestão conjunta de alimentos levemente ácidos (o proteínas) y también por alimentos ricos en ácido ascórbico (vitamina C).
Estudios indican que la absorção de hierro aumenta de 3,7 para 10,4% cuando se añade la ingestão de 40 a 50 mg de vitamina C, por mantenerlo solúvel. Algunos açucares como la frutose también colaboran para la absorção de hierro.
El transporte y almacenamiento del hierro es mediado por tres proteínas - transferrina, receptor de transferrina y ferritina . La transferrina puede contener hasta dos átomos de hierro. Ella entrega el hierro a los tejidos que tienen receptores de transferrina, especialmente eritoblastos en la médula ósea que incorporan el hierro en la hemoglobina . La transferencia entonces es reutilizada. A finales de la sobrevida, los eritrócitos son destruidos en los macrófagos del sistema reticuloendotelial; el hierro es liberado de la hemoglobina, entra en el plasma y suministra la mayoría del hierro de la transferrina. Solamente una pequeña porción del hierro de la transferrina plasmática viene de la dieta, absorbido en el duodeno y en el jejuno.
Algún hierro es almacenado en las células reticulares endoteliais, como la ferritina y hemossiderina, en cantidades muy variables, conforme la situación de las reservas de ese elemento en el organismo. En general la ferritina es un complejo proteico hidrossolúvel de hierro con peso molecular 465.000, es formada de una concha proteica externa, la apoferrina, que consiste de 22 subunidades, y de un núcleo de hidroxifosfato de hierro. Contiene hasta 20% en peso de hierro y no es visible a la microscopia óptica. Cada molécula de apoferrinpode conectar hasta 4.000 a 5.000 átomos de hierro. La hemossiderina es un complejo proteico insolúvel de hierro, de composición variable, conteniendo cerca de 37% en peso de hierro. ES derivada de la digestão lisossômica parcial de agregação de moléculas de ferritina y visible a la microscopia óptica en los macrófagos y en otras células después de coloração con Perls (azul de la Prússia). El hierro en la ferritina y en la hemossiderina están en la forma férrica (Fe(III)). Una enzima que contiene cubre, la ceruloplasmina , cataliza la oxidação del hierro para la forma férrica para la conexión en la transferrina plasmática.
El hierro también está presente en los músculos, como en la mioglobina , y en la mayoría de las células del organismo en enzimas que contienen hierro, como, p. p.ej., citocromos, desidrogenase succínica, catalase, etc. El hierro tissular tiene menos probabilidad de ser depletado que la hemossiderina, la ferritina y la hemoglobina en estado de deficiencia de hierro, pero puede ocurrir alguna reducción en el contenido de enzimas conteniendo heme.
Los niveles de ferritina y los de receptor de transferrina (TfR) correlacionam-si con las reservas de hierro, de modo que la sobrecarga de hierro causa aumento en la ferritina tissular y caída en el TfR, mientras en la deficiencia de hierro la ferritina es baja, y el TfR, alto. Esa relación surge por intermédio de la conexión de una respuesta al hierro (Vayas) en la ferritina y en las moléculas de (mRNA de TfR. La deficiencia de hierro aumenta la capacidad de la IRP conectarse a los VAYAS, mientras la sobrecarga disminuye la conexión. La casa de campo de conexión de IRP en Ir, a montante (5') o jusante (3') del gen codificador determina aumento o disminución de la mRNA y, por lo tanto, de proteína.
La cantidad diaria de hierro necesaria para compensar tanto pérdidas del organismo como el crecimiento varía con la edad y el sexo; es mayor en el embarazo, pudiendo cause varios problemas sanitarios en la adolescência y en las mujeres que menstruam. Esos grupos, por lo tanto, son particularmente suscetíveis a desarrollar deficiencias de hierro cuando hay pérdida adicional o disminución prolongada de la ingestão.
Cuando hay deficiencia de hierro los depósitos reticuloendoteliais (hemossiderina y ferritina) son totalmente depletados antes que ocurran anemia. A medida que la enfermedad evoluciona, el paciente puede tener señales y síntomas generales de anemia y presentar glossite indolor, estomatite angular, uñas friáveis o en cuchara (coiloníquia), disfagia como resultado de membranas faríngeas (Síndrome de Paterson-Kelly o Plummer-Vinson) y perversão del apetite (pica). La causa de las alteraciones epiteliais no es clara, pero puede ser relacionada a la disminución de hierro en las enzimas que lo contienen. En niños, la deficiencia de hierro es sobremanera significativa porque causa irritabilidade, mala función cognitiva y disminución en el desarrollo psicomotor.
Pérdida crónica de sangre, especialmente uterina y en el trato gastrointestinal, es la causa dominante.
Siempre que posible, es tratada la causa subyacente. Además de eso, es administrado hierro para corregir la anemia y reponer los depósitos.
El hierro tiene cuatro isótopos estables naturales: 54Fe, 56Fe, 57Fe y 58 Fe. Las proporciones relativas de estos isótopos en la naturaleza son aproximadamente: 54Fe ( 5,8% ), 56Fe ( 91,7% ), 57Fe (2,2%) y 58 Fe ( 0,3% ).
El hierro en exceso es tóxico. El hierro reacciona con peróxido produciendo radicales libres. La reacción más importante es:
Sin embargo esta misma reacción puede tener aplicación científica e industrial, en la llamada Reacción de Fenton.
Cuando el hierro se encuentra en los niveles normales, los mecanismos antioxidantes del organismo pueden controlar este proceso.
La dosis letal de hierro en niños de 2 años es de 3 gramos. 1 gramo puede provocar un envenenamento importante.
El envenenamento por hierro es denominado hemocromatose. El hierro en exceso se acumula en el fígado provocando daños en este órgano.
| Tabla periódica | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| H | He | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| Li | Be | B | C | N | Lo | F | Ne | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| En la | Mg | Al | Sí | P | S | Cl | Aire | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| K | Ca | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ni | Culo | Zn | Ga | Ge | Las | Si | Br | Kr | ||||||||||||||||||||||||
| Rb | Sr | Y | Zr | Nb | Me lo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | Cd | In | Sn | Sb | Te | I | Xe | ||||||||||||||||||||||||
| Cs | Ba | La | Ce | Pr | Nd | Pm | Sm | Yo | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu | Hf | Te la | W | Re | Los | Ir | Pt | Au | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | At | Rn | ||||||||||
| Fr | Ra | Ac | Th | Pa | U | Np | Pu | Am | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Md | En el | Lr | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Cn | Uut | Uuq | Uup | Uuh | Uus | Uuo | ||||||||||
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