El hierro es un elemento químico bien conocido. Pertenece a los metales con reactividad media. Consideraremos las propiedades y el uso del hierro en este artículo.
Prevalencia en la naturaleza
Hay una gran cantidad de minerales que incluyen ferrum. En primer lugar, es magnetita. Es setenta y dos por ciento de hierro. Su fórmula química es Fe3O4. Este mineral también se llama mineral de hierro magnético. Tiene un color gris claro, a veces con gris oscuro, hasta negro, con un brillo metálico. Su depósito más grande entre los países de la CEI se encuentra en los Urales.
El siguiente mineral con un alto contenido de hierro es la hematita: está compuesta en un setenta por ciento por este elemento. Su fórmula química es Fe2O3. También se le llama mineral de hierro rojo. Tiene un color de rojo-marrón a rojo-gris. El depósito más grande en el territorio de los países de la CEI se encuentra en Krivoy Rog.
El tercer mineral en cuanto a contenido de hierro es la limonita. Aquí, el hierro es el sesenta por ciento de la masa total. Es un hidrato cristalino, es decir, las moléculas de agua están entretejidas en su red cristalina,su fórmula química es Fe2O3•H2O. Como su nombre lo indica, este mineral tiene un color amarillo-marrón, ocasionalmente marrón. Es uno de los principales componentes del ocre natural y se utiliza como pigmento. También se le llama piedra de hierro marrón. Las ocurrencias más grandes son Crimea, Ural.
En siderita, el llamado mineral de hierro espato, cuarenta y ocho por ciento de hierro. Su fórmula química es FeCO3. Su estructura es heterogénea y está formada por cristales de diferentes colores conectados entre sí: gris, verde pálido, gris-amarillo, pardo-amarillo, etc.
El último mineral natural con un alto contenido de hierro es la pirita. Tiene la siguiente fórmula química: FeS2. El hierro en él es el cuarenta y seis por ciento de la masa total. Debido a los átomos de azufre, este mineral tiene un color amarillo dorado.
Muchos de los minerales considerados se utilizan para obtener hierro puro. Además, la hematita se utiliza en la fabricación de joyas a partir de piedras naturales. Las inclusiones de pirita se pueden encontrar en joyas de lapislázuli. Además, el hierro se encuentra en la naturaleza en la composición de los organismos vivos: es uno de los componentes más importantes de la célula. Este oligoelemento debe suministrarse al cuerpo humano en cantidades suficientes. Las propiedades curativas del hierro se deben en gran medida a que este elemento químico es la base de la hemoglobina. Por lo tanto, el uso de ferrum tiene un buen efecto sobre el estado de la sangre y, por lo tanto, de todo el organismo en su conjunto.
Hierro: propiedades físicas y químicas
Consideremos estas dos grandes secciones en orden. Las propiedades físicas del hierro son su apariencia, densidad, punto de fusión, etc. Es decir, todas las características distintivas de una sustancia que están asociadas con la física. Las propiedades químicas del hierro son su capacidad para reaccionar con otros compuestos. Comencemos con el primero.
Propiedades físicas del hierro
En su forma pura en condiciones normales, es un sólido. Tiene un color gris plateado y un brillo metálico pronunciado. Las propiedades mecánicas del hierro incluyen el nivel de dureza en la escala de Mohs. Es igual a cuatro (medio). El hierro tiene buena conductividad eléctrica y térmica. La última característica se puede sentir al tocar un objeto de hierro en una habitación fría. Debido a que este material conduce el calor rápidamente, absorbe la mayor parte del calor de la piel en poco tiempo, haciéndote sentir frío.
Tocando, por ejemplo, un árbol, se puede notar que su conductividad térmica es mucho menor. Las propiedades físicas del hierro son sus puntos de fusión y ebullición. El primero es de 1539 grados centígrados, el segundo es de 2860 grados centígrados. Se puede concluir que las propiedades características del hierro son buena ductilidad y fusibilidad. Pero eso no es todo.
