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APRENDIENDO DE LA QUIMICA

EL HIERRO INVESTIGACION Y DEASARROLLO UNO DE LOS MAS IMPORTANTES DEL PLANETA TIERRA

EL HIERRO MIERCOLES 06 DE JULIO, 2016 Pagina 5

¿Qué es el hierro e indicios de su historia?

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 .Este metal de transición es el cuarto elemento más abundante en la corteza terrestre, representando un 5 % y, entre los metales, solo el aluminio es más abundante; y es el primero más abundante en masa planetaria, debido a que el planeta en su núcleo, se concentra la mayor

la historia recibe el nombre de Edad de Hierro. En cosmología, es un metal muy especial, pues es el metal más pesado que puede producir la fusión en el núcleo de estrellas masivas; los elementos más pesados que el hierro solo pueden crearse en supernovas.

El Hierro, debido a su abundancia y a sus propiedades químicas, de las cuales hablaremos más adelante, se ha convertido en uno de los metales más usados en la civilización actual. También, el hierro se puede combinar con otros metales para formar nuevos compuestos

masa de hierro nativo equivalente a un 70 %. El núcleo de la Tierra está formado principalmente por hierro y níquel en forma metálica, generando al moverse un campo magnético. Ha sido históricamente muy importante, y un período de

con diferentes propiedades, denominados “aleaciones”.

Se tienen indicios de uso del hierro, cuatro milenios antes de Cristo, por parte de los sumerios y egipcios.

En el segundo y tercer milenio antes de Cristo, van apareciendo cada vez más objetos de hierro (que se distingue del hierro procedente de meteoritos por la ausencia de níquel) en Mesopotamia, Anatolia y Egipto.

Sin embargo, su uso parece ser ceremonial, siendo un metal muy caro, más que el oro. Algunas fuentes sugieren que tal vez se obtuviera como subproducto de la obtención de cobre. Entré los siglos XII a. C. y X a. C. se produce una rápida transición en Oriente Medio desde las armas de bronce a las de hierro. Esta rápida transición tal vez fuera debida a la falta de estaño, antes que a una mejora en la tecnología en el trabajo del hierro

Como fue descubierto?

El hierro fue descubierto en la prehistoria y era utilizado como adorno y para fabricar armas. El

objeto más antiguo existente, es un grupo de cuentas oxidadas encontrado en Egipto, y data del 4000 a.c. El término arqueológico edad del hierro se aplica sólo al periodo en el que se extiende la utilización y el

trabajo del hierro. El procesado moderno del hierro no comenzó en Europa central hasta la mitad del siglo XIV.

Características del Hierro -Nombre, símbolo, número Hierro ,Fe, 26 .

-Temperatura -electrones por nivel 2, 8, 14, 2

-Serie química

1,808°K - 1,534.85°C 2250°F -densidad

Metales de transición

7.86 g/cm3

-Grupo, período, bloqué 8, 4, d -Masa atómica 55,845 u -Configuración electrónica [Ar]3d64s2 -Dureza Mohs 4,0

“Así como el hierro

Propiedades atómicas

se oxida por falta de uso, también la inactividad destruye el intelecto”.

-Radio medio

-Radio de van der Waals

762,5 kJ/mol

140 pm

Sin datos pm

2.ª Energía de ionización

-Electronegatividad

Estado(s) de oxidación

1561,9 kJ/mol

1,83 (Pauling)

-2, 3

3.ª Energía de ionización

-Radio atómico (calc) 155.8 pm (Radio de Bohr)

-Óxido

2957 kJ/mol

Anfótero

4.ª Energía de ionización

-Radio covalente

1.ª Energía de ionización

5290 kJ/mol

126 pm

Propiedades físicas

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-Estado ordinario

-Entalpía de vaporización

-Volumen molar

Sólido (ferromagnético)

349,6 kJ/mol

17 m3/mol

-Densidad

-Entalpía de fusión

7874 kg/m3

13,8 kJ/mol

-Punto de fusión

-Presión de vapor

1808 K (1535 °C)

7,05 Pa a 1808 K

-Punto de ebullición

-Punto crítico

3023 K (2750 °C)

204 K (-69 °C) 50 Pa EL HIERRO

varios Estructura cristalina

Isotopos del Hierro

Cúbica centrada en el cuerpo N° CAS 7439-89-6 N° EINECS 231-096-4 Calor específico 440 J/(K·kg) Conductividad eléctrica 9,93·106 S/m Conductividad térmica 80,2 W/(K·m) Resistencia máxima 540 MPa Módulo elástico 200 GPa Módulo de cizalladura 73 GPa Velocidad del sonido 4910 m/s a 293,15 K(20 °C)

