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.
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.
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.
Protones y neutrones en Hierro
El hierro es un elemento químico con número atómico 26, lo que significa que hay 26 protones en su núcleo. Número total de protones en el núcleo se llama el número atómico del átomo y se le da el símbolo Z . La carga eléctrica total del núcleo es, por tanto, + Ze, donde e (carga elemental) es igual a 1,602 x 10-19 culombios .
El número total de neutrones en el núcleo de un átomo se llama el número de neutrones del átomo y se le da el símbolo N . Número de neutrones más el número atómico es igual al número de masa atómica: N + Z = A . La diferencia entre el número de neutrones y el número atómico se conoce como exceso de neutrones : D = N – Z = A – 2Z.
Para los elementos estables, suele haber una variedad de isótopos estables. Los isótopos son nucleidos que tienen el mismo número atómico y, por lo tanto, son el mismo elemento, pero difieren en el número de neutrones. Los números de masa de isótopos típicos de hierro son 56; 57; 58.
Isótopos principales del Hierro
El hierro tiene cuatro isótopos estables: 54Fe (5,85% del hierro natural), 56Fe (91,75%), 57Fe (2,12%) y 58Fe (0,28%). También se han creado 20-30 isótopos artificiales.
El hierro 54 está compuesto por 26 protones, 28 neutrones y 26 electrones.
El hierro-56 está compuesto por 26 protones, 30 neutrones y 26 electrones.
El hierro-57 está compuesto por 26 protones, 31 neutrones y 26 electrones.
El hierro-58 está compuesto por 26 protones, 32 neutrones y 26 electrones.
El hierro-56 es el núcleo más estable. Se une de manera más eficiente y tiene la masa promedio más baja por nucleón (930,412 MeV / c 2 ). El níquel-62, el hierro-58 y el hierro-56 son los núcleos más unidos. Se necesita más energía por nucleón para separar completamente uno de estos núcleos que cualquier otro núcleo.
Isótopos estables
| Isótopo | Abundancia | Número de neutrones |
| 54Fe | 5,85% | 28 |
| 56Fe | 91,75% | 30 |
| 57Fe | 2,12% | 31 |
| 58Fe | 0,28% | 32 |
Isótopos inestables típicos
| Isótopo | Media vida | Modo de decaimiento | Producto |
| 55Fe | 2,74 (11) a | captura de electrones | 55Mn |
| 60Fe | 2,6×106 a | desintegración beta | 60Co |
Electrones y configuración electrónica
El número de electrones en un átomo eléctricamente neutro es el mismo que el número de protones en el núcleo. Por lo tanto, el número de electrones en el átomo neutro de Hierro es 26. Cada electrón está influenciado por los campos eléctricos producidos por la carga nuclear positiva y los otros electrones negativos (Z – 1) en el átomo.
La configuración electrónica del hierro es [Ar] 3d6 4s2 .
Los posibles estados de oxidación son +2,3 .
Sus 26 electrones están dispuestos en la configuración [Ar] 3d 6 4s 2 , de los cuales los electrones 3d y 4s tienen una energía relativamente cercana y, por lo tanto, puede perder un número variable de electrones y no hay un punto claro en el que la ionización adicional no sea rentable. .
El hierro forma compuestos principalmente en los estados de oxidación +2 (hierro (II), «ferroso») y +3 (hierro (III), «férrico»). El hierro también se encuentra en estados de oxidación más altos, por ejemplo, el ferrato de potasio púrpura (K 2 FeO 4 ), que contiene hierro en su estado de oxidación +6.
Aleación de Hierro más común
Los aceros al carbono son aleaciones de hierro y carbono que pueden contener concentraciones apreciables de otros elementos de aleación. Los aceros al carbono simples son aleaciones de hierro y carbono cuyas propiedades se derivan principalmente de la presencia de carbono. Algunos elementos incidentales como el manganeso, el silicio, el azufre y el fósforo están presentes en pequeñas cantidades debido al método de fabricación de los aceros y, sin modificar las propiedades mecánicas. 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 sustancial dureza, y su capacidad de ser alterado en gran medida por el tratamiento térmico , el acero es una de las aleaciones ferrosas más útiles y comunes en el uso moderno.
Un protón es una de las partículas subatómicas que forman la materia. En el universo, los protones son abundantes y constituyen aproximadamente la mitad de toda la materia visible. Tiene una carga eléctrica positiva (+ 1e) y una masa en reposo igual a 1,67262 × 10 −27 kg ( 938,272 MeV / c 2 ), marginalmente más ligera que la del neutrón pero casi 1836 veces mayor que la del electrón. El protón tiene un radio cuadrático medio de aproximadamente 0,87 × 10 −15 m, o 0,87 fm, y es un fermión de espín ½.
