El hierro: Propiedades, cómo se obtiene y tipos de hierro

El hierro es el cuarto elemento más común en la corteza terrestre. Es muy versátil, y uno de los metales más fuertes y baratos. Combinado con cantidades variables (pero minúsculas) de carbono, el hierro produce un material mucho más fuerte llamado acero, utilizado en una amplia gama de objetos fabricados por el hombre, desde cubiertos hasta buques de guerra, rascacielos y cohetes espaciales.

Propiedades del hierro

A priori, se puede pensar que el hierro metal duro y fuerte lo suficientemente resistente como para soportar puentes y edificios, pero eso no es hierro puro. Lo que se utiliza en esos casos son aleaciones de hierro (hierro combinado con carbono y otros elementos), que explicaremos con más detalle más abajo. El hierro puro es un asunto totalmente diferente.

Vamos a ver cuáles son sus propiedades físicas (cómo se comporta por sí mismo) y sus propiedades químicas (cómo combina y reacciona con otros elementos y compuestos).

Propiedades físicas del hierro

El hierro puro es un metal blanco plateado que es fácil de trabajar y dar forma y es lo suficientemente suave como para cortarlo (con bastante dificultad) con un cuchillo. Se puede comprimir en láminas y estirar en alambres.

Como la mayoría de los metales, el hierro conduce la electricidad y el calor muy bien y es muy fácil de magnetizar.

Propiedades químicas del hierro

La razón por la que raramente vemos el hierro puro es que se combina fácilmente con el oxígeno (del aire). De hecho, el mayor inconveniente del hierro como material de construcción es que reacciona con el aire húmedo (en un proceso llamado corrosión) para formar el óxido escamoso de color marrón rojizo que llamamos óxido.

El hierro también reacciona de muchas otras maneras, con elementos que van desde el carbono, el azufre y el silicio hasta halógenos como el cloro.

En términos generales, los compuestos de hierro se pueden dividir en dos grupos conocidos como ferrosos y férricos (los nombres antiguos) o hierro (II) y hierro (III); siempre se puede sustituir «hierro(II)» por «ferroso» y «hierro(III)» por «férrico» en los nombres compuestos:

• En los compuestos de hierro (II), el hierro tiene una valencia (capacidad de combinación química) de +2. Algunos ejemplos son el óxido de hierro (FeO), un pigmento (colorante químico); el cloruro de hierro (FeCl2), utilizado en medicina como «tintura de hierro»; y un importante colorante químico llamado sulfato de hierro (FeSO4).
• En compuestos de hierro (III), la valencia del hierro es +3. Los ejemplos incluyen el óxido de hierro (III) (Fe2O3), utilizado como material magnético en cosas como cintas de cassette y discos duros de ordenador y también como pigmento de pintura; y el cloruro de hierro (III) (FeCl3), utilizado para fabricar muchos productos químicos industriales.
• Algunas veces el hierro (II) y el hierro (III) están presentes en el mismo compuesto. Un pigmento de pintura llamado azul de Prusia es en realidad un compuesto complejo de hierro (II), hierro (III) y cianuro con la fórmula química Fe4[Fe(CN)6]3.

De dónde se obtiene el hierro

El hierro es el cuarto elemento más común en la corteza terrestre (después del oxígeno, el silicio y el aluminio), y el segundo metal más común (después del aluminio), pero debido a que reacciona tan fácilmente con el oxígeno, nunca se extrae en su forma pura (aunque ocasionalmente se descubren meteoritos que contienen muestras de hierro puro).

Al igual que el aluminio, la mayor parte del hierro «encerrado» dentro de la Tierra existe en forma de óxidos (compuestos de hierro y oxígeno). Los óxidos de hierro existen en siete minerales principales (minerales rocosos en bruto extraídos de la Tierra):

• Hematites (la más abundante)
• Limonita (también llamada mineral marrón o hierro de pantano)
• Goethita
• Magnetita (mineral negro; el tipo magnético de óxido de hierro, también llamado lodestone)
• Pirita
• Siderita
• Taconite (una combinación de hematites y magnetites).

