Hierro | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Posición en la tabla periódica | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Símbolo | Fe | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
apellido | Hierro | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Número atómico | 26 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Grupo | 8 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Período | 4 º período | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Cuadra | Bloque d | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Familia de elementos | Metal de transición | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Configuración electrónica | [ Ar ] 4 s 2 3 d 6 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Electrones por nivel de energía | 2, 8, 14, 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Propiedades atómicas del elemento. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Masa atomica | 55,845 ± 0,002 u | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Radio atómico (calc) | 140 p . M. ( 156 p . M. ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Radio covalente |
132 ± 3 pm ( centrifugado bajo ) 152 ± 6 pm |
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Estado de oxidación | +2, +3 , +4, +6 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Electronegatividad ( Pauling ) | 1,83 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Óxido | Anfótero | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Energías de ionización | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
1 re : 7,9024 eV | 2 nd : 16.1877 eV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3 e : 30.652 eV | 4 e : 54,8 eV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
5 e : 75,0 eV | 6 e : 99,1 eV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
7 e : 124,98 eV | 8 e : 151,06 eV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
9 e : 233,6 eV | 10 e : 262,1 eV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
11 e : 290,2 eV | 12 e : 330,8 eV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
13 e : 361,0 eV | 14 e : 392,2 eV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
15 e : 457 eV | 16 º : 489 256 eV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
17 e : 1266 eV | 18 º : 1358 eV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
19 º : 1456 eV | 20 e : 1582 eV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
21 e : 1689 eV | 22 nd : 1799 eV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
23 rd : 1950 eV | 24 º : 2023 eV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
25 ° : 8.828 eV | 26 e : 9.277,69 eV | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
La mayoría de los isótopos estables | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
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Propiedades físicas corporales simples | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Estado ordinario | Ferromagnético sólido | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Alotrópico en estado estándar | Hierro α ( cúbico centrado ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Otros alótropos | Hierro γ ( cúbico centrado en la cara ) δ hierro ( cúbico centrado en el cuerpo ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Densidad | 7.874 g · cm -3 hasta ( 20 ° C ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Sistema de cristal | Centrado cúbico | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Dureza | 4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Color | Blanco plateado; reflejos grises | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Punto de fusión | 1538 ° C | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Punto de ebullición | 2,861 ° C | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Energía de fusión | 13,8 kJ · mol -1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Energía de vaporización | 349,6 kJ · mol -1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Volumen molar | 7,09 × 10 -6 m 3 · mol -1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Presión de vapor | 7.05 Pa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Velocidad del sonido | 4910 m · s -1 hasta 20 ° C | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Calor masivo | 440 J · kg -1 · K -1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Conductividad eléctrica | 9,93 x 10 6 S · m -1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Conductividad térmica | 80,2 W · m -1 · K -1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Solubilidad | suelo. en H 2 SO 4 diluido, HCl | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Diverso | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
N o CAS | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
N o ECHA | 100.028.270 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
N o EC | 231-096-4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Precauciones | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
SGH | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Estado en polvo :
Peligro H228, P210, H228 : Sólido inflamable P210 : Mantener alejado de fuentes de calor, chispas, llama abierta o superficies calientes. - No fumar. |
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WHMIS | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Producto incontroladoEste producto no está controlado de acuerdo con los criterios de clasificación de WHMIS. |
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Transporte | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3178 : SÓLIDO INFLAMABLE, INORGÁNICO, NOS Clase: 4.1 Etiqueta: 4.1 : Sólidos inflamables, sustancias que reaccionan espontáneamente y sólidos explosivos insensibilizados |
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Unidades de SI y STP a menos que se indique lo contrario. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
El hierro es el elemento químico de número atómico 26, de símbolo Fe.
