Hierro


Símbolo: Fe
Clasificación: Metales de transición Grupo 8
Número Atómico: 26
Masa Atómica: 55,845
Número de protones/electrones: 26
Número de neutrones (Isótopo 56-Fe): 30
Estructura electrónica: [Ar] 3d6 4s2
Electrones en los niveles de energía: 2, 8, 14, 2
Números de oxidación: +2, +3
Electronegatividad: 1,83
Energía de ionización (kJ.mol-1): 759
Afinidad electrónica (kJ.mol-1): 16
Radio atómico (pm): 128
Radio iónico (pm) (carga del ion): 82(+2), 67(+3)

Entalpía de fusión (kJ.mol-1): 14,9
Entalpía de vaporización (kJ.mol-1): 351
Punto de Fusión (ºC): 1538
Punto de Ebullición (ºC): 2861
Densidad (kg/m3): 7874; (20 ºC)
Volumen atómico (cm3/mol): 7,09
Estructura cristalina: Cúbica
Color: Plateado
Propiedades comparadas



Isótopos: Cuatro isótopos naturales: 54-Fe (5,8%), 56-Fe (91,72%), 57-Fe (2,2%), 58-Fe (0,28%). Otros veinticuatro inestables de período de semidesintegración comprendido entre 20 milisegundos (46-Fe) y 1,5x106 años (60-Fe).
Descubierto en: 1500 años a.C.
Descubierto por:
Fuentes: Minerales de hierro: pirita [FeS2], chamosita [Fe3(Si2Al2O10).3H2O], goethita [Fe2O3.H2O], hematites u oligisto [Fe2O3], limonita [2Fe2O3.3H2O], magnetita [Fe3O4 o FeO.Fe2O3], siderita [FeCO3], ilmenita [FeTiO3], vivianita [Fe3(PO4)2.8H2O],......
Usos: Acero, hierro colado, bronce: herramientas, construcción,...
Curiosidades sobre el elemento: Cuando se piensa en un metal, normalmente se piensa en el hierro.
El hierro se utiliza desde la Prehistoria:
El hierro es un elemento relativamente abundante en el universo: se encuentra en el Sol y en muchos tipos de estrellas en cantidades importantes. Sus núcleos son muy estables. Es el componente principal de un tipo de meteoritos denominados sideritas y, en menor proporción, también se encuentra en otros tipos.
Se cree que el núcleo de la Tierra está, en gran parte, compuesto por hierro con aproximadamente un 10% de hidrógeno ocluido.
En la corteza es el cuarto elemento más abundante (5,63% en peso), tras el silicio, el oxígeno y el aluminio. Sólo se encuentra en estado elemental en los meteoritos. Sus minerales son muy abundantes (más de 400) y destacan: la más común de todas ellas es el hematites (hematites roja, oligisto, que forma las arenas negras de playas y arroyos) (hasta un 65% de hierro), la magnetita (hasta un 70% de hierro), la siderita (hasta un 40% de hierro) y la pirita (hasta un 46% de hierro). Un mineral de creciente importancia es la taconita (sílice mezclada con magnetita y oligisto).
Los procesos de obtención del metal y sus aleaciones constituyen lo que se conoce como siderurgia: en un alto horno se reducen los minerales de hierro con carbón a alta temperatura, obteniéndose el arrabio o hierro fundido.
El nuevo método de reducción directa emplea generalmente el óxido de hierro sólido que es reducido a esponja de hierro mediante un gas: CO + H2 a 900ºC.
Según el contenido en carbono, las propiedades del hierro cambian drásticamente. El hierro fundido (arrabio) que se obtiene del horno alto se vierte en moldes y se denomina hierro en lingotes, aleación con un 3-5% de carbono y cantidades variables (hasta un 5% en conjunto) de azufre, silicio, manganeso y fósforo. La purificación parcial con aire produce hierro colado Cuando este hierro colado recién solidificado se enfría lentamente, el carbono sale de la solución sólida como grafito y se obtiene hierro colado gris, que es relativamente blando y tenaz. Si el enfriamiento es rápido se obtiene hierro colado blanco, en el cual el carbono se encuentra combinado en granos de carburo de hierro o cementita, Fe3C; es muy duro pero muy quebradizo. El hierro dulce, del cual se ha eliminado casi todo el carbono, es blando y maleable. El hierro forjado contiene unas pocas décimas por ciento de carbono, es duro, maleable, menos fusible que el puro y tiene una estructura fibrosa.
Si del arrabio se elimina algo de carbono y se adicionan metales como manganeso, cromo, níquel, wolframio, molibdeno, vanadio, se obtiene una mezcla que es más fuerte y que se denomina acero (hasta 1,5% de carbono). Como en el caso del hierro, las cantidades de carbono influyen enormemente en las propiedades:
Tipo de acero Contenido en C Propiedades y aplicaciones
Dulce, Pobre en carbono hasta 0,15 Dúctil y poco duro. Alambre
Templado 0,15 a 0,25 Cables, clavos, cadenas, herraduras
Medio carbono 0,20 a 0,60 Clavos, raíles, vigas y otros materiales estructurales
Alto carbono 0,61 a 1,5 Cuchillos, herramientas de corte, brocas

Es raro encontrar el metal puro. Generalmente está aleado con carbono y otros metales. El metal puro es plateado, brillante, duro, dúctil, muy fusible y muy reactivo, que rápidamente se corroe, especialmente en aire húmedo o agua conteniendo dióxido de carbono o a elevadas temperaturas (por formación de una capa de óxido de hierro (III) hidratado, que es granulosa y permeable: herrumbre). Forma rápidamente una capa pasivadora de óxido, por lo que es estable al aire seco, cloro seco, ácido sulfúrico concentrado, ácido nítrico y bases (excepto hidróxido de sodio). Los ácidos oxidantes a temperatura ambiente y el vapor de agua por encima de 500ºC lo atacan con desprendimiento de hidrógeno.
Tiene una conductividad de un 11% de la del cobre.
Presenta cuatro formas alotrópicas o ferritas: a-Fe (cúbica centrada en el cuerpo), que a la temperatura de 700ºC pasa a b-Fe (aunque no es un verdadero alótropo), que a 910ºC se transforma en g-Fe (hexagonal), que a 1390ºC se transforma en d-Fe (cúbica centrada en el cuerpo). La forma a-Fe es ferromagnética; sin embargo, y a pesar de que la red permanece inalterada, el magnetismo desaparece a 760ºC (Punto de Curie). Las formas g-Fe y d-Fe son paramagnéticas. El hierro con carbono es paramagnético permanentemente.
Puro no tiene aplicaciones. Se utiliza para producir aleaciones, incluidas los aceros.
Es el metal más importante, útil, abundante y barato.
Entre sus compuestos destacan:
El óxido de hierro (III) (oligisto) se utiliza en la obtención del metal, como abrasivo, en pinturas (marrón-rojizo).
El óxido ferroso-férrico u óxido de hierro (II, III) (magnetita), es ferromagnético y conduce la corriente. Se emplea en la obtención de hierro, electrodos para la obtención electrolítica de cloro-álcalis, colorante (negro), abrasivo.
El sulfato de hierro (II) heptahidratado, se emplea en tintorería, fabricación de tintas, desinfectante, herbicida, en fotografía y en medicina.
No es tóxico. Nutriente esencial de plantas y animales; se encuentra en la sangre (hemoglobina) y en los músculos (mioglobina); el cuerpo humano contiene un promedio de 4,5 g de hierro.
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©Antonio Jiménez