Una breve sesión informativa de hierro

El hierro es un elemento químico y el número atómico 26, un metal que pertenece al grupo 8 de la tabla periódica. Es el elemento más común en la Tierra por masa, solo solo por oxígeno (32.1% y 30.1%, respectivamente), y conforma la mayor parte de la mayor parte de la Tierra. núcleos. Es el cuarto elemento más común en la corteza de la tierra y se deposita principalmente de meteoritos en un estado metálico, donde también se han encontrado minerales. Extraciendo los metales utilizables del mineral de hierro requiere hornos o hornos capaces de alcanzar temperaturas de 1,500 ° C (2.730 ° F) o más, aproximadamente 500 ° C (932 ° F) más alto que el requerido para oler cobre. Los humanos comenzaron a dominar el proceso en Eurasia en el segundo milenio a. C. aleaciones de cobre en algunas áreas, solo alrededor de 1200 mil. los metales industriales más comunes debido a su mecánico propiedades y bajo costo. La industria del acero es, por lo tanto, económicamente muy importante, y el hierro es el metal más barato, con un precio de unos pocos dólares por kilogramo o libra. La superficie de hierro pura y lisa pura es de espejo gris plateado. oxígeno y agua para formar óxidos de hierro hidratados marrones a negros, comúnmente conocidos como óxido. A diferencia de los óxidos de algunos otros metales que forman una capa pasivadora, el óxido ocupa un volumen mayor que el metal y, por lo tanto, se desprende, exponiendo más de la nueva superficie a Corroode. El hierro de alta puridad (como el hierro electrolítico) es más resistente a la corrosión. El cuerpo humano adulto contiene aproximadamente 4 gramos (0.005% de peso corporal) de hierro, principalmente en hemoglobina y mioglobina. Estas dos proteínas juegan un papel importante en el Metabolismo de los vertebrados, el transporte de oxígeno en el almacenamiento de sangre y oxígeno en los músculos, respectivamente. Para mantener los niveles necesarios, el metabolismo del hierro en el cuerpo requiere una cantidad mínima de hierro en la dieta. El hierro también es el metal en el activo Sitios de muchas oxidorreductasas importantes que manejan la respiración celular y la oxidación y la reducción de plantas y animales.Químicamente, los estados de oxidación más comunes de hierro son el hierro (II) y el hierro (III). El hierro comparte muchas de las propiedades de otros metales de transición, incluidos otros elementos del Grupo 8, rutenio y osmio. El hierro forma compuestos en varios estados de oxidación, -2 a +7. El hierro también forma muchos compuestos de coordinación; Algunos de estos, como el ferroceno, el oxalato férrico y el azul prusiano, tienen importantes aplicaciones industriales, médicas o de investigación.

Características

Altoño:

Se conocen al menos cuatro alotropos (diferentes arreglos de átomos en sólidos) de hierro, generalmente denotados α, γ, δ y ε.Las primeras tres formas se observan a presión normal. Cuando el hierro fundido se enfría por encima de su punto de congelación de 1538 ° C, cristaliza en el altopo delta con una estructura cristalina cúbica (BCC) centrada en el cuerpo. Cuando se enfría a 1394 ° C, se convierte en la alotrape de hierro gamma, la estructura cristalina cúbica centrada en la cara (FCC) o austenita.Las propiedades físicas del hierro a presiones y temperaturas muy altas también se han estudiado ampliamente, ya que son relevantes para las teorías centrales de la Tierra y otros planetas. Temperaturas superiores a aproximadamente 10 GPa y unos pocos cientos de Kelvin o más bajas, α-hierro se transforman en Otra estructura hexagonal llena de estrecho (HCP), también conocida como ε-hierro. La fase γ de temperatura más alta también se transforma en hierro ε, pero a una presión más alta.Existe alguna evidencia experimental controvertida de la existencia de una fase β estable a presiones superiores a 50 GPa y temperaturas de al menos 1500 K. Debe tener una estructura ortogonal o dual de HCP. (Confusamente, el término "β-hierro" es También a veces se usa para referirse al hierro α por encima del punto de curie cuando cambia de ferromagnético a paramagnético, a pesar de que su estructura cristalina no cambia).En general, se cree que el núcleo interno de la tierra está compuesto de aleación de hierro-níquel con estructura ε (o β).

Punto de fusión y punto de ebullición

Los puntos de fusión y ebullición del hierro y su entalpía de atomización son más bajos que los de los elementos 3D anteriores, desde el escandio hasta el cromo, lo que sugiere que la contribución de los electrones 3D al enlace metálico disminuye a medida que se sienten cada vez más atraídos por la inercia, sin embargo, son más altas que las Valor del elemento anterior manganeso, ya que este elemento tiene una subshell 3D medio llena, por lo que sus electrones D son menos propensos a la delocalización. La misma tendencia aparece para el rutenio en lugar de el osmio.El punto de fusión del hierro está bien definido experimentalmente para presiones inferiores a 50 GPA. Para presiones más altas, los datos publicados (a partir de 2007) todavía varían según decenas de gigapascales y más de mil Kelvin.

Propiedades magnéticas

Curvas de magnetización de nueve materiales ferromagnéticos, que muestran saturación.

1. Placa, 2. Acero de silicio, 3. Acero fundido, 4. Acero de tungsteno, 5. Acero magnético, 6. Hierro fundido, 7. Níquel, 8. Cobalt, 9. Magnetita Debajo del punto curie de 770 ° C (1,420 ° F; 1,040 k), el hierro α cambia de paramagnético a ferromagnético: los giros de los dos electrones no emparejados en cada átomo generalmente se alinean con los giros de sus vecinos, lo que resulta en un magnético general magnético magnético Campo. Esto ocurre porque los orbitales de estos dos electrones (DZ2 y DX2 −.Y2) no apuntan a los átomos vecinos en la red de cristal y, por lo tanto, no participan en la unión de metales.En ausencia de una fuente de campo magnético externo, los átomos se dividen espontáneamente en dominios magnéticos de aproximadamente 10 micrómetros de ancho, de modo que los átomos en cada dominio tienen giros paralelos, pero algunos dominios tienen otras orientaciones. Por lo tanto, el campo magnético total de una pieza macroscópica de hierro es casi cero.La aplicación de un campo magnético externo hace que el dominio magnetizado en la misma dirección crezca a expensas de dominios magnéticos adyacentes que apuntan en otras direcciones, mejorando así el campo externo. Este efecto se utiliza en dispositivos como transformadores, cabezas de grabación magnética y motores eléctricos que requiere un campo magnético guiado para funcionar según lo diseñado. Las impurezas, los defectos de la red o los límites de grano y partículas pueden "fijar" los dominios magnéticos en nuevas posiciones, por lo que el efecto persiste incluso después de que se elimina el campo magnético externo, convierte los objetos de hierro en imanes (permanentes).Algunos compuestos de hierro exhiben un comportamiento similar, como las ferritas, incluida la magnetita mineral, la forma cristalina del óxido de hierro mixto (II, III) Fe3O4 (aunque el mecanismo a escala atómica, el ferrimagnetismo, es algo diferente). La magnetita (Lodestone), con su magnetización permanente natural, proporcionó las primeras brújulas náuticas. Las partículas de magnetita se usaron ampliamente en medios de grabación magnéticos, como la memoria del núcleo magnético, la cinta magnética, los discos floppy y magnéticos hasta que fueron reemplazados por materiales a base de cobalto.