El cuerpo único es el material metálico y ferromagnético más común en la vida cotidiana, la mayoría de las veces en forma de varias aleaciones . El hierro puro es un metal de transición dúctil , pero la adición de cantidades muy pequeñas de elementos adicionales modifica considerablemente sus propiedades mecánicas. Combinado con carbono y con otros elementos adicionales, forma aceros , cuya sensibilidad a los tratamientos termomecánicos permite diversificar aún más las propiedades del material.
El hierro es un miembro del grupo de elementos en el origen de los metales de transición , presenta analogías características con el rutenio , el osmio , el cobalto y el níquel .
El hierro 56 es el nucleido estable más pesado resultante de la fusión del silicio por reacciones α cuando la nucleosíntesis , conduciendo de hecho al níquel-56 , que es inestable y da 56 Fe por dos desintegraciones β + corte; los elementos de mayor número atómico son sintetizados por reacciones más enérgicas que ocurren durante la explosión de supernovas .
El núcleo de hierro 56 tiene la masa por nucleón más baja de todos los núclidos, pero no la energía de enlace más alta, debido a una proporción ligeramente mayor de protones que el níquel 62, que tiene la energía de enlace más alta, la energía de enlace más alta por nucleón.
Hierro 56 resultados de la descomposición natural de níquel 56 , un isótopo inestable producido en el núcleo de estrellas masivas por la fusión de silicio 28 durante alfa en cascada de reacciones que el níquel parada precisamente porque el último tiene la energía de enlace de energía nuclear. Por nucleón: continuar la la fusión, por ejemplo para producir zinc 60 , consumiría energía en lugar de liberarla.
El hierro tiene 28 isótopos conocidos, con números de masa que van de 45 a 72, así como seis isómeros nucleares . Entre estos isótopos, cuatro son estables, 54 Fe, 56 Fe, 57 Fe y 58 Fe, siendo 56 Fe el más abundante (91,754%), seguido por 54 Fe (5,845% posiblemente ligeramente radiactivo con una vida media superior a 3, 1 × 10 22 años), 57 Fe (2,119%) y 58 Fe (0,282%). La masa atómica estándar del hierro es 55,845 (2) u .
El radioisótopo de hierro más estable es el 60 Fe con una vida media de 1,5 millones de años, seguido de 55 Fe (2,7 años), 59 Fe (poco menos de 44,5 días) y 52 Fe (8,5 horas).
El hierro es el metal más abundante en los meteoritos y en los núcleos de los planetas , como el de la Tierra .
El hierro mineral está presente en la naturaleza en forma pura o, más raramente, como una aleación con níquel (5 a 18%) del meteorito original, pero también como hierro terrestre llamado "Tierra". Demasiado raro y sobre todo diseminado, ha sido fabricado artificialmente por el herrero y trabajador del acero y masivamente en ciertas civilizaciones caucásicas durante más de tres milenios a partir de sus principales minerales. Las combinaciones químicas y minerales que involucran hierro son pletóricas, pero los verdaderos minerales relativamente puros con un alto contenido de hierro son mucho menos comunes y, a menudo, están muy localizados en las minas de hierro más conocidas de la antigüedad temprana .
El hierro es el 6 º elemento más abundante en el Universo , que se forma como el "elemento final" de la fusión nuclear , por la fusión de silicio en las estrellas masivas. Si bien constituye aproximadamente el 5% (en masa) de la corteza terrestre , se cree que el núcleo de la Tierra es en gran parte una aleación de hierro y níquel, que representa el 35% de la masa de la Tierra en su conjunto. El hierro es tal vez, de hecho, el elemento abundante más en la tierra o al menos comparables (en tan sólo 2 º masa posición) a oxígeno , pero sólo el 4 º elemento más abundante en la corteza terrestre.
Se cree que las corrientes de convección en la capa externa del núcleo de la tierra ( núcleo externo), una “aleación” líquida predominantemente de hierro y níquel , son la fuente del campo magnético de la Tierra .
El hierro juega un papel importante como oligoelemento o micronutriente para muchas especies, y como elemento regulador de la amplitud y dinámica de la productividad del océano primario , convirtiéndolo en un componente esencial de los ciclos biogeoquímicos marinos y sumideros de carbono .