Además, las propiedades físicas del hierro incluyen su ferromagnetismo. ¿Lo que es? El hierro, cuyas propiedades magnéticas podemos observar en ejemplos prácticos todos los días, es el único metal que tiene talcaracterística distintiva única. Esto se debe al hecho de que este material puede magnetizarse bajo la influencia de un campo magnético. Y después de la terminación de la acción de este último, el hierro, cuyas propiedades magnéticas acaban de formarse, sigue siendo un imán durante mucho tiempo. Este fenómeno se puede explicar por el hecho de que en la estructura de este metal hay muchos electrones libres que pueden moverse.
Desde el punto de vista de la química
Este elemento pertenece a los metales de actividad media. Pero las propiedades químicas del hierro son típicas de todos los demás metales (excepto los que están a la derecha del hidrógeno en la serie electroquímica). Es capaz de reaccionar con muchas clases de sustancias.
Empieza de forma sencilla
Ferrum interactúa con oxígeno, nitrógeno, halógenos (yodo, bromo, cloro, flúor), fósforo, carbono. Lo primero a considerar son las reacciones con el oxígeno. Cuando se quema el hierro, se forman sus óxidos. Dependiendo de las condiciones de la reacción y las proporciones entre los dos participantes, pueden variar. Como ejemplo de tales interacciones, se pueden dar las siguientes ecuaciones de reacción: 2Fe + O2=2FeO; 4Fe + 3O2=2Fe2O3; 3Fe + 2O2=Fe3O4. Y las propiedades del óxido de hierro (tanto físicas como químicas) pueden variar, dependiendo de su variedad. Este tipo de reacciones ocurren a altas temperaturas.
Siguiente - interacción con nitrógeno. También puede sucedersujeto a calentamiento. Si tomamos seis moles de hierro y un mol de nitrógeno, obtenemos dos moles de nitruro de hierro. La ecuación de reacción se verá así: 6Fe + N2=2Fe3N.
Al interactuar con el fósforo, se forma un fosfuro. Para llevar a cabo la reacción, son necesarios los siguientes componentes: para tres moles de hierro, un mol de fósforo, como resultado, se forma un mol de fosfuro. La ecuación se puede escribir de la siguiente manera: 3Fe + P=Fe3P.
Además, entre las reacciones con sustancias simples, también se puede distinguir la interacción con el azufre. En este caso, se puede obtener sulfuro. El principio por el cual ocurre el proceso de formación de esta sustancia es similar a los descritos anteriormente. Es decir, se produce una reacción de adición. Todas las interacciones químicas de este tipo requieren condiciones especiales, principalmente altas temperaturas, con menos frecuencia catalizadores.
Las reacciones entre el hierro y los halógenos también son comunes en la industria química. Estos son cloración, bromación, yodación, fluoración. Como se desprende claramente de los nombres de las reacciones en sí, este es el proceso de agregar átomos de cloro/bromo/yodo/flúor a átomos de hierro para formar cloruro/bromuro/yoduro/fluoruro, respectivamente. Estas sustancias son ampliamente utilizadas en diversas industrias. Además, el ferrum es capaz de combinarse con el silicio a altas temperaturas. Debido a sus diversas propiedades químicas, el hierro se usa a menudo en la industria química.
Ferrum y sustancias complejas
De las sustancias simples, pasemos a aquellas cuyas moléculas constan de dos o másvarios elementos químicos. Lo primero que hay que mencionar es la reacción de ferrum con agua. Estas son las principales propiedades del hierro. Cuando se calienta agua junto con el hierro, se forma un óxido básico (se llama así porque al interactuar con la misma agua forma un hidróxido, es decir, una base). Entonces, si toma un mol de ambos componentes, se forman sustancias como el dióxido de hierro y el hidrógeno en forma de gas con un olor acre, también en proporciones molares de uno a uno. La ecuación para este tipo de reacción se puede escribir de la siguiente manera: Fe + H2O=FeO + H2. Dependiendo de las proporciones en que se mezclen estos dos componentes, se puede obtener dióxido o trióxido de hierro. Ambas sustancias son muy comunes en la industria química y también se utilizan en muchas otras industrias.
