Hierro: Elemento Propiedades y Usos

¿Qué es el hierro?

--El elemento hierro

Elhierro (Fe) es el elemento más frecuente y ubicuo de la Tierra, la base del progreso tecnológico humano. El hierro es un elemento de transición que se encuentra predominantemente en forma de minerales como la hematites (Fe₂O₃) y la magnetita (Fe₃O₄) en la corteza terrestre. Aparte de su uso industrial, el hierro es esencial para los organismos vivos, ya que desempeña un papel básico en los procesos biológicos. En los seres humanos, por ejemplo, es un componente clave de la hemoglobina, la proteína de los glóbulos rojos utilizada en el transporte de oxígeno. La doble importancia del hierro -biológica y técnica- es una de las razones por las que se encuentra entre los elementos más preciados con los que están familiarizados los seres humanos.

--Metales y aleaciones de hierro

Las aleaciones y los metales de hierro son la base del diseño industrial y de ingeniería moderno. El hierro puro es muy dúctil y blando, pero cuando se mezcla con otros elementos se vuelve más fuerte, duradero, resistente al desgaste y a la corrosión. Las dos clases principales son el acero y la fundición, cada una con sus propiedades y aplicaciones distintas.

Historia del hierro

El hierro ha sido un elemento vital a lo largo de la vida humana. La Edad de Hierro, que comenzó hacia el año 1200 a.C., fue un periodo revolucionario en el que se pasó del bronce al empleo de herramientas y armas de hierro, lo que cambió la agricultura, la guerra y la construcción. A lo largo de los siglos, los procesos de refinado, como la fundición y la aleación, permitieron al hombre tener un mayor control sobre el hierro, lo que dio lugar a la amplia gama de metales y aleaciones a base de hierro que se utilizan hoy en día.

Propiedades de los metales y aleaciones de hierro

--Descripción de las propiedades químicas

Desde el punto de vista químico, el hierro es muy reactivo, sobre todo en presencia de oxígeno, lo que provoca la formación de óxidos de hierro, comúnmente conocidos como óxido. La oxidación es quizás uno de los mayores problemas a la hora de utilizar y conservar productos a base de hierro. El hierro suele tener dos números de oxidación estables: +2 (ferroso) y +3 (férrico). Estos números de oxidación son cruciales para la mayoría de las reacciones químicas, como cuando reacciona con ácidos.

Por ejemplo, cuando el hierro se trata con ácido clorhídrico, reacciona para formar cloruro de hierro y gas hidrógeno. A temperaturas elevadas, el hierro reacciona con el carbono para producir acero, la base de la construcción y la fabricación modernas. El hierro puro es menos reactivo que sus aleaciones, pero las condiciones atmosféricas y la introducción de elementos impuros pueden influir significativamente en su comportamiento químico.

--Tabla de propiedades físicas

Para más información, consulte Stanford Advanced Materials (SAM).

Siderurgia y otros usos comunes del hierro

La principal aplicación industrial del hierro es la producción de acero, el metal más utilizado en la construcción, el transporte y la maquinaria. El acero combina la dureza y resistencia del hierro con su ductilidad y puede utilizarse para piezas estructurales como vigas, barras y chapas. El hierro fundido también es un producto importante, valorado por su conductividad térmica y resistencia a la compresión. El hierro fundido se utiliza en bloques de motor, tuberías, utensilios de cocina y maquinaria pesada.

El hierro también es importante desde el punto de vista biológico. Forma parte esencial de la hemoglobina y la mioglobina, proteínas de la sangre y los músculos encargadas de suministrar oxígeno. Sin hierro, los seres humanos y otros organismos son susceptibles a enfermedades como la anemia, que impide el suministro de oxígeno y la producción de energía.

Métodos de preparación

La producción industrial de hierro suele comenzar con el mineral de hierro, que se extrae y purifica mediante fundición. Se funde con coque (carbón) y piedra caliza en un alto horno. El alto calor separa el mineral de hierro de las impurezas, dando como resultado hierro fundido. Puede purificarse o combinarse para formar acero u otros compuestos de hierro.

Los métodos de reducción directa se han popularizado en los últimos años como alternativas más respetuosas con el medio ambiente. Los métodos de reducción directa utilizan hidrógeno u otros agentes reductores para reducir el mineral con el fin de extraer el hierro, con menos emisiones de carbono que la fundición.

Preguntas más frecuentes

¿Cuál es el principal uso industrial del hierro?

La producción de acero es el destino de la mayor parte del hierro, valorado por su resistencia, flexibilidad y fiabilidad en aplicaciones de construcción, transporte y fabricación.

¿En qué se diferencia el hierro fundido del acero?

El hierro fundido contiene más carbono, lo que lo hace quebradizo pero ideal para usos orientados a la compresión y la retención del calor. El acero es más resistente y duradero, y puede utilizarse para más usos tanto estructurales como mecánicos.

¿Cuáles son los problemas medioambientales relacionados con la producción de hierro?

La anticuada fundición produce emisiones de CO₂ y eliminación de residuos. Los nuevos métodos, como la reducción directa con hidrógeno, minimizan los efectos medioambientales.

¿Cómo funciona el hierro en el cuerpo humano?

El hierro es necesario para producir hemoglobina, que transporta oxígeno dentro de los glóbulos rojos. La ingesta de hierro en niveles saludables es necesaria para mantener la sangre sana y prevenir la anemia.