Los datos recientes muestran que el ciclo del hierro oceánico que se supuso inicialmente que estaba vinculado a la entrada de polvo rico en hierro es de hecho mucho más complejo y está estrechamente asociado biogeoquímicamente con los principales nutrientes (carbonosos, nitrogenados). En 2017, se demostró que en las áreas pobres en hierro de la Antártida, el hierro particulado del cepillado de rocas por los glaciares es una fuente alternativa de hierro que el fitoplancton sabe cómo explotar. Los estudios han demostrado que algunos fitoplancton parecen beneficiarse de los niveles altos de CO 2., pero para asimilar este CO 2también necesitan hierro; se especula desde el final del XX ° siglo, que siembra el océano con hierro podría ayudar a limitar el cambio climático. Ahora descubrimos que en la mayoría de las especies de fitoplancton, este hierro solo puede asimilarse en presencia de carbonatos. Problema: estos se destruyen por la acidificación inducida por la solubilización del CO 2 en el agua.
El hierro revela un polimorfismo metálico. No obstante, la alotropía aplica un cambio básico en la procesión de las propiedades físicas (expansión, resistividad, calor específico ligado a la estructura cristaloquímica, etc. ).
Es un metal que, dependiendo de la temperatura, presenta un polimorfismo metálico evidente. La alotropía distingue:
La sustancia pura se funde a 1538 ° C con un calor latente de fusión del orden de 3,7 kcal / átomo gramo . La ebullición del hierro, caracterizado por un calor latente de ebullición del orden de 84,18 kcal / átomo-gramo aparece alrededor de 2860 ° C , en la práctica para un cuerpo simple menos más o impuro entre 2750 ° C y 3000 ° C .
El hierro es insoluble en agua y en bases. Es atacado por ácidos.
El hierro tiene esencialmente tres grados de oxidación :
El hierro, combinado con oxígeno, se oxida, según las condiciones, en tres óxidos de hierro :
Al aire libre en presencia de humedad, se corroe formando herrumbre , que consiste en óxidos férricos hidratados y oxihidróxidos , que se pueden escribir Fe 2 O 3 · n H 2 O y FeO (OH) · n H 2 Orespectivamente. Dado que el óxido es un material poroso, la reacción de oxidación puede propagarse al corazón del metal, a diferencia de, por ejemplo, el aluminio, que forma una fina capa de óxido impermeable.
La espectroscopia de Mössbauer proporciona una poderosa herramienta para distinguir diferentes grados de oxidación del hierro. Con esta técnica, es posible realizar un análisis cuantitativo en presencia de una mezcla de fases de hierro.
En solución acuosa, el elemento químico hierro está presente en forma iónica con dos valencias principales:
Un cierto número de iones conduce a la precipitación de iones de hierro en solución. El ion hidróxido HO - es uno de estos (ver arriba). El ion sulfuro S 2− permite formar sulfuro de hierro (II) FeS, sulfuro de hierro (III) y Fe 2 S 3para un pH no demasiado ácido. De hecho, debe estar presente una cantidad razonable de iones sulfuro, lo cual no es el caso a pH ácido, ya que el ion sulfuro está entonces en su forma diácida, sulfuro de hidrógeno H 2 S.
Los potenciales de referencia de los pares de hierro son :
Fe 2+ / Fe: E ° = −0,44 V Fe 3+ / Fe 2+ : E ° = +0,77 VEsto indica que el hierro metálico no es estable en medios acuosos. Cuanto menor sea el pH, se oxida más rápidamente.
Esto también indica que en presencia de oxígeno disuelto ( E ° (O 2/ H 2 O) = 1,3 V ), los iones de hierro (II) tampoco son estables.
Estos potenciales de referencia cambian dependiendo de los iones presentes en la solución, especialmente si las constantes de estabilidad de los correspondientes complejos Fe (II) y Fe (III) son notablemente diferentes.
