Edad de Hierro - Parte 1

Los medios informan constantemente que ha llegado la era del plástico y que la civilización del silicio está floreciendo. Sin embargo, la realidad es otra: vivimos en la Edad del Hierro desde hace más de tres mil años. También se puede agregar que el siglo XIX, es decir. la era del vapor y la electricidad (ya que la electricidad todavía se genera principalmente por el poder del flujo de vapor de agua), continúa en términos de energía.

El poeta romano Ovidio, en sus Transformaciones, describió las épocas míticas de la humanidad, en gran medida de acuerdo con desarrollo de la civilización. Así, después de las edades felices del oro y la plata (aquí el autor tuvo una fantasía, porque era un período de piedra), reinó la edad del bronce, una de las aleaciones de cobre y estaño. En ese momento vivían Hércules, Teseo y los argonautas, y los héroes de Homero, vestidos con armaduras de bronce, luchaban bajo los muros de Troya con espadas de bronce. Los arqueólogos llaman a este período la Edad del Bronce. Después de ella (después de Ovidio)...

... ha llegado la era del hierro duro

¿Cuándo empezo? Es difícil responder a esta pregunta. provienen del 1er milenio antes de Cristo, y tal vez incluso antes. Y no era "cualquier" hierro, sino un origen celestial, estrictamente meteórico (XNUMX). No es de extrañar que fueran tratados como un verdadero regalo de los dioses y respetados en consecuencia.

1. Un fragmento del meteorito de hierro polaco más grande encontrado en los suburbios de Poznań (Morasco). El espécimen está en el Museo de la Tierra de AMU (autor: Wikimedia/MOs810)

con limpio con hierro terrenal un hombre se encontró cuando comenzó a recibir metales de minerales, y no de pepitas. ,: a las temperaturas alcanzables en ese momento en los hornos (hasta un máximo de 1000 °C), estos metales se fundían y podían fundirse, y su blandura facilitaba su trabajo con la forja.

Z hierro no fue tan fácil En primer lugar, se funde a una temperatura superior a los 1500 °C y, en segundo lugar, cuando está frío, es duro y no se puede moldear con métodos milenarios. Inicialmente, era un subproducto problemático (los minerales de cobre y hierro a menudo se encuentran uno al lado del otro): una pieza de masa dura y esponjosa permanecía en el fondo del horno. Era hierro hecho de óxidos reducidos del mineral. Por casualidad, el antiguo herrero herrero comenzó a procesar la pizarra resultante (del latín, que significa lobo) incluso antes de que se enfriara (2). Esta vez el metal es facil de trabajar. Aunque para los estándares actuales era hierro de muy baja calidad, resultó ser más duro que todos los metales conocidos en ese momento.

2. La herrería ha sido una profesión importante durante miles de años (Autor: Wikimedia/Jorgeroyan)

La dureza del hierro depende de la cantidad de carbono disuelto en él. (provenía del carbón usado para la fundición), y ésta, a su vez, de la temperatura de la fundición - aumenta con ella. El hierro bajo en carbono se obtuvo en hornos primitivos (el contenido de carbono no excedía el 0,5%).

Sin embargo, la tecnología siguió desarrollándose. Se han desarrollado mejores hornos para lograr temperaturas más altas de modo que se disuelva más carbono en el hierro. Cuando su contenido alcanzó aproximadamente el 1%, una persona lo conoció por primera vez. era. Las cuchillas hechas con él no se desafilaron rápidamente y, además, se podían endurecer, lo que aumentaba aún más su dureza. Desde entonces, el nuevo metal ha ido reemplazando rápidamente marrón. ¿Cuándo fue este avance? Alrededor de la mitad del segundo milenio antes de Cristo en el territorio de la actual Siria y Anatolia (Turquía). A partir de ahí, el acero se extendió por todo el mundo de entonces, aunque en diferentes partes del mismo este invento se llevó a cabo de forma independiente (por ejemplo, en India y China).