Estructura del hierro El hierro tiene una estructura centrada en el cuerpo, a temperaturas normales. A temperaturas más altas, tiene una estructura cúbica centrada en la cara. Este hecho es de gran importancia practica. En su forma de acero, el hierro siempre contiene una pequeña cantidad de carbono. Los átomos de carbono son menores que los átomos de hierro y, a temperaturas altas, se encajan en los espacios abiertos de la estructura centrada en la cara. Cuando el hierro se enfría, adquiere una forma cubica centrada en el cuerpo. En esa forma, los átomos de carbono no pueden colocarse en los espacios más pequeños. Entonces, la red cristalina del hierro se distorsiona, debido al tamaño tan grande de los átomos de carbono, o el carbono se separa del hierro como carburo de hierro, Fe 3C. Los cristales del hierro y del Fe3 existen en muchos tamaños y formas. La estructura final del cristal está determinada por el por ciento del hierro y la rapidez de enfriamiento. Estas diferencias en la estructura cristalina, le dan la gran versatilidad que tiene el acero como un material industrial. También explican el hecho de

que las propiedades del acero se pueden cambiar gradualmente por el tratamiento del calor.

Químicamente el hierro es un metal activo. Se combina con los halógenos (flúor, cloro, bromo, yodo y astato) 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.

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.

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 colado 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.

En 1994, la producción anual de hierro se aproximaba a los 975 millones de toneladas.

compuestos Compuestos Los compuestos de hierro (II) se oxidan fácilmente a compuestos de hierro (III).

El compuesto más importante de hierro (II) es el sulfato de hierro (II), FeSO4, denominado caparrosa verde, que normalmente existe en forma de cristales verde

pálido que contienen siete moléculas de agua de hidratación. Se obtiene en grandes cantidades como subproducto al limpiar el hierro con baño químico, y se utiliza como mordiente en el teñido, para obtener tónicos medicinales y para fabricar tinta y pigmentos.

El óxido de hierro (III), un

ORIGEN Origen:

polvo rojo amorfo, se obtiene tratando sales de hierro (III) con una base, y también oxidando pirita. Se utiliza como pigmento, y se denomina rojo de hierro o rojo veneciano.

También se usa como abrasivo para pulir y como medio magnetizable de cintas y discos magnéticos. El cloruro de hierro (III), que se obtiene en forma de cristales brillantes de color verde oscuro al calentar hierro con cloro, se utiliza en medicina y como una disolución alcohólica llamada tintura de hierro.

Los iones de hierro (II) y hierro (III) se combinan con los cianuros para formar compuestos de coordinación. El hexacianoferrato (II) de hierro (III) o ferrocianuro férrico, Fe4 [Fe(CN)6]3, es un sólido amorfo azul oscuro formado por la reacción de hexacianoferrato (II) de potasio con una sal de hierro (III) y se conoce como azul de Prusia.

El hierro experimenta también ciertas reacciones fisicoquímicas con el carbono, que son esenciales para fabricar el acero.

la magnetita, requiere un ambiente oxidante. Es raro en las plutónicas, y El hierro, es después del aluminio el en cambio se hace común en las mineral metálico más abundante en pegmatitas y en los filones la naturaleza, aunque es raro en su hidrotermales. Muchas se forman forma nativa, su forma metálica no en ambientes se encuentra en la naturaleza, dada sedimentarios por diagénesis de la la facilidad con que se oxida, este limonita, manteniéndose la forma elemento sólo se encuentra en concrecional y oolítica. Permanece granos en los basaltos. estable en ambiente metamórfico de La hematita es un mineral accesorio bajo grado, donde incluso llega a sustituir pseudomórficamente a la de numerosas rocas eruptivas, en especial en lavas, ya que, respecto a magnetita. Se encuentra también en Pagina 5

los productos de sublimación de las exhalaciones volcánicas.

El Hierro

Yacimientos Se conoce la existencia de yacimientos sedimentarios en Lara suroccidental, depósitos metasomáticos en el Estado Miranda, yacimientos laminados en los estados: Apure, Bolívar y Delta Amacuro, yacimientos de grano grueso ubicados al norte de la Falla de El Pao en el Estado Bolívar (Cerro El Pao, Cerro Gutiérrez, Cerro La Imperial, Cerro Las Grullas, Cerro Piacoa, pequeños yacimientos ubicados al norte de la Falla de El Pao), yacimientos de grano medio en el Cerro María Luisa (Estado Bolívar), pequeños yacimientos localizados en el área de El Guri, pequeños yacimientos localizados al sur de la Falla Guri - Río Carapo Estado Bolívar, Cerro Bolívar, menas tipo Cerro Bolívar, otros yacimientos tipo Cerro Bolívar, menas de bajo tenor.