Redox es una forma de valorar los iones de hierro (II), por ejemplo mediante iones de cerio (IV) (par Ce 4+ / Ce 3+ ) o permanganato MnO 4 - iones (MnO 4 - / Mn 2 par + en medio de ácido sulfúrico ).
Aunque es posible la reducción de iones de hierro a hierro metálico, rara vez se realiza a partir de una solución acuosa.
Muchos complejos de hierro en solución acuosa se forman fácilmente mediante la simple adición del ligando (al pH correcto). Entre los complejos más comunes se encuentran los que involucran ligandos:
Estos complejos permiten preparar azul de Prusia ;
En química analítica, este complejo permite marcar el color de los iones de hierro (III);
El par redox que consta de estos dos complejos se utiliza como indicador de valoración de oxidación-reducción;
Este complejo permite resaltar una pequeña cantidad de ion hierro (III) en solución gracias a su color característico.
El primer complejo organometálico aislado como tal, en 1951, fue un complejo de hierro: ferroceno . Consiste en un ion hierro (II) con dos iones ciclopentadienilo C 5 H 5- . Desde entonces se han producido muchos otros complejos, derivados del ferroceno o de una naturaleza completamente diferente.
La mayor parte del hierro de la corteza se combina con oxígeno, formando minerales de óxido de hierro, como la hematita ( Fe 2 O 3), magnetita ( Fe 3 O 4) Y la limonita ( Fe 2 O 3 · n H 2 O). El óxido magnético o magnetita Fe 3 O 4 se conoce desde la antigua Grecia. Toma su nombre del Monte Magnetos (el gran monte), una montaña griega particularmente rica en este mineral .
Aproximadamente uno de cada veinte meteoritos contiene taenita , la aleación mineral única de hierro-níquel (35-80% de hierro) y kamacita (90-95% de hierro). Aunque raros, los meteoritos de hierro son una fuente de hierro niquelado, este hierro meteórico que llega a la superficie terrestre es el origen de la industria del acero en el sentido etimológico; la otra fuente natural de hierro metálico ligeramente niquelado son los depósitos de hierro telúrico o hierro nativo de mineralogistas, que son más raros.
El color rojo de la superficie de Marte se debe a un regolito rico en hematita amorfa; el planeta rojo es en cierto modo un "planeta oxidado".
El 90% de los depósitos de mineral de hierro del mundo se encuentran en una fina capa muy rica en Fe (II), la capa de hierro en bandas. En las primeras etapas de la vida, en el eón Arcaico alrededor de -2 a -4 Ga , las cianobacterias viven en los océanos Fe (II). Cuando comienzan a fotosintetizar, el oxígeno producido se disuelve y reacciona con Fe (II) para formar óxidos de Fe (III) que precipitan en el fondo del océano. Después de consumir Fe (II), el oxígeno se concentra en los océanos y luego en la atmósfera, luego constituye un veneno para la proto-vida. Así, las bandas de hierro en bandas se encuentran sistemáticamente entre las capas geológicas de los macizos cristalinos (esquistos, gneis, etc. ) y las capas de calizas dolomíticas (corales) que constituyen los macizos prealpinos.
Hierro era conocido ya en el Calcolítico a través de sitios de hierro telúricos y especialmente meteoritos de hierro a menudo ya aleados de alta calidad, y no es seguro que su metalurgia se mantuvo confidencial como suele ser estimado hasta el XII ° siglo antes de Cristo. AD , un período que marca precisamente el inicio de la " edad de hierro " alrededor del XV ° siglo antes de Cristo. AD los hititas, en Anatolia, habían desarrollado un dominio bastante bueno de la herrería, su tradición determinaba su origen en la región del Cáucaso , y esta técnica también parece haber sido conocida bastante temprano en el norte de la India , especialmente en Uttar Pradesh .