Pero porque hierroa pesar de los problemas con su producción, fue reemplazado por el bronce? En esta ocasión le daremos la palabra a Bolesław Prus, quien en Faraón describió las ventajas del nuevo material de la siguiente manera: “uno de los oficiales egipcios desenvainó su espada de bronce y la sostuvo como si fuera a atacar. Entonces Sargón levantó una espada de acero, golpeó y cortó un trozo del arma al enemigo.

metal de guerra

La novela está ambientada en el siglo III a. C., pero antes de eso, un mejor armamento significaba una ventaja en el campo de batalla. Probablemente no sea una coincidencia que la invención de la producción de acero fuera inventada por los hititas, un pueblo de guerreros. Después de ellos, fue adoptado por asirios no menos valientes, cuyo enviado Sargón mostró claramente al joven heredero del trono egipcio las ventajas de una nueva arma. Desde entonces, el hierro se ha asociado para siempre con la guerra, se ha dedicado a los dioses que velan por este ámbito de la vida, y (3).

3. La superficie de Marte cubierta con óxidos de hierro (de recursos de la NASA). El símbolo astronómico del planeta Marte y el símbolo alquímico del hierro representan un escudo y una lanza, atributos del dios de la guerra.

Pasaron los siglos, la tecnología de fundición y procesamiento mejoró (en Polonia ya en el siglo XVI a. metalurgia). Sus secretos estaban cuidadosamente guardados y sus exitosos inventos eran ampliamente conocidos, como el perfecto damasco. Además de los pequeños ahumaderos primitivos, se construyeron cada vez más grandes hornos para la fundición. En la Europa medieval, fue posible por primera vez alcanzar el punto de fusión del hierro y, en lugar de la masa esponjosa que yacía en el fondo del hogar, salió metal líquido del horno, es decir, ensalada. Sin embargo, esto no causó admiración: una aleación con un alto contenido de carbono (hierro fundido) era frágil y no podía forjarse, apta solo para piezas fundidas (todavía se usa para este propósito en la actualidad).

El gran avance en la producción de acero se produjo en el siglo XIX y especialmente en el siglo XIX. En un principio se utilizó para la fundición Coca (hulla desgasificada) en lugar de carbón. Esto sucedió en Inglaterra, donde la industria siderúrgica contribuyó a una importante deforestación en el país (la demanda de coque fue un incentivo para el rápido desarrollo de la industria minera). carbón). El desarrollo de métodos para producir acero a partir de hierro fundido eliminando el exceso de carbono y otros aditivos (fósforo, azufre, silicio) hizo que el acero fuera barato y estuviera disponible en grandes cantidades, lo que a su vez inició su uso generalizado como material estructural.

Procesos tecnológicos del siglo XIX - proceso Bessemer, Tomás, y especialmente Siemens-Martin - hasta el día de hoy son la base de la producción de acero (por supuesto, se han mejorado de muchas maneras). Aunque actualmente no se practica el ensayo y error, y los procesos de fundición y procesamiento del acero son estudiados por especialistas en varios campos, todavía hay un elemento de arte agregado en la metalurgia. Los especialistas en este campo se pueden comparar con chefs que, utilizando las especias adecuadas, pueden obtener platos deliciosos. En este caso, la función de las especias la realizan los aditivos de aleación (es decir, varios elementos), y los platos preparados son aleaciones "para todas las ocasiones".

Metal #1

hierro esta es la base de nuestra civilización, dejemos que los números hablen por sí mismos. En 2019, se fundieron entre 1300 y 10 millones de toneladas de arrabio en todo el mundo, de las cuales aproximadamente el 1900 % se destinó a la producción de productos de hierro fundido, el resto se procesó en acero. Se produjeron alrededor de 10 millones de toneladas de acero (la diferencia es la chatarra de acero añadida durante el procesamiento del arrabio). La “Planta de Acero del Mundo” es China, que suministra más de la mitad de los productos (Polonia tiene alrededor de 2 millones de toneladas). Número de producción anual de metal 80, es decir. aluminio, es menos de XNUMX millones de toneladas, lo que, en comparación con dos mil millones de toneladas de acero y hierro, demuestra plenamente que todavía vivimos en Edad de Hierro (4).

4. La producción mundial de acero es de dos mil millones de toneladas por año.

Tenemos mucho hierro en la Tierra, la capa superficial contiene un 5,6%, lo que sitúa a este metal en el 4º lugar (después del oxígeno y la arcilla). Si tomamos la Tierra en su conjunto, el hierro está a la cabeza, representando casi un tercio de la masa del globo (en el centro del planeta hay un núcleo de hierro y níquel con un diámetro de casi 7000 km). En el universo, el hierro es el sexto elemento más abundante, así como el elemento más pesado que se puede producir en el núcleo de una estrella (los más pesados ​​se crean como resultado de cataclismos cósmicos - explosiones de supernovas).

