Por Kevin Beck Actualizado el 30 de agosto de 2022
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Cuando se piensa en hierro, a menudo nos vienen a la mente imágenes de acerías y forjas. Sin embargo, el hierro no es sólo un metal manufacturado; es un elemento químico fundamental (símbolo Fe) que puede aislarse átomo a átomo. Si bien la mayoría de los materiales cotidianos son compuestos, el hierro existe en su forma elemental pura, lo que lo hace único entre los metales que utilizamos habitualmente.
Los seres humanos conocen y trabajan con hierro desde hace más de 5.500 años, alrededor del 3500 a.C. La palabra "hierro" deriva del anglosajón "iren" y del latín "ferrum", de donde proviene el símbolo Fe. En química, términos como "ferroso" y "férrico" indican inmediatamente que se está hablando del hierro, muy a diferencia del homófono "irónico", que no tiene cabida en la ciencia física.
El hierro (Fe) es un metal de transición y uno de los 88 metales entre los 113 elementos conocidos. Su núcleo contiene 26 protones y 26 electrones, lo que le da un número atómico de 26. Con una masa atómica promedio de 55,85u, un átomo de hierro neutro tiene 30 neutrones. Físicamente, el hierro es denso (7,87 g/cm³), sólido a temperatura ambiente y requiere calor extremo para derretirse (1538 °C) y hervir (2861 °C).
En la corteza terrestre, el hierro es el cuarto elemento más abundante; sin embargo, se cree que el núcleo fundido del planeta está compuesto en gran parte por hierro, níquel y azufre. El mineral de hierro, principalmente hematita, magnetita y taconita, contiene hierro mezclado con silicato y otros minerales. Debido a que el hierro se oxida fácilmente, mantener su integridad es un gran desafío de ingeniería.
La mayor parte del hierro extraído se convierte en acero, una aleación que combina hierro con pequeñas cantidades de carbono y otros elementos. El acero al carbono normalmente contiene entre 0,02% y 2% de carbono, y los grados con mayor contenido de carbono se acercan al 2%. La adición de cromo (>10 % en masa) produce acero inoxidable, conocido por su resistencia a la corrosión y su brillo, lo que lo hace omnipresente en arquitectura, instrumentos médicos y electrodomésticos. Otros elementos de aleación (níquel, vanadio, tungsteno, manganeso) mejoran la dureza para aplicaciones como la construcción de puentes, herramientas de corte y componentes de redes eléctricas. El hierro fundido, con entre un 3 y un 5 % de carbono, es más barato pero menos dúctil que el acero, lo que lo hace adecuado para artículos como bloques de motor y utensilios de cocina.
La extracción de hierro comienza con la purificación del mineral. Los primeros trabajos del hierro en Europa y Oriente Medio (siglo V a.C.) utilizaban carbón vegetal para reducir el mineral a temperaturas moderadas. El alto horno moderno, inventado en el siglo XV, permite la reducción a alta temperatura de hematita o magnetita utilizando coque (una fuente de carbono) y piedra caliza (CaCO₃) para eliminar las impurezas. El producto resultante (hierro sinterizado con ~3 % de carbono) se refina para obtener acero. La producción mundial de acero supera actualmente los 1.300 millones de toneladas métricas al año.
Los orígenes cósmicos del hierro se encuentran en las supernovas, las muertes catastróficas de estrellas masivas. Cuando una estrella agota su combustible de hidrógeno, fusiona elementos más pesados hasta formar hierro, el punto final de la fusión que produce energía. La supernova posterior dispersa hierro y otros elementos pesados en el medio interestelar, donde eventualmente se fusionan para formar nuevas estrellas, planetas y, en última instancia, la Tierra. Sin estas explosiones estelares, no se habrían formado elementos más pesados que el hierro en las cantidades que observamos.
La nucleosíntesis estelar crea elementos desde hidrógeno hasta hierro mediante sucesivas reacciones de fusión. Una vez que una estrella alcanza el pico de hierro, una mayor fusión es energéticamente desfavorable; Sólo los procesos explosivos como las supernovas pueden sintetizar elementos más pesados que el hierro, como el oro, el plomo y el uranio. Estos elementos pesados viajan a través del espacio y a veces llegan a la Tierra como meteoritos o como parte del material primordial del planeta.
El cuerpo humano adulto promedio contiene aproximadamente 4 g de hierro elemental, una fracción pequeña pero vital para la vida. El hierro es un componente central de la hemoglobina, la proteína fijadora de oxígeno en los glóbulos rojos que transporta oxígeno desde los pulmones a los tejidos. La deficiencia de hierro, a menudo debida a una ingesta dietética inadecuada de carne, vísceras o cereales fortificados, provoca anemia, caracterizada por fatiga, dificultad para respirar y debilidad. El tratamiento suele consistir en suplementos orales de hierro o, en casos graves, transfusiones de sangre.
