Propiedades de hierro

EL HIERRO

El hierro o fierro (en muchos países hispanohablantes se prefiere esta segunda forma) es un elemento químico de número atómico 26 situado en el grupo 8, periodo 4 de la tabla periódica de los elementos. Su símbolo es Fe (del latín fĕrrum) y tiene una masa atómica de 55,6 u.

Este metal de transición es el cuarto elemento más abundante en la corteza terrestre, representando un 5% y, entre los metales, sólo el aluminio es más abundante. El núcleo de la Tierra está formado principalmente por hierro y níquel, generando al moverse un campo magnético.

Es un metal maleable, de color gris plateado y presenta propiedades magnéticas; es ferromagnético a temperatura ambiente y presión atmosférica. Es extremadamente duro y denso.

Se encuentra en la naturaleza formando parte de numerosos minerales, entre ellos muchos óxidos, y raramente se encuentra libre. Para obtener hierro en estado elemental, los óxidos se reducen con carbono y luego es sometido a un proceso de refinado para eliminar las impurezas presentes

Ha sido históricamente muy importante, y un período de la historia recibe el nombre de Edad de Hierro

HISTORIA

Desde la sencillez de los primeros objetos hasta la complejidad de las actuales aeronaves, la evolución del hierro ha transcurrido paralela a los grandes cambios que ha sufrido la humanidad.

Al principio, el hierro se utilizó como elemento de diferenciación social, un mero objeto de lujo al alcance de las altas jerarquías. Pero con el paso del tiempo fue convirtiéndose en un material de gran importancia estratégica.

La utilización del hierro como material bélico, poderoso e imprescindible, hizo posible el incremento cualitativo y cuantitativo de la producción de este metal.

La adopción del hierro como material de construcción supuso una revolución. Más adelante, la industrialización permitió aumentar la producción del acero, siendo el pilar sobre el que se cimentó la entrada a la modernidad.

El mundo actual no se podría concebir sin la presencia del hierro. La industria naval, la ferroviaria, la automovilística o la aeronáutica son los últimos resultados de una evolución iniciada muchos siglos atrás.

PROPIEDADES

El hierro puro tiene una dureza que oscila entre 4 y 5. Es blando, maleable y dúctil, se magnetiza fácilmente a temperatura ordinaria; es difícil magnetizarlo en caliente, y a unos 790º C desaparecen las propiedades magnéticas. Tiene un punto de fusión de unos 1535º C, un punto de ebullición de 2750º C y una densidad relativa de 7,86. Su masa atómica es 55,847.

Las distintas propiedades físicas de las formas alotrópicas y la diferencia en la cantidad de carbono admitida por cada una de las formas desempeñan un papel importante en la formación, dureza y temple del acero.

Químicamente el hierro es un metal activo. Se combina con los halógenos (flúor, cloro, bromo, yodo y ástato y con el azufre, fósforo, carbono y silicio. Desplaza al hidrógeno de la mayoría de los ácidos débiles. Arde con oxígeno formando tetróxido triférrico (óxido ferrosoférrico), Fe3O4. Expuesto al aire húmedo, se corroe formando óxido de hierro hidratado, una sustancia pardo-rojiza, escamosa, conocida comúnmente como orín.

La formación de orín es un fenómeno electroquímico en el cual las impurezas presentes en el hierro interactúan eléctricamente con el hierro metal. Se establece una pequeña corriente en la que el agua de la atmósfera proporciona una disolución electrolítica. El agua y los electrolitos solubles aceleran la reacción. En este proceso, el hierro metálico se descompone y reacciona con el oxígeno del aire para formar el orín. La reacción es más rápida en aquellos lugares donde se acumula el orín, y la superficie del metal acaba agujereándose.

Al sumergir hierro en ácido nítrico concentrado, se forma una capa de óxido que lo hace pasivo, es decir, no reactivo químicamente con ácidos u otras sustancias. La capa de óxido protectora se rompe fácilmente golpeando o sacudiendo el metal, que vuelve a convertirse en activo.

