Elemento químico · metal de transición
Hierro
Elemento clave en la sangre (hemoglobina) y principal componente del acero.
Propiedades rápidas
- Nº atómico
- 26
- Peso atómico
- 55.845
- Grupo
- 8
- Periodo
- 4
- Estado
- sólido
- Bloque
- D
- Valencia
- +2
- Tipo
- metal de transición
Qué es el hierro
El hierro (Fe) es el elemento número 26 y el metal más utilizado del planeta: él solo supone alrededor del 95 % de toda la producción metálica mundial. Es un metal de transición gris plateado, ferromagnético y muy abundante: forma el grueso del núcleo terrestre y es el cuarto elemento más común de la corteza. Apenas se usa puro porque es blando y se oxida con facilidad; su fuerza está en las aleaciones con carbono —el acero y la fundición—, base de toda la construcción moderna. En biología es igual de imprescindible: el átomo de hierro de la hemoglobina es el que transporta el oxígeno por tu sangre.
Para qué sirve el hierro
Construcción
El hierro es fundamental en la construcción, principalmente en forma de acero. Se utiliza en estructuras de edificios, puentes y otras infraestructuras debido a su resistencia y durabilidad.
Transporte de oxígeno
En el ámbito biológico, el hierro es esencial para la formación de hemoglobina en los glóbulos rojos, permitiendo el transporte de oxígeno desde los pulmones a los tejidos del cuerpo.
Fabricación de herramientas
Desde la antigüedad, el hierro se ha utilizado para fabricar herramientas y armas. Su dureza y capacidad para ser afilado lo hacen ideal para cuchillos, martillos y otros utensilios.
Electrónica
En la industria electrónica, el hierro se utiliza en núcleos de transformadores y motores eléctricos debido a su capacidad para conducir electricidad y su magnetismo.
Suplementos alimenticios
El hierro se encuentra en suplementos alimenticios para tratar o prevenir la anemia, una condición causada por la deficiencia de hierro en el cuerpo.
Datos del hierro
- Número atómico (Z)
- 26
- Masa atómica
- 55,845 u
- Punto de fusión
- 1538 °C
- Punto de ebullición
- 2862 °C
- Densidad
- 7,874 g/cm³
- Electronegatividad (Pauling)
- 1,83
- Radio atómico
- 126 pm
- Energía de 1ª ionización
- 762,5 kJ/mol
- Afinidad electrónica
- 14,7 kJ/mol
- Dureza (Mohs)
- 4
- Estructura cristalina
- BCC (α-Fe) hasta 912 °C, FCC (γ-Fe) hasta 1.394 °C, BCC (δ-Fe) hasta fundir
- Color / aspecto
- gris plateado con brillo metálico
- Origen del nombre
- del latín «ferrum», de donde proviene el símbolo Fe
- Descubrimiento
- ~3.500 a.C. · conocido desde la prehistoria; Edad del Hierro a partir de ~1.200 a.C.
Propiedades del hierro
Propiedades físicas
El hierro es un metal de color gris plateado con un brillo metálico. Tiene una densidad de aproximadamente 7.87 g/cm³. Su punto de fusión es de 1538 °C y su punto de ebullición es de 2862 °C. Es buen conductor de electricidad y calor, y es magnético a temperatura ambiente.
Propiedades químicas
El hierro es bastante reactivo, especialmente en presencia de oxígeno y humedad, formando óxidos como el óxido de hierro (herrumbre). Sus estados de oxidación más comunes son +2 y +3. Combina fácilmente con no metales como el oxígeno y el azufre, y es menos reactivo con ácidos diluidos.
Configuración electrónica
La configuración electrónica abreviada del hierro es:
[Ar] 3d⁶ 4s²
En notación desarrollada completa:
1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ 4s²
El hierro distribuye sus 26 electrones siguiendo las reglas de Aufbau, Hund y el principio de exclusión de Pauli. Los electrones del último nivel energético (los electrones de valencia) son los responsables de las propiedades químicas del elemento.
Estados de oxidación y valencias del hierro
| Estado | Ejemplo(s) | Frecuencia |
|---|---|---|
| −2 | [Fe(CO)₄]²⁻ (ferrato carbonilo) | raro |
| 0 | Fe(CO)₅ (pentacarbonilo de hierro) | común en organometálicos |
| +2 | FeO, FeCl₂, FeSO₄·7H₂O (vitriolo verde), Fe(OH)₂ | principal (ferroso) |
| +3 | Fe₂O₃, FeCl₃, Fe(OH)₃, hemoglobina (Fe³⁺ en estado oxidado) | principal (férrico) |
| +4 | FeO₂ (intermedios en química bioinorgánica) | raro |
| +6 | K₂FeO₄ (ferrato de potasio, oxidante fuerte) | raro |
Si lo que necesitas es formular, en la página de las valencias del hierro está cada estado de oxidación con su ejemplo resuelto , la nomenclatura de cada uno y de dónde sale a partir de la configuración electrónica.
Historia del hierro
El uso del hierro se remonta a la prehistoria, pero fue en torno al año 1200 a.C. cuando comenzó la Edad del Hierro. Sin embargo, no fue hasta el siglo XVIII cuando se desarrollaron métodos para producir hierro en masa, gracias a la revolución industrial. El hierro meteórico fue utilizado por antiguas civilizaciones antes de que se desarrollaran técnicas para extraerlo de minerales terrestres. El término 'hierro' proviene del latín 'ferrum'.
