Acerca del Hierro
El hierro es un metal de la primera serie de transición. Es en masa el elemento más común en la Tierra, formando gran parte del núcleo externo e interno de la Tierra. Es el cuarto elemento más común en la corteza terrestre. Su abundancia en planetas rocosos como la Tierra se debe a su abundante producción por fusión en estrellas de gran masa.
Resumen
| Elemento |
Hierro |
| Número atómico |
26 |
| Categoría de elemento |
Metal de transición |
| Fase en STP |
Sólido |
| Densidad |
7,874 g / cm3 |
| Resistencia a la tracción |
540 MPa |
| Límite de elastacidad |
50 MPa |
| Módulo de Young |
211 GPa |
| Escala de Mohs |
4,5 |
| Dureza Brinell |
490 MPa |
| Dureza Vickers |
608 MPa |
| Punto de fusion |
1538 ° C |
| Punto de ebullición |
2861 ° C |
| Conductividad térmica |
80,2 W / mK |
| Coeficiente de expansión térmica |
11,8 µm / mK |
| Calor especifico |
0,44 J / g K |
| Calor de fusión |
13,8 kJ / mol |
| Calor de vaporización |
349,6 kJ / mol |
| Resistividad eléctrica [medidor de nanoOhmios] |
96,1 |
| Susceptibilidad magnética |
N / A |
Aplicaciones del Hierro
El hierro se utiliza en numerosos sectores como la electrónica, la fabricación, la automoción y la construcción y edificación. El hierro es el más utilizado de todos los metales y representa más del 90% de la producción mundial de metales. Su bajo costo y alta resistencia a menudo lo convierten en el material de elección para resistir tensiones o transmitir fuerzas, como la construcción de maquinaria y máquinas herramientas, rieles, automóviles, cascos de barcos, barras de refuerzo de hormigón y la estructura de transporte de carga de edificios. . Dado que el hierro puro es bastante blando, se suele combinar con elementos de aleación para fabricar acero. Los aceros son aleaciones de hierro-carbono que pueden contener concentraciones apreciables de otros elementos de aleación. Agregar una pequeña cantidad de carbono no metálico al hierro cambia su gran ductilidad por una mayor resistencia. Debido a su muy alta resistencia, pero aún con una dureza sustancial y su capacidad de ser alterada en gran medida por el tratamiento térmico, el acero es una de las aleaciones ferrosas más útiles y comunes en el uso moderno. Existen miles de aleaciones que tienen diferentes composiciones y / o tratamientos térmicos. Las propiedades mecánicas son sensibles al contenido de carbono, que normalmente es inferior al 1,0% en peso.
Producción y precio del Hierro
Los precios de las materias primas cambian a diario. Están impulsados principalmente por la oferta, la demanda y los precios de la energía. En 2019, los precios del Hierro puro rondaban los 0,0675 $ / kg.
Hoy en día, la producción industrial de hierro o acero consta de dos etapas principales. En la primera etapa, el mineral de hierro se reduce con coque en un alto horno y el metal fundido se separa de las impurezas brutas, como los minerales de silicato. Esta etapa produce una aleación: arrabio. El arrabio, también conocido como hierro bruto, se produce mediante el proceso de alto horno y contiene hasta un 4-5% de carbono, con pequeñas cantidades de otras impurezas como azufre, magnesio, fósforo y manganeso. Las principales zonas mineras de hierro son China, Australia, Brasil, Rusia y Ucrania. La producción anual de mineral de hierro del mundo es de aproximadamente 1600 millones de toneladas.
Fuente: www.luciteria.com
Propiedades mecánicas del Hierro
Resistencia del Hierro
En mecánica de materiales, la resistencia de un material es su capacidad para soportar una carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas. La resistencia de los materiales básicamente considera la relación entre las cargas externas aplicadas a un material y la deformación resultante o cambio en las dimensiones del material. Al diseñar estructuras y máquinas, es importante considerar estos factores, a fin de que el material seleccionado tenga la resistencia adecuada para resistir las cargas o fuerzas aplicadas y conservar su forma original. La resistencia de un material es su capacidad para soportar esta carga aplicada sin fallas ni deformaciones plásticas.
Para la tensión de tracción, la capacidad de un material o estructura para soportar cargas que tienden a alargarse se conoce como resistencia máxima a la tracción (UTS). El límite elástico o límite elástico es la propiedad del material definida como el esfuerzo en el que un material comienza a deformarse plásticamente, mientras que el límite elástico es el punto donde comienza la deformación no lineal (elástica + plástica).
Ver también: Resistencia de los materiales
Máxima resistencia a la tracción del Hierro
La resistencia máxima a la tracción del hierro es de 540 MPa.
Límite de elastacidad del Hierro
El límite elástico del hierro es de 50 MPa.
Módulo de Young del Hierro
El módulo de Young del hierro es 211 GPa.
Dureza del Hierro
En la ciencia de los materiales, la dureza es la capacidad de resistir la hendidura de la superficie ( deformación plástica localizada ) y el rayado . La prueba de dureza Brinell es una de las pruebas de dureza por indentación, que se ha desarrollado para pruebas de dureza. En las pruebas Brinell, se fuerza un penetrador esférico duro bajo una carga específica en la superficie del metal que se va a probar.
La dureza Brinell del hierro es de aproximadamente 490 MPa.
El método de prueba de dureza Vickers fue desarrollado por Robert L. Smith y George E. Sandland en Vickers Ltd como una alternativa al método Brinell para medir la dureza de materiales. El método de prueba de dureza Vickers también se puede utilizar como método de prueba de microdureza , que se utiliza principalmente para piezas pequeñas, secciones delgadas o trabajos de profundidad de caja.