-Yacimientos sedimentarios de Lara suroccidental: los depósitos tipifican los clásicos niveles sedimentarios oolíticos de óxidos, hidróxidos y silicatos depositados en ambientes costeros de gran movilidad.

Los depósitos se asocian con la Formación Quebrada Arriba. Litológicamente esta formación, se caracteriza por el predominio de rocas ferruginosas con chamosita, formando paquetes de capas individualmente delgadas. La roca es una típica limolita subgrauváquica de textura oolítica, densa uniforme con matriz limoarcillosa y se destaca claramente por su color de meteorización rojo ladrillo oscuro.

-Depósitos metasomáticos en el Estado Miranda: Existen afloramientos de mineral de hierro a lo largo de la Cordillera de la Costa desde Virongo hasta Araira, de los cuales el más conocido es El Dorado, a 3 Km al norte de la población de Capaya, a 25 Km al oeste del puerto de Higuerote y 125 Km al este de Caracas.

Yacimientos laminados del Estado Apure: Mc Candless (1965) en RODRIGUEZ 1986 describe afloramientos de óxidos de hierro, hematíticos sedimentarios, en la Galeras de Cinaruco, a 55 Km al noreste de la desembocadura del Meta del Orinoco, y a 150 Km al sur de San Fernando de Apure. También describe otros afloramientos en el Valle del Río Villacoa. Afluente del Parguaza.

Yacimientos laminados en los estados Bolívar y Delta Amacuro: aquí se encuentran los yacimientos de hierro más importantes de Venezuela, asociados a las rocas del Complejo de Imataca, que aflora al sur del Orinoco en una faja de 100 Km de ancho por 500 Km de largo, desde el Río Caura hasta cerca de la desembocadura del Río Orinoco en el Océano Atlántico.

Yacimientos de grano grueso: al norte de la Falla de El Pao afloran esporádicamente formaciones de hierro de grano fino, con diámetro variable. Estas formaciones tienen en general, estructura gnéisica en la cual bandas pobres en sílice con menos de 15 %, alternan con bandas ricas en óxido de hierro con más de 60 %. Estas bandas ricas se presentan, a veces, como lentejones de mena dura.

Yacimientos de grano medio: el diámetro de los cristales varía alrededor de un milímetro, afloran entre la Falla de El Pao y la Falla de Guri-Río Carapo. Los yacimientos de esta zona se dividen en: Cerro Maria Luisa y Pequeños yacimientos localizados en el área de Guri.

Yacimientos de grano fino (menas tipo Cerro Bolívar): Al sur de Falla Guri-Rio Carapo afloran formaciones de hierro de grano fino, laminadas, tipo Lago Superior, en las cuales el diámetro de los cristales es inferior a un milímetro. Por meteorización tropical, al lixiviarse la sílice y concentrarse los óxidos de hierro se derivaron las menas residuales de grano fino tipo Cerro Bolívar.

Pequeños yacimientos localizados al sur de la Falla de GuriRío Carapo: además de los yacimientos descritos, esparcidos en el área ocupada por el Complejo de Imataca al sur de la Falla de Guri-Río Carapo, se encuentran pequeños yacimientos constituidos por formaciones de hierro y mena residual de grano fino tipo Cerro Bolívar.

Estos pequeños yacimientos forman filas alargadas cuando las formaciones de hierro se encuentran intercaladas en el gneis o forman pequeños depósitos de mena residual cuando dichas formaciones se hallan plegadas y alojadas en la parte superior de las colinas que las soportan. No hay vías de comunicación para la mayoría de estos pequeños yacimientos de mineral de hierro.

EXTRACCIÓN DEL HIERRO: El hierro que se utiliza en la industria suele proceder fundamentalmente de dos sitios: a) De las minas. b) De la chatarra, es decir, a través del reciclado de automóviles, electrodomésticos ,.....

En este apartado vamos a estudiar cuales son los pasos que hay que seguir para obtener el hierro en la minería, tanto si se trata de una mina subterránea o una mina a cielo abierto.

1) El primer paso será hacer explotar la roca, por ejemplo, con dinamita.

2) El material que se ha soltado gracias a la explosión se carga en camiones.

