Interacción con sustancias simples y corrosión
El hierro químicamente puro no reacciona con el oxígeno del aire ni con el agua; sin embargo, el acero común se corroe (oxida) fácilmente. Este proceso se desencadena por la exposición simultánea a la humedad y al oxígeno, lo que da lugar a la formación de óxido de hierro(III) parcialmente hidratado.
Al calentarse, el metal muestra una alta reactividad hacia los no metales:
- Con oxígeno: el polvo de hierro arde formando chispas brillantes. El producto de la reacción es la cascarilla de hierro, un óxido mixto.
- Con halógenos (por ejemplo, cloro): la oxidación llega al estado +3, formando cloruro de hierro(III) negro. Curiosamente, su forma hidratada cristalina tiene un color naranja intenso.
- Con azufre: al calentar una mezcla de polvos se produce una fuerte reacción exotérmica, sintetizando sulfuro de hierro(II) negro.
Reacciones con ácidos y agua
La posición del hierro en la serie electroquímica de reactividad (a la izquierda del hidrógeno) determina su capacidad para desplazar el hidrógeno de los ácidos diluidos, convirtiéndose en cationes con estado de oxidación +2.
La interacción con ácidos oxidantes tiene sus propias características:
- Ácido nítrico diluido: al ser un fuerte oxidante, convierte el hierro directamente al estado de oxidación +3.
- Ácidos concentrados: los ácidos sulfúrico y nítrico en condiciones normales provocan pasivación, es decir, la formación de una película superficial protectora que detiene la reacción. Para que comience la disolución, se requiere un calentamiento intenso.
El hierro puro no reacciona con el agua líquida. Sin embargo, al calentar el metal en una corriente de vapor de agua, se produce un proceso reversible cuyos productos son óxido de hierro(II) y gas hidrógeno. Las soluciones alcalinas no afectan al hierro metálico, pero este es capaz de desplazar a metales menos activos (ubicados a la derecha en la serie de reactividad) de las soluciones de sus sales.
Óxidos, hidróxidos y características de hidrólisis
El hierro forma dos series principales de compuestos que corresponden a los estados de oxidación +2 y +3.
El hidróxido de hierro(II) es un precipitado de color blanco que solo se puede obtener en condiciones de ausencia total de oxígeno. Si hay oxígeno disuelto en la solución, el precipitado adquiere instantáneamente un tono gris-verdoso debido a la oxidación parcial al estado +3.
El hidróxido de hierro(III) es una sustancia de color naranja-marrón extremadamente poco soluble que precipita por completo incluso en un medio ácido. Posee una débil anfoteriedad, reaccionando exclusivamente con álcalis de alta concentración, y al fundirse con óxidos o carbonatos de otros metales forma ferritas.
Las soluciones de sales de hierro(II) suelen ser de color verde claro y se hidrolizan ligeramente. Las sales de hierro(III) se hidrolizan mucho más, lo que confiere a las soluciones un color amarillo-marrón. Un ejemplo característico: al añadir carbonato de sodio al sulfato de hierro(III), se produce un aumento mutuo de la hidrólisis y, en lugar de carbonato, precipita hidróxido de hierro(III) con liberación de dióxido de carbono.
Propiedades redox y complejos
En un medio ácido, las sales de hierro(III) actúan como oxidantes fuertes: son capaces de disolver cobre metálico y oxidar yoduros a yodo libre. A su vez, los compuestos de hierro(II) se oxidan fácilmente a +3 bajo la acción del peróxido de hidrógeno, el ácido nítrico o el cloro.
En un medio fuertemente alcalino se pueden obtener compuestos únicos: ferratos (estado de oxidación +6). Son soluciones rojas que en medios neutro y ácido se convierten en potentes oxidantes capaces de descomponer el agua.
El hierro tiende a la formación de complejos. Los ejemplos más conocidos son el ferrocianuro potásico y el ferricianuro potásico. Sirven como reactivos analíticos para la detección cualitativa de iones de hierro:
- El ferrocianuro potásico con sales de Fe³⁺ produce azul de Prusia.
- El ferricianuro potásico con sales de Fe²⁺ produce azul de Turnbull.