La dureza Vickers del hierro es de aproximadamente 608 MPa.
La dureza al rayado es la medida de la resistencia de una muestra a la deformación plástica permanente debido a la fricción de un objeto afilado. La escala más común para esta prueba cualitativa es la escala de Mohs , que se utiliza en mineralogía. La escala de Mohs de dureza mineral se basa en la capacidad de una muestra natural de mineral para rayar visiblemente otro mineral.
El hierro tiene una dureza de aproximadamente 4,5.
Ver también: dureza de materiales
Hierro – Estructura cristalina
Una posible estructura cristalina del hierro es la estructura cúbica centrada en el cuerpo .
En los metales, y en muchos otros sólidos, los átomos están dispuestos en matrices regulares llamadas cristales. Una red de cristal es un patrón repetitivo de puntos matemáticos que se extiende por todo el espacio. Las fuerzas de los enlaces químicos provocan esta repetición. Es este patrón repetido el que controla propiedades como resistencia, ductilidad, densidad, conductividad (propiedad de conducir o transmitir calor, electricidad, etc.) y forma. Hay 14 tipos generales de patrones conocidos como celosías de Bravais.
Ver también: Estructura cristalina de materiales
Estructura cristalina de Hierro
Resistencia de los elementos
Elasticidad de los elementos
Dureza de los elementos
Propiedades térmicas del Hierro
Hierro: punto de fusión y punto de ebullición
Punto de fusión del hierro es 1538 ° C .
Punto de hierro de ebullición es 2861 ° C .
Tenga en cuenta que estos puntos están asociados con la presión atmosférica estándar.
Hierro – Conductividad térmica
La conductividad térmica del hierro es 80,2 W / (m · K).
Las características de transferencia de calor de un material sólido se miden mediante una propiedad llamada conductividad térmica , k (o λ), medida en W / mK . Es una medida de la capacidad de una sustancia para transferir calor a través de un material por conducción . Tenga en cuenta que la ley de Fourier se aplica a toda la materia, independientemente de su estado (sólido, líquido o gas), por lo tanto, también se define para líquidos y gases.
Coeficiente de expansión térmica del Hierro
El coeficiente de expansión térmica lineal del hierro es 11,8 µm / (m · K)
La expansión térmica es generalmente la tendencia de la materia a cambiar sus dimensiones en respuesta a un cambio de temperatura. Por lo general, se expresa como un cambio fraccional de longitud o volumen por cambio de temperatura unitario.
Hierro: calor específico, calor latente de fusión, calor latente de vaporización
El calor específico de hierro es 0,44 J / g K .
La capacidad calorífica es una propiedad extensa de la materia, lo que significa que es proporcional al tamaño del sistema. La capacidad calorífica C tiene la unidad de energía por grado o energía por kelvin. Cuando se expresa el mismo fenómeno como una propiedad intensiva, la capacidad calorífica se divide por la cantidad de sustancia, masa o volumen, por lo que la cantidad es independiente del tamaño o extensión de la muestra.
El calor latente de fusión del hierro es 13,8 kJ / mol .
El calor latente de vaporización del hierro es 349,6 kJ / mol .
El calor latente es la cantidad de calor que se agrega o se elimina de una sustancia para producir un cambio de fase. Esta energía rompe las fuerzas de atracción intermoleculares y también debe proporcionar la energía necesaria para expandir el gas (el trabajo pΔV ). Cuando se agrega calor latente, no se produce ningún cambio de temperatura. La entalpía de vaporización es función de la presión a la que tiene lugar esa transformación.
Punto de fusión de los elementos
Conductividad térmica de elementos
Expansión térmica de elementos
Capacidad calorífica de los elementos
Calor de fusión de elementos
Calor de vaporización de elementos
Hierro – Resistividad eléctrica – Susceptibilidad magnética
La propiedad eléctrica se refiere a la respuesta de un material a un campo eléctrico aplicado. Una de las principales características de los materiales es su capacidad (o falta de capacidad) para conducir corriente eléctrica. De hecho, los materiales se clasifican según esta propiedad, es decir, se dividen en conductores, semiconductores y no conductores.
Ver también: Propiedades eléctricas
La propiedad magnética se refiere a la respuesta de un material a un campo magnético aplicado . Las propiedades magnéticas macroscópicas de un material son una consecuencia de las interacciones entre un campo magnético externo y los momentos dipolares magnéticos de los átomos constituyentes . Diferentes materiales reaccionan a la aplicación de un campo magnético de manera diferente .
Ver también: Propiedades magnéticas
Resistividad eléctrica del Hierro
La resistividad eléctrica del hierro es 96,1 nΩ⋅m .
La conductividad eléctrica y su inversa, la resistividad eléctrica , es una propiedad fundamental de un material que cuantifica cómo el hierro conduce el flujo de corriente eléctrica. La conductividad eléctrica o conductancia específica es el recíproco de la resistividad eléctrica.
Susceptibilidad magnética del Hierro
Susceptibilidad magnética de hierro es N / A .
En electromagnetismo, la susceptibilidad magnética es la medida de la magnetización de una sustancia. La susceptibilidad magnética es un factor de proporcionalidad adimensional que indica el grado de magnetización del hierro en respuesta a un campo magnético aplicado.
Resistividad eléctrica de elementos
Susceptibilidad magnética de elementos
Aplicación y precios de otros elementos
Otras propiedades del Hierro