En este apartado vamos a estudiar cuales son los pasos que hay que seguir para obtener el hierro en la minería, tanto si se trata de una mina subterránea o una mina a cielo abierto.

3) Los camiones se hacen pasar por arcos detectores de metal, de esa forma descartamos aquellos que no tienen metal, los cuales directamente son eliminados.

Los camiones que si tienen metal son llevados a la planta de tratamiento en la que se realizan los siguientes pasos: 4) Primero se trituran las rocas, para facilitar la separación de la mena y la ganga.

5) Finalmente se pueden eliminar parte de las impurezas mediante imanes o mediante flotación (se aprovecha que el hierro pesa más que las rocas, o pueden emplearse detergentes que se pegan al hierro y lo hacen flotar). Los camiones que si tienen metal son llevados a la planta de tratamiento en la que se realizan los siguientes pasos:

Son todos estos pasos se puede conseguir hierro con una pureza aproximadamente del 70%, es decir, aún nos queda un 30% de impurezas, lo cual es un porcentaje todavía muy importante que debemos seguir eliminando.

6) Para poder ser utilizados en los pasos que vamos a ver a continuación debemos terminar compactando los trozos de hierro obtenidos para conseguir nuevamente pequeñas rocas, a este le denominamos sinterizado.

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El Hierro

Seguimiento de ¿cómo fue descubierto?

La edad del hierro fue la última etapa de la edad de los metales. El uso del hierro se inició hacia el 1900 aC, en plena edad del bronce y su implantación fue gradual; hacia el 1000 aC se consolidó como material de uso mayoritario.

Entre los siglos XII adC y X adC se produce una rápida transición en Oriente Medio desde las armas de bronce a las de hierro. Esta rápida transición tal vez fuera debida a la falta deestaño, antes que a una mejora en la tecnología en el trabajo del hierro. Aunque su manipulación resultaba más complicada, éste metal ofrecía un abanico más amplio de posibilidades prácticas y creativas. A este periodo, que se produjo en diferentes fechas según el lugar, se denomina Edad de Hierro, sustituyendo a la Edad de Bronce.

Junto con esta transición del bronce al hierro se descubrió el proceso de carburización, consistente en añadir carbono al hierro. El hierro se obtenía como una mezcla de hierro y residuo, con algo de carbono o carburos, y era forjado, quitando el residuo y oxidando el carbono, creando así el producto ya con una forma. Este hierro forjado tenía un contenido en carbono muy bajo y no se podía endurecer fácilmente al enfriarlo en agua.

El inicio de la metalurgia del hierro se podría situar en la zona de la actual Turquía, una tierra rica en este mineral. Asia Menor también fue uno de los primeros territorios en utilizar este metal. El pueblo hitita, que habitó el territorio de Anatolia durante este periodo, lo utilizó en ceremonias y rituales. Su uso se extendió por todo el territorio de un modo progresivo; traspasó fronteras y se comercializó en el exterior. La metalurgia del hierro se difundió gradualmente desde sus zonas de origen. Los lugares más próximos a la región de Asia Menor - Egipto, Chipre y Grecia - fueron los primeros en beneficiarse de su uso. La cultura griega sirvió de puente en la difusión de la metalurgia del hierro en Europa. El uso del metal con finalidades militares facilitó la colonización helénica del Mediterráneo, que fue decisiva en la adopción del hierro en la isla de Sicilia, la península Ibérica y el sur de África.

Egipto fue el centro difusor de la metalurgia en África Occidental. La influencia egipcia llegó hacia la zona del lago Victoria, en las actuales Kenia, Tanzania y Uganda, donde se utilizaron hornos basados en las técnicas egipcias. En África Ecuatorial también se usó el hierro

¿Por qué el hierro se pone rojo al calentarse?

Al someter el hierro al fuego de proporcionamos gran cantidad de calor. Esta energía suministrada hace que los átomos del metal se muevan con mayor intensidad y vibren aceleradamente.

Pero cuando no toda la energía puede ser admitida se pierde en forma de radiación lumínica mostrando el color rojizo característico del hierro calentado en la forja.

Pero… ¿por qué rojo y no otro color?

De hecho el rojo no es el único color. La luz roja tiene una longitud de onda larga, que se corresponde con una energía baja, y es el primer color adquirido por el hierro candente. Si intensificamos el calor, si aumentamos la temperatura, obtendremos emisiones lumínicas con unas frecuencias cada vez más altas y unas longitudes de onda más cortas. Y el color cambiará del rojo al amarillo, de ahí al blanco y finalmente al azul.

Y no solamente le pasa eso al hierro, podemos observar el mismo efecto en otras sustancias que con calor se vuelven luminosas.