Cómo se obtiene el hierro
El hierro se obtiene del mineral en un alto horno, el proceso siderúrgico clásico. Se cargan tres componentes por capas: mineral (hematita Fe₂O₃ o magnetita Fe₃O₄), coque metalúrgico y caliza como fundente. Por la base se insufla aire precalentado a 1.200 °C. El coque arde generando CO, que reduce los óxidos en cascada: 3 Fe₂O₃ + CO → 2 Fe₃O₄ + CO₂; Fe₃O₄ + CO → 3 FeO + CO₂; FeO + CO → Fe + CO₂. El hierro fundido sale por el sangrado inferior (~95 % Fe + 4 % C: arrabio o fundición); la caliza captura las impurezas como escoria. El arrabio se convierte después en acero en un convertidor LD, reduciendo el carbono del 4 % al 0,1-1,5 % por oxidación con oxígeno puro. China produce el 55 % del acero mundial.
Compuestos habituales
| Fórmula | Nombre | Descripción |
|---|---|---|
| Fe2O3 | Óxido de hierro (III) | Conocido como herrumbre, es un compuesto común que se forma cuando el hierro se oxida. |
| FeS2 | Pirita | Conocida como 'el oro de los tontos', es un mineral de sulfuro de hierro. |
| FeCl3 | Cloruro de hierro (III) | Se utiliza en el tratamiento de aguas y como reactivo en la industria química. |
| FeSO4 | Sulfato de hierro (II) | Se emplea en la industria textil y como suplemento de hierro en medicina. |
| Fe3O4 | Magnetita | Un mineral magnético que se utiliza en la producción de hierro y acero. |
Dónde se encuentra el hierro
El hierro es abundante en la corteza terrestre y se encuentra principalmente en minerales como la hematita y la magnetita. También está presente en el núcleo de la Tierra. En el universo, el hierro se forma en las estrellas a través de la fusión nuclear. En los seres vivos, se encuentra en la sangre y tejidos como parte de proteínas esenciales.
Isótopos del hierro
| Isótopo | Masa | Abundancia | Vida media |
|---|---|---|---|
| Fe-54 | 53,9396 u | 5,85 % | estable |
| Fe-56 | 55,9349 u | 91,75 % | estable |
| Fe-57 | 56,9354 u | 2,12 % | estable |
| Fe-58 | 57,9333 u | 0,28 % | estable |
| Fe-55 | 54,9383 u | — | 2,737 años |
| Fe-59 | 58,9348 u | — | 44,5 días |
| Fe-60 | 59,9341 u | — | 2,62 × 10⁶ años |
Curiosidades sobre el hierro
-
El hierro es el cuarto elemento más abundante en la corteza terrestre, representando alrededor del 5% de su composición.
-
La Torre Eiffel en París contiene aproximadamente 7,300 toneladas de hierro, demostrando su importancia en la arquitectura.
-
El hierro es uno de los pocos elementos que se puede encontrar en estado puro en la naturaleza, principalmente en forma de meteoritos.
El hierro en la tabla periódica
- Tipo: metal de transición.
- Grupo: grupo 8 (metales de transición).
- Periodo: 4.
- Bloque: D (el último electrón se aloja en un orbital de tipo d).
- Valencia principal: +2.
Compara con el resto de metales de transición o con los elementos del periodo 4.
Diferencias entre hierro y cobalto
Hierro y cobalto son metales de transición vecinos del periodo 4, ambos ferromagnéticos y con valencias principales +2 y +3. Las diferencias fundamentales: el hierro es el cuarto elemento más abundante de la corteza terrestre (~6 %); el cobalto es 1.000 veces más raro. Por eso el hierro es la base del acero y la fundición (materiales estructurales por excelencia), mientras que el cobalto se usa en aleaciones especiales (superaleaciones de turbinas, imanes Alnico, baterías ion-litio). Magnéticamente, el cobalto tiene la temperatura de Curie más alta de los ferromagnéticos (1.115 °C frente a 770 °C del hierro). En color: las disoluciones de Fe²⁺ son verde pálido, las de Fe³⁺ amarillo-marrón; las de Co²⁺ rosa, las de Co²⁺ anhidro azul intenso.
Consulta también la ficha completa del cobalto (Co).
Otros elementos del grupo 8 (metales de transición)
Otros elementos del periodo 4
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Errores frecuentes en exámenes (EBAU / ESO)
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⚠Confundir las valencias Fe(II) «ferroso» y Fe(III) «férrico».
Fe²⁺ es ferroso (valencia +2): FeO, FeCl₂, FeSO₄. Fe³⁺ es férrico (valencia +3): Fe₂O₃, FeCl₃, Fe(OH)₃. Regla: «-oso» = valencia menor, «-ico» = valencia mayor. Memorízalo: ferroso2 < férrico3.
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⚠Decir que la herrumbre es óxido de hierro (II) (FeO).
La herrumbre es óxido de hierro (III) hidratado, Fe₂O₃·xH₂O, normalmente con FeOOH (lepidocrocita y goethita). El FeO puro es un sólido negro, no rojizo. El color marrón-rojizo característico de un metal oxidado es siempre férrico, nunca ferroso.
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⚠Pensar que el hierro puro se usa industrialmente.
El hierro puro casi no se usa estructuralmente: es blando y muy oxidable. Lo que se utiliza son sus aleaciones con carbono: el acero (0,02-2 % C, dúctil y resistente) y la fundición (2-6 % C, dura pero frágil). El acero inoxidable contiene además ≥10,5 % de cromo.
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⚠Asumir que el Fe-56 es el «núcleo más estable del universo».
Coloquialmente se dice así, pero técnicamente el núcleo con mayor energía de enlace por nucleón es el Ni-62 (8,7945 MeV/nucleón) y luego el Fe-58 y el Fe-56. Por eso la nucleosíntesis estelar se detiene alrededor del hierro: fusionar más allá consume energía en vez de liberarla.