Con ácidos y sales
Como el ferrum se encuentra a la izquierda del hidrógeno en la serie electroquímica de actividad de los metales, es capaz de desplazar este elemento de los compuestos. Un ejemplo de esto es la reacción de sustitución que se puede observar cuando se agrega hierro a un ácido. Por ejemplo, si mezclas hierro y ácido sulfatado (también conocido como ácido sulfúrico) de concentración media en las mismas proporciones molares, el resultado será sulfato ferroso (II) e hidrógeno en las mismas proporciones molares. La ecuación para tal reacción se vería así: Fe + H2SO4=FeSO4 + H 2.
Al interactuar con las sales, aparecen las propiedades reductoras del hierro. Es decir, con su ayuda, se puede aislar de la sal un metal menos activo. Por ejemplo, sitome un mol de sulfato de cobre y la misma cantidad de hierro, entonces puede obtener sulfato de hierro (II) y cobre puro en las mismas proporciones molares.
Valor para el cuerpo
Uno de los elementos químicos más comunes en la corteza terrestre es el hierro. Ya hemos considerado las propiedades de la materia, ahora la abordaremos desde un punto de vista biológico. Ferrum realiza funciones muy importantes tanto a nivel celular como a nivel de todo el organismo. En primer lugar, el hierro es la base de una proteína como la hemoglobina. Es necesario para el transporte de oxígeno a través de la sangre desde los pulmones a todos los tejidos, órganos, a cada célula del cuerpo, principalmente a las neuronas del cerebro. Por lo tanto, las propiedades beneficiosas del hierro no pueden subestimarse.
Además del hecho de que afecta la formación de sangre, el hierro también es importante para el pleno funcionamiento de la glándula tiroides (esto requiere no solo yodo, como algunos creen). El hierro también participa en el metabolismo intracelular, regula la inmunidad. Ferrum también se encuentra en cantidades especialmente grandes en las células del hígado, ya que ayuda a neutralizar las sustancias nocivas. También es uno de los componentes principales de muchos tipos de enzimas en nuestro cuerpo. La dieta diaria de una persona debe contener de diez a veinte miligramos de este oligoelemento.
Alimentos ricos en hierro
Hay muchos de ellos. Son de origen vegetal y animal. Los primeros son los cereales, las legumbres, los cereales (especialmente el trigo sarraceno), las manzanas, las setas (porcini), los frutos secos, los escaramujos, las peras, los melocotones,aguacate, calabaza, almendras, dátiles, tomates, brócoli, repollo, arándanos, moras, apio, etc. El segundo - hígado, carne. El uso de alimentos ricos en hierro es especialmente importante durante el embarazo, ya que el cuerpo del feto en desarrollo requiere una gran cantidad de este oligoelemento para un crecimiento y desarrollo adecuados.
Signos de deficiencia de hierro
Los síntomas de la entrada de muy poco ferrum en el cuerpo son fatiga, congelación constante de manos y pies, depresión, cabello y uñas quebradizos, disminución de la actividad intelectual, trastornos digestivos, bajo rendimiento y trastornos de la tiroides. Si nota más de uno de estos síntomas, es posible que desee aumentar la cantidad de alimentos ricos en hierro en su dieta o comprar vitaminas o suplementos que contengan hierro. Además, asegúrese de consultar a un médico si experimenta alguno de estos síntomas con demasiada fuerza.
Uso de ferrum en la industria
Los usos y propiedades del hierro están íntimamente relacionados. Debido a su ferromagnetismo, se utiliza para fabricar imanes, tanto más débiles para fines domésticos (imanes de nevera de recuerdo, etc.) como más fuertes, para fines industriales. Debido a que el metal en cuestión tiene una alta resistencia y dureza, se ha utilizado desde la antigüedad para la fabricación de armas, armaduras y otras herramientas militares y domésticas. Por cierto, incluso en el antiguo Egipto, se conocía el hierro del meteorito, las propiedadesque son superiores a los del metal ordinario. Además, en la antigua Roma se usaba un hierro tan especial. Hicieron armas de élite a partir de él. Solo una persona muy rica y noble podría tener un escudo o una espada hecha de metal de meteorito.
En general, el metal que estamos considerando en este artículo es el más versátil utilizado entre todas las sustancias de este grupo. En primer lugar, se fabrica acero y hierro fundido, que se utilizan para producir todo tipo de productos necesarios tanto en la industria como en la vida cotidiana.