En el mundo helenístico, el hierro es el atributo de Hefesto , dios griego de la metalurgia y los volcanes. Entre los romanos, siempre forjado por Vulcano, avatar itálico de Hefesto, es un atributo principesco de Marte. Los alquimistas le dieron al hierro el nombre de Marte, dios de la guerra en la mitología romana .
Hasta mediados de la Edad Media , Europa refinaba el hierro mediante altos hornos , que no producían hierro fundido ; la técnica de alto horno , que a su vez produce arrabio a partir de carbón y mineral de hierro , se desarrolló en China, en medio de la V ª siglo aC. AD . Es común en Europa Occidental desde el medio del XV ° siglo .
El Oeste se reinventa de forma independiente la técnica de más de mil años después de China. Según el antiguo doxógrafo Theophrastus , fue Délas, un frigio , quien inventó el hierro.
Los cambios minúsculos en las partes metálicas sólidas obtenidas por el trabajo físico del herrero (martilleo, calentamiento, aleaciones superficiales, etc. ) son de muy poca importancia para el químico . La química del hierro olvida en gran medida la apreciación extremadamente fina de los herreros o los estanques de forja durante la larga historia técnica del hierro.
Los principales países productores de mineral de hierro en 2013 son:
País | Mineral
(millones de toneladas) |
% mundo
mineral de hierro |
Contenido de hierro
(millones de toneladas) |
% mundo
contenido de hierro |
|
---|---|---|---|---|---|
1 | porcelana | 1450.0 | 45,9 | 436,0 | 29,5 |
2 | Australia | 609.0 | 19,3 | 377.0 | 25,5 |
3 | Brasil | 386,27 | 12,2 | 245,67 | 16.6 |
4 | India | 150,0 | 4,7 | 96,0 | 6.5 |
5 | Rusia | 105,0 | 3.3 | 60,7 | 4.1 |
6 | Africa del Sur | 71,53 | 2.3 | 45,7 | 3.1 |
7 | Ucrania | 81,97 | 2.6 | 45,1 | 3,0 |
8 | Estados Unidos | 53,0 | 1,7 | 32,8 | 2.2 |
9 | Canadá | 42,8 | 1.4 | 26,0 | 1.8 |
10 | Iran | 50,0 | 1,6 | 24,0 | 1,6 |
11 | Suecia | 26.04 | 0,8 | 17.19 | 1.2 |
12 | Kazajstán | 25,5 | 0,8 | 14,5 | 1.0 |
13 | Chile | 17.11 | 0,5 | 9.09 | 0,6 |
14 | Mauritania | 13,0 | 0.4 | 7.8 | 0,5 |
15 | México | 14,5 | 0,5 | 7.53 | 0,5 |
dieciséis | Venezuela | 10,58 | 0,3 | 6.58 | 0.4 |
17 | Malasia | 10.0 | 0,3 | 5.7 | 0.4 |
18 | Perú | 6,79 | 0,2 | 4.55 | 0,3 |
19 | Mongolia | 6.01 | 0,2 | 3,79 | 0,3 |
20 | pavo | 4.45 | 0,1 | 2,98 | 0,2 |
Total mundial | 3 160 | 100 | 1,480 | 100 |
Las principales empresas productoras de mineral de hierro del mundo en 2008 son:
En 2007, China produjo un tercio del acero mundial y el 50% de las exportaciones de mineral de hierro.
La mayoría de los metales a base de hierro son magnéticos. Esta propiedad simplifica su clasificación. En la segunda mitad del XX ° siglo, el bajo costo de la chatarra hace que las plantas de acero eléctrico más competitivo que Hornos ups .
El hierro se obtiene industrialmente reduciendo los óxidos de hierro contenidos en el mineral utilizando monóxido de carbono (CO) del carbono ; esto se puede lograr desde la edad de hierro , hasta el XIX ° siglo en algunas partes del mundo, mediante la reducción del mineral con carbón vegetal en un fondo del horno o de abajo hacia casa. Obtenemos, sin pasar por fase líquida, una masa heterogénea de hierro, acero o incluso fundición, mezclada con escoria , denominada “ lupa ”, “massiot” o “esponja de hierro”. Para que el metal sea apto para la elaboración de objetos, la "lupa" puede romperse y clasificarse por tipo de contenido de carbono o más simplemente compactarse directamente en la fragua.