Los protones existen en los núcleos de los átomos típicos, junto con sus contrapartes neutrales, los neutrones. Los neutrones y protones, comúnmente llamados nucleones , están unidos en el núcleo atómico, donde representan el 99,9 por ciento de la masa del átomo. La investigación en física de partículas de alta energía en el siglo XX reveló que ni el neutrón ni el protón no son los bloques de construcción más pequeños de la materia.
La tabla periódica es una representación tabular de los elementos químicos organizados sobre la base de sus números atómicos, configuraciones electrónicas y propiedades químicas. La configuración electrónica es la distribución de electrones de un átomo o molécula (u otra estructura física) en orbitales atómicos o moleculares. El conocimiento de la configuración electrónica de diferentes átomos es útil para comprender la estructura de la tabla periódica de elementos.
Todo sólido, líquido, gas y plasma está compuesto por átomos neutros o ionizados. Las propiedades químicas del átomo están determinadas por el número de protones, de hecho, por el número y la disposición de los electrones . La configuración de estos electrones se deriva de los principios de la mecánica cuántica. El número de electrones en las capas de electrones de cada elemento, particularmente la capa de valencia más externa, es el factor principal para determinar su comportamiento de enlace químico. En la tabla periódica, los elementos se enumeran en orden de número atómico creciente Z.
Es el principio de exclusión de Pauli que requiere que los electrones de un átomo ocupen diferentes niveles de energía en lugar de que todos se condensen en el estado fundamental. El orden de los electrones en el estado fundamental de los átomos multielectrones comienza con el estado de energía más bajo (estado fundamental) y se mueve progresivamente desde allí hacia arriba en la escala de energía hasta que a cada uno de los electrones del átomo se le ha asignado un conjunto único de números cuánticos. Este hecho tiene implicaciones clave para la construcción de la tabla periódica de elementos.
Las dos primeras columnas en el lado izquierdo de la tabla periódica son donde los s están siendo ocupados subniveles. Debido a esto, las dos primeras filas de la tabla periódica se denominan bloque s . De manera similar, el bloque p son las seis columnas más a la derecha de la tabla periódica, el bloque d son las 10 columnas centrales de la tabla periódica, mientras que el bloque f es la sección de 14 columnas que normalmente se representa separada del cuerpo principal. de la tabla periódica. Podría ser parte del cuerpo principal, pero la tabla periódica sería bastante larga y engorrosa.
En el caso de átomos con muchos electrones, esta notación puede ser larga, por lo que se utiliza una notación abreviada. La configuración electrónica se puede visualizar como los electrones del núcleo, equivalentes al gas noble del período anterior, y los electrones de valencia (por ejemplo, [Xe] 6s2 para el bario).
Estados de oxidación
Los estados de oxidación se representan típicamente por números enteros que pueden ser positivos, cero o negativos. La mayoría de los elementos tienen más de un posible estado de oxidación. Por ejemplo, el carbono tiene nueve posibles estados de oxidación enteros de -4 a +4.
La definición actual del estado de oxidación del Libro de Oro de la IUPAC es:
«El estado de oxidación de un átomo es la carga de este átomo después de la aproximación iónica de sus enlaces heteronucleares …»
y el término número de oxidación es casi sinónimo. Un elemento que no se combina con ningún otro elemento diferente tiene un estado de oxidación de 0. El estado de oxidación 0 ocurre para todos los elementos – es simplemente el elemento en su forma elemental. Un átomo de un elemento en un compuesto tendrá un estado de oxidación positivo si se le han eliminado electrones. De manera similar, la adición de electrones da como resultado un estado de oxidación negativo. También hemos distinguido entre los estados de oxidación posibles y comunes de cada elemento. Por ejemplo, el silicio tiene nueve posibles estados de oxidación enteros de -4 a +4, pero solo -4, 0 y +4 son estados de oxidación comunes.
Resumen
| Elemento | Planchar |
| Numero de protones | 26 |
| Número de neutrones (isótopos típicos) | 56; 57; 58 |
| Numero de electrones | 26 |
| Configuración electronica | [Ar] 3d6 4s2 |
| Estados de oxidación | +2,3 |
Fuente: www.luciteria.com
Otras propiedades del Hierro
