Profundización

Elementos de la Tabla Periódica

Hierro

Símbolo: Fe

Clasificación: Metales de transición Grupo 8

Es un elemento metálico, magnético, maleable y de color blanco plateado.



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


Vida Media:

Cuatro isótopos naturales: 54-Fe (5,8%), 56-Fe (91,72%), 57-Fe (2,2%), 58-Fe (0,28%). Otros veinticuatro inestables de vida media comprendida entre 20 milisegundos (46-Fe) y 1,5x106 años (60-Fe).


Descubierto en: 1500 años a.C.

Descubierto por: El hierro fue descubierto en la prehistoria y era utilizado como adorno y para fabricar armas; el objeto más antiguo, aún existente, es un grupo de cuentas oxidadas encontrado en Egipto, y data del 4000 a.C. El término arqueológico edad del hierro se aplica sólo al periodo en el que se extiende la utilización y el trabajo del hierro. El procesado moderno del hierro no comenzó en Europa central hasta la mitad del siglo XIV d.C.

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. etc.

Estado natural

El hierro sólo existe en estado libre en unas pocas localidades, en concreto al oeste de Groenlandia. También se encuentra en los meteoritos, normalmente aleado con níquel. En forma de compuestos químicos, está distribuido por todo el mundo, y ocupa el cuarto lugar en abundancia entre los elementos de la corteza terrestre; después del aluminio, es el más abundante de todos los metales.

Los principales minerales de hierro son las hematites. Otros minerales importantes son la goetita, la magnetita, la siderita y el hierro del pantano (limonita). La pirita, que es un sulfuro de hierro, no se procesa como mineral de hierro porque el azufre es muy difícil de eliminar. Para más detalles sobre el procesado de los minerales de hierro, véase Siderurgia. También existen pequeñas cantidades de hierro combinadas con aguas naturales y en las plantas; además, es un componente de la sangre.

Aplicaciones y producción

El hierro puro, preparado por la electrólisis de una disolución de sulfato de hierro II, tiene un uso limitado. El hierro comercial contiene invariablemente pequeñas cantidades de carbono y otras impurezas que alteran sus propiedades físicas, pero éstas pueden mejorarse considerablemente añadiendo más carbono y otros elementos de aleación.

La mayor parte del hierro se utiliza en formas sometidas a un tratamiento especial, como el hierro forjado, el hierro fundido y el acero. Comercialmente, el hierro puro se utiliza para obtener láminas metálicas galvanizadas y electroimanes. Los compuestos de hierro se usan en medicina para el tratamiento de la anemia, es decir, cuando desciende la cantidad de hemoglobina o el número de glóbulos rojos en la sangre.

A principios de la década de 1990, la producción anual de hierro se aproximaba a 920 millones de toneladas métricas.

Compuestos

El hierro forma compuestos en los que tiene valencia +2 (antiguamente compuestos ferrosos) y compuestos en los que tiene valencia +3 (antiguamente compuestos férricos). Los compuestos de hierro (II) se oxidan fácilmente a compuestos de hierro (III). El compuesto más importante de hierro (II) es el sulfato de hierro (II), FeSO4, denominado caparrosa verde; normalmente existe en forma de cristales verde pálido que contienen siete moléculas de agua de hidratación. Se obtiene en grandes cantidades como subproducto al limpiar el hierro con baño químico, y se utiliza como mordiente en el tinte, para obtener tónicos medicinales y para fabricar tinta y pigmentos.

El óxido de hierro (III), un polvo rojo amorfo, se obtiene tratando sales de hierro (III) con una base, y también oxidando pirita. Se utiliza como pigmento, y se denomina rojo de hierro o rojo veneciano. También se usa como abrasivo para pulir y como medio magnetizable de cintas y discos magnéticos. El cloruro de hierro (III), que se obtiene en forma de cristales brillantes de color verde oscuro al calentar hierro con cloro, se utiliza en medicina y como una disolución alcohólica llamada tintura de hierro.

Los iones de hierro (II) y hierro (III) se combinan con los cianuros para formar compuestos complejos. El hexacianoferrato (II) de hierro (III) o ferrocianuro férrico, Fe4[Fe(CN)6]3, es un sólido amorfo azul oscuro formado por la reacción de hexacianoferrato (II) de potasio con una sal de hierro (III) y se conoce como azul de Prusia. Se usa como pigmento en pintura y como añil en el lavado de ropa para corregir el tinte amarillento dejado por las sales de hierro (II) en el agua. El hexacianoferrato (III) de potasio ,K3Fe(CN)6, llamado prusiato rojo, se obtiene del hexacianoferrato (III) de hierro (II) (Fe3[Fe(CN)6]2. A éste se le llama también azul de Turnbull y se usa para procesar el papel de calco. El hierro experimenta también ciertas reacciones fisicoquímicas con el carbono, que son esenciales para fabricar el acero.


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.

El acero: 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.


 

(*)Temperatura o punto de Curie: temperatura por encima de la cual una sustancia ferromagnética pierde sus propiedades características y empieza a comportarse como paramagnética.