Fue con el desarrollo de los molinos y de la energía hidráulica que se pudo desarrollar el linaje técnico del alto horno y, en general, se impuso en detrimento del del alto horno. La principal diferencia en este proceso es que la reducción de óxidos de hierro ocurre al mismo tiempo que la fundición . El metal se produce en la fase líquida como un hierro fundido que ha absorbido parte del carbono del coque y que se funde más fácilmente que el hierro (temperatura de fusión más baja de al menos 200 ° C ). Pero el hierro fundido tendrá que convertirse en hierro.
También es agregando sílice al mineral de ganga de piedra caliza, o piedra caliza al mineral de ganga silíceo, que pasamos al alto horno: una proporción precisa de sílice y piedra caliza da una escoria fácilmente fundible que separa el hierro fundido naturalmente líquido. Durante mucho tiempo, los altos hornos funcionaron con carbón vegetal. El coque , más duro y abundante, permitió hacer altos hornos mucho más altos pero produciendo una fundición cargada de azufre .
Para obtener un metal forjable, es necesario refinar el hierro fundido. Este paso, realizado en una acería , consiste fundamentalmente en la descarburación de la fundición para obtener una aleación de menor contenido de carbono: hierro o acero. El hierro fundido se transforma en acero en el convertidor . En este tanque, se inyecta oxígeno sobre o dentro del hierro fundido para eliminar el carbón .
Si la eliminación de carbono por combustión con oxígeno es la etapa principal en el refino de arrabio, la acería también:
En algunos casos, la abundancia de gas natural o la dificultad de adaptar el mineral de hierro al alto horno, llevaron a la adopción del proceso denominado de " reducción directa ". El principio consiste en reducir el hierro presente en los minerales sin pasar por la etapa de fundición (como en un alto horno), utilizando gases reductores obtenidos a partir de hidrocarburos o carbón . Se han desarrollado una gran cantidad de métodos. En 2010, el 5% del acero producido provino de hierro obtenido por reducción directa.
El hierro apenas se utiliza en estado puro (excepto para resolver ciertos problemas de soldabilidad, en particular en aceros inoxidables ). La fundición y el acero ( 1000 Mt ) son las principales aleaciones:
La adición de varios elementos de adición permite obtener fundiciones y aceros especiales, pero el elemento que más influye en las propiedades de estas aleaciones sigue siendo el carbono.
Los aceros inoxidables deben sus propiedades de resistencia a la corrosión a la presencia de cromo que, al oxidarse, forma una fina película protectora.
El nombre "alambre" no significa alambre de hierro puro, el alambre está hecho de acero dulce, muy maleable.
El hierro metálico y sus óxidos se han utilizado durante décadas para fijar información analógica o digital en soportes adecuados ( cintas magnéticas , casetes de audio y video, disquetes ). Sin embargo, ahora el uso de estos materiales está reemplazado por compuestos que tienen una mejor permitividad , por ejemplo en discos duros .
El hierro es un elemento esencial en el cuerpo humano. En los primeros años de vida de un niño, la necesidad de hierro en la dieta es muy alta, por el dolor de la deficiencia de alimentos ( anemia por deficiencia de hierro ). Además, una sobredosis de hierro también es perjudicial para la salud. De hecho, demasiado hierro aumentaría el riesgo de hepatitis y cáncer , y podría estar involucrado en la enfermedad de Parkinson .