Químicamente es el mismo precipitado de color azul oscuro. Una característica importante del elemento es su capacidad para formar complejos con estado de oxidación cero debido al apareamiento de electrones 3d, por ejemplo, el pentacarbonilhierro(0) volátil.
En resumen: respuestas a preguntas sobre el tema
¿Qué proteínas se encargan del transporte y almacenamiento intracelular de hierro en el organismo?
El transporte y el almacenamiento intracelular del hierro en el organismo están a cargo de proteínas no hemo específicas.
- La transferrina es una glucoproteína de transporte del plasma sanguíneo que transporta hierro libre oxidado hacia los tejidos.
- La ferritina es la principal proteína de almacenamiento intracelular de hierro, localizada en el hígado, el bazo y la médula ósea.
- La hemosiderina es una proteína en la que el hierro se acumula cuando hay un exceso del mismo. Se forma a partir de la ferritina cuando la cantidad de hierro supera la capacidad de depósito de esta última.
¿Qué enzimas del cuerpo humano contienen hierro?
El hierro forma parte de numerosas enzimas hemo y no hemo que participan en reacciones redox.
- Los citocromos (incluidos la citocromo c oxidasa y el sistema del citocromo P450, por ejemplo, la 14-α-desmetilasa) garantizan la respiración tisular y el transporte de electrones.
- La catalasa y la peroxidasa (incluida la glutatión peroxidasa) neutralizan las especies reactivas del oxígeno y el peróxido de hidrógeno.
- La xantina oxidasa participa en el metabolismo de las purinas.
- La ribonucleótido reductasa participa en el metabolismo.
- Las deshidrogenasas (por ejemplo, la NADH deshidrogenasa y la QH₂ deshidrogenasa) contienen grupos hierro-azufre y catalizan reacciones redox.
¿Cuál es el papel bioquímico de los iones de hierro en el proceso de la respiración tisular?
En el proceso de la respiración tisular, los iones de hierro aseguran el transporte de electrones a lo largo de la cadena respiratoria mitocondrial, lo cual es necesario para la síntesis de ATP. El hierro forma parte de componentes clave de la cadena de transporte de electrones:
- Los citocromos (b, c₁, a, a₃) son proteínas hemo que participan en el funcionamiento de los complejos III y IV (citocromo c oxidasa).
- Las proteínas hierro-azufre (racimos FeS) son componentes no hemo que forman parte del complejo I (NADH deshidrogenasa) y del complejo III (QH₂ deshidrogenasa).
La deficiencia de estos compuestos que contienen hierro provoca alteraciones en el transporte de electrones, inhibición de la síntesis de ATP y desarrollo de hipoxia tisular.
Para no confundirse con las reacciones cualitativas: el azul de Prusia y el azul de Turnbull son la misma sustancia (precipitado azul oscuro). La única diferencia radica en la prueba: el ferrocianuro potásico es el reactivo para los iones Fe³⁺, y el ferricianuro potásico para los iones Fe²⁺.
Preguntas de clases y exámenes
¿Por qué los ácidos concentrados no disuelven el hierro en condiciones normales?
Se produce la pasivación: en la superficie del metal se forma rápidamente una película de óxido densa que lo protege de una mayor oxidación. La reacción solo se inicia al calentar.
¿El hidróxido de hierro(III) forma complejos con el amoníaco?
No, no lo forma. Debido a la solubilidad extremadamente baja del hidróxido de hierro(III), la adición de amoníaco a sus sales simplemente provoca la precipitación, a diferencia del cobre y otros elementos d.
¿Son tóxicos los complejos cianurados de hierro?
No. En los «prusiatos», los iones de cianuro están firmemente fijados en la esfera interna del complejo mediante enlaces de coordinación con el átomo de hierro, por lo que son químicamente estables y no muestran la toxicidad de los cianuros libres.
Qué más repasar sobre el tema
- Obtención industrial del hierro: el proceso de altos hornos y su química
- Métodos para obtener hierro de alta pureza (electrólisis, descomposición térmica)
- Estructura electrónica e hibridación del pentacarbonilhierro(0)
- Aumento mutuo de la hidrólisis utilizando como ejemplo las sales de hierro(III) y los carbonatos
- Aplicación de los compuestos de coordinación del hierro en fotografía
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