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El Hierro

La Siderurgia La Siderurgia, es la tecnología relacionada con la producción del hierro y sus aleaciones, en especial las que contienen un pequeño porcentaje de carbono, que constituyen los diferentes tipos de acero. A veces, las diferencias entre las distintas clases de hierro y acero resultan confusas por la nomenclatura empleada. En general, el acero es una aleación de hierro y carbono a la que suelen añadirse otros elementos. Algunas aleaciones denominadas `hierros' contienen más carbono que algunos aceros comerciales. El hierro de crisol abierto y el hierro forjado contienen un porcentaje de carbono de sólo unas centésimas. Los distintos tipos de acero contienen entre el 0,04 y el 2,25% de carbono. El hierro colado, el hierro colado maleable y el arrabio contienen entre un 2 y un 4% de carbono. Hay una forma especial de hierro maleable que no contiene casi carbono alguno. Para fabricar aleaciones de hierro y acero se emplea un tipo especial de aleaciones de hierro denominadas ferroaleaciones, que contienen entre un 20 y un 80% del elemento de aleación, que puede ser manganeso, silicio o cromo.

No se conoce con exactitud la fecha en que se descubrió la técnica de fundir mineral de hierro para producir un metal susceptible de ser utilizado. Los primeros utensilios de hierro descubiertos por los arqueólogos en Egipto datan del año 3000 a.C., y se sabe que antes de esa época se empleaban adornos de hierro. Los griegos ya conocían hacia el 1000 a.C. la técnica, de cierta complejidad, para endurecer armas de hierro mediante tratamiento térmico.

Las aleaciones producidas por los primeros artesanos del hierro (y, de hecho, todas las aleaciones de hierro fabricadas hasta el siglo XIV d.C.) se clasificarían en la actualidad como hierro forjado. Para producir esas aleaciones se calentaba una masa de mineral de hierro y carbón vegetal en un horno o forja con tiro forzado.

Ese tratamiento reducía el mineral a una masa esponjosa de hierro metálico llena de una escoria formada por impurezas metálicas y cenizas de carbón vegetal. Esta esponja de hierro se retiraba mientras permanecía incandescente y se golpeaba con pesados martillos para expulsar la escoria y soldar y consolidar el hierro. El hierro producido en esas condiciones solía contener un 3% de partículas de escoria y un 0,1% de otras impurezas. En ocasiones esta técnica de fabricación producía accidentalmente auténtico acero en lugar de hierro forjado. Los artesanos del hierro aprendieron a fabricar acero calentando hierro forjado y carbón vegetal en recipientes de arcilla durante varios días, con lo que el hierro absorbía suficiente carbono para convertirse en acero auténtico.

Después del siglo XIV se aumentó el tamaño de los hornos utilizados para la fundición y se incrementó el tiro para forzar el paso de los gases de combustión por la carga o mezcla de materias primas. En estos hornos de mayor tamaño el mineral de hierro de la parte superior del horno se reducía a hierro metálico y a continuación absorbía más carbono como resultado de los gases que lo atravesaban. El producto de estos hornos era el llamado arrabio, una aleación que funde a una temperatura menor que el acero o el hierro forjado. El arrabio se refinaba después para fabricar acero.

La producción moderna de acero emplea altos hornos que son modelos perfeccionados de los usados antiguamente. El proceso de refinado del arrabio mediante chorros de aire se debe al inventor británico Henry Bessemer, que en 1855 desarrolló el horno o convertidor que lleva su nombre. Desde la década de 1960 funcionan varios mini hornos que emplean electricidad para producir acero a partir de material de chatarra. Sin embargo, las grandes instalaciones de altos hornos continúan siendo esenciales para producir acero a partir de mineral de hierro.

Conclusión Tras la realización del elemento respecto al hierro, descubrí interesantes rasgos, características y utilidades de este metal, como por ejemplo, que de él se obtiene el acero, del cual fue necesario hablar debido a su importancia, ya que al igual que el fierro, es muy usado debido a su bajo costo y propiedades.

Sin embargo, considero que las aleaciones del fierro son más usadas en la actualidad, ya sea por sus especiales características o por determinadas especificaciones o exigencias determinadas por el uso que se le va a dar, que el fierro por sí solo no satisface. Esto no le resta importancia a este metal, ya que es la base de varios metales como el acero, que provienen del fierro, pero tienen otras cualidades.

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El Hierro

El Hierro (Fe) Aprende ,identifique e investigue

Juan diego Londoño Rendón

10º4