La hemoglobina de la sangre es una metaloproteína compuesta por un complejo de hierro (II). Este complejo permite que los glóbulos rojos transporten oxígeno desde los pulmones a las células del cuerpo. De hecho, la solubilidad del oxígeno en la sangre es insuficiente para suministrar a las células de manera eficiente. Este complejo consta de un catión Fe (II) complejado por los cuatro átomos de nitrógeno de una porfirina y por el nitrógeno de un residuo de histidina perteneciente a la cadena proteica. El sexto sitio de complejación del hierro está vacío u ocupado por una molécula de oxígeno.
Es de destacar que el hierro (II) se une a una molécula de oxígeno sin oxidarse. Esto se debe al impedimento del hierro por parte de la proteína.
El hierro es un oligoelemento y es una de las sales minerales esenciales que se encuentran en los alimentos , pero puede ser tóxico en algunas formas. Una deficiencia de hierro es una fuente de anemia y puede afectar el desarrollo cognitivo y socioemocional del cerebro del niño o exacerbar los efectos de ciertas intoxicaciones ( intoxicación por plomo por ejemplo).
El hierro es esencial para el transporte de oxígeno y para la formación de glóbulos rojos en la sangre . Es un constituyente esencial de las mitocondrias , ya que en la composición del hemo del citocromo c . También juega un papel en la producción de nuevas células , hormonas y neurotransmisores . El hierro contenido en las plantas (el llamado hierro "no hemo") Fe 3+ o hierro férrico es menos absorbido por el cuerpo que el contenido en alimentos crudos de origen animal (hierro "hemo") Fe 2+ o hierro ferroso . Cocinar carnes transforma parte del hierro hemo en hierro no hemo, que es menos biodisponible . Sin embargo, la absorción de hierro aumenta si se consume con ciertos nutrientes , como la vitamina C o el jugo de limón. Poner jugo de limón en la comida es, por tanto, un excelente hábito culinario si te falta hierro; Por otro lado, un suplemento de vitamina C es inútil si no se padece deficiencia de vitamina C (la deficiencia extrema es el escorbuto), incluso si esto no puede conducir a hipervitaminosis ya que la vitamina C es soluble en agua (y por lo tanto su excedente se elimina al sudar y el tracto urinario). Como la carne de res, los insectos son una buena fuente de hierro.
Por otro lado, su absorción se ve inhibida por el consumo de té y / o café debido a que los taninos (polifenoles) son quelantes del hierro. Por eso se recomienda que las personas en riesgo (adolescentes, mujeres embarazadas, mujeres en edad fértil, vegetarianas) y bebedores de té o café lo tomen una hora antes de una comida o dos horas después.
La acumulación de hierro en el cuerpo conduce a la muerte celular. Los investigadores del Inserm sospechan que, debido a esto, el exceso de hierro podría estar involucrado en la degeneración de las neuronas en pacientes con enfermedad de Parkinson.
Para las mujeres menopáusicas y los hombres adultos, la ingesta diaria recomendada de hierro es de 10 mg ; este requerimiento nutricional es de 16 a 18 mg para mujeres desde la pubertad hasta la menopausia .
El hierro se usa como medicamento. Se utiliza en casos de deficiencia de hierro (llamada "deficiencia de hierro") que puede causar astenia o incluso anemia por deficiencia de hierro . Puede administrarse por vía oral o en forma de inyección.
La producción mundial de mineral de hierro ascendió a 2.400 millones de toneladas en 2010, impulsada principalmente por China (37,5%), por delante de Australia (17,5%), Brasil (15,4%), India (10,8%), Rusia (4,2%) y Ucrania. (3,0%); Las reservas mundiales de mineral de hierro se estiman en 180.000 millones de toneladas, que contienen 87.000 millones de toneladas de hierro, y las mantienen principalmente Ucrania (16,7%), Brasil (16,1%) y Rusia (13,9%). China produjo el 60% del hierro metálico del mundo en 2010 (alrededor de 600 millones de mil millones de toneladas) y el 45% del acero mundial (alrededor de 630 millones de 1,4 mil millones de toneladas), por delante de Japón (8,2% de hierro y 7,9% de acero producido en el mundo).
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