Hierro

admin 0 Comments Articles

Hierro

Ocurrencia, usos y propiedades

El hierro constituye el 5 por ciento de la corteza terrestre y es el segundo en abundancia tras el aluminio entre los metales y el cuarto en abundancia tras el oxígeno, el silicio y el aluminio entre los elementos. El hierro, que es el principal constituyente del núcleo de la Tierra, es el elemento más abundante en la Tierra en su conjunto (alrededor del 35 por ciento) y es relativamente abundante en el Sol y otras estrellas. En la corteza el metal libre es raro, y se presenta como hierro terrestre (aleado con un 2-3 por ciento de níquel) en las rocas basálticas de Groenlandia y en los sedimentos carbonosos de Estados Unidos (Missouri) y como hierro meteórico de bajo contenido en níquel (5-7 por ciento de níquel), la kamacita. El níquel-hierro, una aleación nativa, se encuentra en depósitos terrestres (21-64% de hierro, 77-34% de níquel) y en meteoritos como taenita (62-75% de hierro, 37-24% de níquel). (Para conocer las propiedades mineralógicas del hierro nativo y del níquel-hierro, véase elementos nativos). Los meteoritos se clasifican como férricos, férrico-piedrosos o pétreos según la proporción relativa de su contenido en hierro y minerales de silicato. El hierro también se encuentra combinado con otros elementos en cientos de minerales; los más importantes como mineral de hierro son la hematita (óxido férrico, Fe2O3), la magnetita (tetróxido de hierro, Fe3O4), la limonita (hidróxido de óxido férrico hidratado, FeO(OH)∙nH2O) y la siderita (carbonato ferroso, FeCO3). Las rocas ígneas tienen un contenido medio de hierro del 5%. El metal se extrae por fundición con carbón (coque) y piedra caliza. (Para información específica sobre la extracción y la producción de hierro, véase procesamiento del hierro.)

La cantidad media de hierro en el cuerpo humano es de unos 4,5 gramos (aproximadamente el 0.004 por ciento), de los cuales aproximadamente el 65 por ciento está en forma de hemoglobina, que transporta el oxígeno molecular desde los pulmones a todo el cuerpo; el 1 por ciento en las diversas enzimas que controlan la oxidación intracelular; y la mayor parte del resto se almacena en el cuerpo (hígado, bazo, médula ósea) para su futura conversión en hemoglobina. La carne roja, la yema de huevo, las zanahorias, la fruta, el trigo integral y las verduras verdes aportan la mayor parte de los 10-20 miligramos de hierro que necesita cada día el adulto medio. Para el tratamiento de las anemias hipocrómicas (causadas por la deficiencia de hierro), se utiliza cualquiera de un gran número de compuestos de hierro orgánicos o inorgánicos (normalmente ferrosos).

El hierro, tal y como se encuentra habitualmente, casi siempre contiene pequeñas cantidades de carbono, que se recogen del coque durante la fundición. Estos modifican sus propiedades, desde hierros fundidos duros y quebradizos que contienen hasta un 4 por ciento de carbono hasta aceros más maleables de bajo carbono que contienen menos de un 0,1 por ciento de carbono.

Se producen tres verdaderos alótropos del hierro en su forma pura. El hierro delta, caracterizado por una estructura cristalina cúbica centrada en el cuerpo, es estable por encima de una temperatura de 1.390 °C (2.534 °F). Por debajo de esta temperatura se produce una transición al hierro gamma, que tiene una estructura cúbica centrada en la cara (o cúbica de paquete cerrado) y es paramagnético (capaz de magnetizarse débilmente y sólo mientras esté presente el campo magnetizante); su capacidad para formar soluciones sólidas con el carbono es importante en la fabricación de acero. A 910 °C (1.670 °F) se produce una transición al hierro alfa paramagnético, que también tiene una estructura cúbica centrada en el cuerpo. Por debajo de los 773 °C (1.423 °F), el hierro alfa se vuelve ferromagnético (es decir, capaz de magnetizarse permanentemente), lo que indica un cambio en la estructura electrónica pero no en la estructura cristalina. Por encima de 773 °C (su punto de Curie), pierde por completo su ferromagnetismo. El hierro alfa es un metal blando, dúctil, lustroso, de color blanco grisáceo y de gran resistencia a la tracción.

El hierro puro es bastante reactivo. En un estado muy finamente dividido, el hierro metálico es pirofórico (es decir, se enciende espontáneamente). Se combina vigorosamente con el cloro en un calentamiento suave y también con una variedad de otros no metales, incluyendo todos los halógenos, el azufre, el fósforo, el boro, el carbono y el silicio (las fases de carburo y siliciuro juegan un papel importante en la metalurgia técnica del hierro). El hierro metálico se disuelve fácilmente en ácidos minerales diluidos. Con ácidos no oxidantes y en ausencia de aire, se obtiene hierro en el estado de oxidación +2. Con la presencia de aire o cuando se utiliza ácido nítrico diluido caliente, parte del hierro pasa a la solución como ion Fe3+. Sin embargo, los medios fuertemente oxidantes -por ejemplo, el ácido nítrico concentrado o los ácidos que contienen dicromato- pasivan el hierro (es decir, le hacen perder su actividad química normal), al igual que al cromo. El agua sin aire y los hidróxidos diluidos sin aire tienen poco efecto sobre el metal, pero es atacado por el hidróxido de sodio concentrado caliente.

El hierro natural es una mezcla de cuatro isótopos estables: hierro-56 (91,66 por ciento), hierro-54 (5,82 por ciento), hierro-57 (2.19 por ciento), y hierro-58 (0,33 por ciento).

Los compuestos de hierro son susceptibles de ser estudiados aprovechando un fenómeno conocido como efecto Mössbauer (el fenómeno de un rayo gamma que es absorbido y radiado por un núcleo sin retroceso). Aunque el efecto Mössbauer se ha observado en aproximadamente un tercio de los elementos, es sobre todo en el hierro (y en menor medida en el estaño) donde el efecto ha sido una herramienta de investigación importante para el químico. En el caso del hierro, el efecto depende del hecho de que el núcleo del hierro-57 puede excitarse a un estado de alta energía mediante la absorción de radiación gamma de frecuencia muy definida que está influenciada por el estado de oxidación, la configuración de los electrones y el entorno químico del átomo de hierro y, por tanto, puede utilizarse como sonda de su comportamiento químico. El marcado efecto Mössbauer del hierro-57 se ha utilizado para estudiar el magnetismo y los derivados de la hemoglobina, así como para fabricar un reloj nuclear muy preciso.