ESTADO NATURAL

El hierro sólo existe en estado libre en unas pocas localidades, en concreto al oeste de Groenlandia. 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. También existen pequeñas cantidades de hierro combinadas con aguas naturales y en las plantas; además, es un componente de la sangre.

OBTENCIÓN DEL HIERRO

La evolución de la metalurgia está relacionada con factores de carácter tecnológico, para obtener el cobre que, aliado con el estaño, constituye el bronce se necesitan 1.083º C.

En cambio, para fundir el hierro hay que llegar hasta los 1.536º C. Esta diferencia de temperatura es una de las causas del porqué el bronce se trabajó antes que el hierro.

El trabajo del hierro se descubrió e impuso de un modo paulatino. Al principio, se utilizaban una serie de procedimientos sencillos que, con el paso del tiempo, acabaron siendo cada vez más complicados.

Básicamente, hay dos técnicas conocidas: el procedimiento directo, usado desde los inicios de la metalurgia del hierro hasta el siglo XIX, y el procedimiento indirecto, conocido ya desde la edad media y consolidado a partir de la industrialización.

El procedimiento directo es la operación de reducción donde el hierro no llega al estado de fusión. El metal que se obtiene es una masa esponjosa de hierro y escorias, que se tiene que separar del metal. La separación de las escorias es un proceso complicado, que requiere un trabajo de forja posterior para conseguirlo.

Entendemos como procedimiento indirecto la operación de reducción donde el hierro llega hasta el estado líquido: una fusión completa donde la ganga (el material sobrante) forma una escoria líquida que se separa fácilmente del metal.

Cuando se consigue el hierro en estado líquido, éste se puede trabajar de diversas maneras: a través de un molde o mediante procesos químicos, térmicos o mecánicos.

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.

El hierro es un material estructural fundamental para la construcción de buques, equipos ferroviarios, puentes, automóviles, etc. las planchas de hierro se recubren con otros materiales. Cuando esta recubierto con zinc se le llama hierro galvanizado; cuando la capa protectora es de estaño se tiene la hojalata. En la fabricación de envases de hojalata las hojas de hierro laminado o chapa se decapan en un baño ácido y se les hace pasar atrevas de un estaño fundido, o se les somete a un proceso electrolito. Este último da un revestimiento de estaño mas delgado pero es igualmente eficaz a causa que no tiene grietas ni interrupciones. Si el revestimiento de estaño es imperfecto, la corrosión es rápida a causa de que el estaño esta en un lugar inferior al de el hierro en la serie electromotriz y se forma aun célula local de concentración.

¿Cómo se produce el hierro?

Para producir el hierro, se deja caer por la parte superior de un gran horno, una carga de menas de hierro, coque y piedra caliza. En este horno se hace pasar una corriente de gases calientes a gran velocidad desde la parte baja de la cámara para realizar la combustión y la reducción del hierro. La carga desciende lentamente desde lo alto del horno hacia la base alcanzando temperaturas de hasta 3000 °F, este calor realiza la combustión del coque en su proceso de bajada. El hierro se funde y se va almacenando en la base del horno.

Mayores productores de los materiales metálicos:

• Alemania

• Países bajos

• Japón

• Estados Unidos.

TIPOS DE HIERRO

HIERRO DULCE

Se considera hierro dulce al hierro libre de impurezas, es el más puro que se encuentra en la naturaleza. Es bastante blando por lo que se trabaja con facilidad, se utiliza preferentemente en la fabricación de electroimanes, sin embargo la mayor parte del uso del hierro se realiza en formas que han pasado por un tratamiento previo, como en el caso del hierro colado o la fundición.

EL HIERRO FORJADO

Es un material de hierro que posee la propiedad de poder ser forjado y martillado cuando esta muy caliente (al rojo) y que se endurece enfriándose rápidamente.

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