Hierro gratis en la tierra ocurre ocasionalmente en forma de pequeñas pepitas y. Sin embargo, los minerales de hierro son abundantes: hematita Fe₂O₃, siderita FeCO₃, magnetita Fe₃O₄ la limonita (óxidos hidratados, el llamado mineral de pantano) es el mineral más comúnmente extraído de este metal, y la pirita, que imita al oro FeS₂ se utiliza para producir ácido sulfúrico (5).

5. Un color rojizo en el fondo de un arroyo indica la presencia de compuestos de hierro ubicuos.

El mundo vivo también ha aprovechado los beneficios del hierro, que es fundamental para todos los organismos. Iones de hierro están en el centro de dos proteínas importantes: la hemoglobina, que transporta oxígeno, y la mioglobina, que almacena el gas vital en los músculos. Además, muchas de las enzimas responsables de las reacciones de oxidación y reducción funcionan debido a la presencia de iones de hierro (al experimentar, aprenderá por qué sucede esto). El cuerpo de un adulto contiene alrededor de 4 gramos de hierro, y su deficiencia provoca anemia. Fuentes ricas en hierro de fácil digestión son: carne, hígado, yemas de huevo, nueces, leche y legumbres.

Transformaciones mutuas

Las sales ferrosas y férricas están disponibles en su laboratorio. Un ejemplo del primero es el sulfato de FeSO.₄y el otro es cloruro FeCl₃ (ambos como sales hidratadas). En el caso de FeCl₃ ten especial cuidado: sus soluciones son cáusticas y dejan manchas marrones difíciles de quitar. Por lo tanto, se requieren guantes protectores y las pruebas se realizan en una bandeja. Prepare soluciones de ambas sales y viértalas en tubos de ensayo. Solución que contiene iones Fe²⁺ tiene un color verde claro en el caso de los cationes Fe³⁺ color amarillo (6). Agregue una pequeña cantidad de solución de hidróxido de sodio NaOH a cada tubo. En ambos casos se forman los siguientes depósitos: Fe(OH)₂ verde grisáceo y Fe(OH)₃ – bermejo (7).

6. Colores de soluciones de sales de hierro.

7. Precipitación de hidróxidos de hierro

Para tubos de ensayo con sedimento de Fe(OH)₂ agregue unas gotas de solución de peróxido de hidrógeno al 3% N₂O₂ (peróxido de hidrógeno utilizado como desinfectante). El precipitado rápidamente se vuelve marrón rojizo (8):

2Fe(OH)₂ +H₂O₂ → 2Fe(OH)₃

8. El hidróxido de hierro (II) se oxida rápidamente a hidróxido de hierro (III).

Vierta unas gotas de solución de FeCl en un tubo de ensayo con agua.₃ entonces el color es solo amarillo claro. Agregue una pequeña cantidad de solución de yoduro de potasio KI, oscurecerá inmediatamente el contenido. Ahora agregue solución de tiosulfato de sodio. _Na2S2O3. El contenido del recipiente estaba casi descolorido. Finalmente agregue unas gotas de solución de NaOH. El precipitado formado tiene un color... sorprendentemente, verdoso. ¿Qué reacciones tuvieron lugar en el tubo de ensayo?

Primero, los iones Fe³⁺ yoduros oxidados a yodo libre (oscurecimiento de la solución), naturalmente, ellos mismos fueron restaurados. La adición de tiosulfato nuevamente provocó la reducción del yodo a yoduros incoloros, y bajo la acción de la base se formó un precipitado de Fe(OH).₂.

Esta fácil transición, como si estuviera relacionada con las Transformaciones de Ovidio, de los iones Fe(II) en Fe(III) y viceversa, subyace a su actividad biológica.

Hierro, acero, fundición

La mayoría de las veces, cuando hablamos de hierro, nos referimos al acero. El hierro puro casi nunca se usa. El hierro con una pequeña cantidad de impurezas (hierro ARMCO) se utiliza como material magnético. El acero es una aleación con un contenido de carbono de 1,7-2,1%. Si hay más carbono, se separa en forma de grafito y forma hierro fundido.