Los diferentes minerales contienen diferentes cantidades de hierro. La hematita y la magnetita tienen alrededor del 70% de hierro, la limonita tiene alrededor del 60%, la pirita y la siderita tienen el 50%, mientras que la taconita tiene sólo el 30%.

Utilizando una combinación de minería subterránea y a cielo abierto, el mundo produce aproximadamente 1.000 millones de toneladas de mineral de hierro cada año, de las que China es responsable de algo más de la mitad.

Tipos de hierro

El hierro puro es demasiado blando y reactivo para usarlo en alguna aplicación, por lo que la mayor parte del «hierro» que tendemos a utilizar para fines cotidianos es en realidad en forma de aleaciones de hierro: hierro mezclado con otros elementos (especialmente carbono) para hacer formas más fuertes y resistentes del metal, incluido el acero.

Hierro en bruto

Se llama hierro en bruto porque se produce en forma de bloques moldeados con trozos conocidos como lingotes.

El hierro en bruto se obtiene calentando un mineral de hierro (rico en óxido de hierro) en un alto horno: una enorme chimenea industrial, con forma de cilindro, en la que se introducen grandes corrientes de aire caliente en «explosiones» regulares. Los altos hornos son a menudo espectacularmente grandes: algunos tienen una altura de 30-60 m, contienen toneladas de materias primas, y a menudo operan continuamente durante años sin ser apagados o enfriados.

Dentro del horno, el mineral de hierro reacciona químicamente con el coque (una forma de carbón rica en carbono) y la piedra caliza. El coque «roba» el oxígeno del óxido de hierro (en un proceso químico llamado reducción), dejando un hierro líquido relativamente puro, mientras que la piedra caliza ayuda a eliminar las otras partes del mineral rocoso (incluyendo arcilla, arena y piedras pequeñas), que forman una lechada residual conocida como escoria.

El hierro hecho en un alto horno es una aleación que contiene aproximadamente 90-95 % de hierro, 3-4 % de carbono y trazas de otros elementos como silicio, manganeso y fósforo, dependiendo del mineral utilizado.

El hierro en bruto es mucho más duro que el 100 % de hierro puro, pero todavía demasiado débil para la mayoría de los propósitos cotidianos.

Hierro fundido

El hierro fundido es simplemente hierro líquido que se ha fundido: se vierte en un molde y se deja enfriar y endurecer para formar una forma estructural terminada, como una tubería, un engranaje o una viga grande para un puente de hierro.

El hierro en bruto es en realidad una forma muy básica de hierro fundido, pero sólo se moldea de manera muy cruda porque normalmente se funde para fabricar acero.

El alto contenido de carbono del hierro fundido (al igual que el hierro en bruto, aproximadamente el 3-4 %) lo hace extremadamente duro y quebradizo: grandes cristales de carbono incrustados en el hierro fundido impiden que los cristales de hierro se muevan.

El hierro fundido tiene dos grandes desventajas: la primera, que es duro y quebradizo, es virtualmente imposible de moldear, incluso cuando se calienta; y la segunda, se oxida con relativa facilidad.

Cabe destacar que en realidad existen varios tipos diferentes de hierro fundido, incluyendo hierro fundido blanco y gris (llamado así por el colorido del producto terminado causado por el modo en que se comporta el carbono que contiene).

Hierro forjado

El hierro fundido asume su forma final en el momento en que la aleación de hierro líquido se enfría en el molde. El hierro forjado es un material muy diferente hecho mezclando hierro líquido con algo de escoria (residuos). El resultado es una aleación de hierro con un contenido de carbono mucho menor.

El hierro forjado es más suave que el hierro fundido y mucho menos resistente, por lo que se puede calentar para darle forma con relativa facilidad, y también es mucho menos propenso a la oxidación.

Sin embargo, en la actualidad se produce relativamente poco hierro forjado comercialmente, ya que la mayoría de los objetos producidos originalmente a partir de él se fabrican ahora con acero, que es más barato y, en general, de una calidad más uniforme.

El hierro forjado es lo que la gente solía utilizar antes de que realmente dominara la fabricación de acero en grandes cantidades a mediados del siglo XIX.