El hierro fundido es una aleación de hierro y carbono, en la que el segundo está presente del 1,7 al 4,5 por ciento. Si el segundo es inferior al 1,7 por ciento, este tipo de aleación se llama acero. Si hay alrededor de 0,02 por ciento de carbono en la composición, entonces esto ya es hierro técnico ordinario. La presencia de carbono en la aleación es necesaria para darle mayor solidez, resistencia al calor y resistencia a la oxidación.
Además, el acero puede contener muchos otros elementos químicos como impurezas. Esto es manganeso, fósforo y silicio. Además, a este tipo de aleación se le puede añadir cromo, níquel, molibdeno, tungsteno y muchos otros elementos químicos para dotarla de determinadas cualidades. Los tipos de acero en los que está presente una gran cantidad de silicio (alrededor del cuatro por ciento) se utilizan como aceros para transformadores. Los que contienen mucho manganeso (hasta un doce o catorce por ciento) encuentran su aplicación en la fabricación de piezasferrocarriles, molinos, trituradoras y otras herramientas que desgastan piezas rápidamente.
El molibdeno se introduce en la composición de la aleación para hacerla más estable térmicamente; estos aceros se utilizan como aceros para herramientas. Además, para obtener aceros inoxidables conocidos y de uso común en forma de cuchillos y otras herramientas domésticas, es necesario agregar cromo, níquel y titanio a la aleación. Y para obtener acero dúctil resistente a los golpes, de alta resistencia, es suficiente agregarle vanadio. Cuando se introduce en la composición del niobio, es posible lograr una alta resistencia a la corrosión y a los efectos de sustancias químicamente agresivas.
El mineral magnetita, mencionado al principio del artículo, es necesario para la fabricación de discos duros, tarjetas de memoria y otros dispositivos de este tipo. Debido a sus propiedades magnéticas, el hierro se puede encontrar en la construcción de transformadores, motores, productos electrónicos, etc. Además, el hierro se puede agregar a otras aleaciones metálicas para darles mayor resistencia y estabilidad mecánica. El sulfato de este elemento se utiliza en horticultura para el control de plagas (junto con el sulfato de cobre).
Los cloruros de hierro son indispensables para la purificación del agua. Además, el polvo de magnetita se usa en impresoras en blanco y negro. El principal uso de la pirita es la obtención de ácido sulfúrico a partir de ella. Este proceso ocurre en el laboratorio en tres etapas. En la primera etapa, la pirita de hierro se quema para producir óxido de hierro y dióxido de azufre. El segundo paso es la conversión del dióxidoazufre a su trióxido con la participación de oxígeno. Y en la etapa final, la sustancia resultante se pasa a través de vapor de agua en presencia de catalizadores, obteniendo así ácido sulfúrico.
Conseguir hierro
Este metal se extrae principalmente de sus dos minerales principales: magnetita y hematita. Esto se hace reduciendo el hierro de sus compuestos con carbono en forma de coque. Esto se hace en altos hornos, cuya temperatura alcanza los dos mil grados centígrados. Además, existe una forma de reducir el hierro con hidrógeno. Esto no requiere un alto horno. Para implementar este método, se toma arcilla especial, se mezcla con mineral triturado y se trata con hidrógeno en un horno de cuba.
Conclusión
Las propiedades y usos del hierro son variados. Este es quizás el metal más importante en nuestras vidas. Habiéndose dado a conocer a la humanidad, tomó el lugar del bronce, que en ese momento era el material principal para la fabricación de todas las herramientas, así como las armas. El acero y el hierro fundido son en muchos aspectos superiores a la aleación de cobre y estaño en cuanto a sus propiedades físicas, resistencia a la tensión mecánica.
Además, el hierro es más común en nuestro planeta que muchos otros metales. Su fracción de masa en la corteza terrestre es de casi el cinco por ciento. Es el cuarto elemento químico más abundante en la naturaleza. Además, este elemento químico es muy importante para el funcionamiento normal del organismo de animales y plantas, principalmente porque sobre su base se construye la hemoglobina. El hierro es un micronutriente esencialque es importante para mantener la salud y el funcionamiento normal de los órganos. Además de lo anterior, es el único metal que tiene propiedades magnéticas únicas. Es imposible imaginar nuestra vida sin ferrum.
