¿Por qué las estrellas mueren al llegar al hierro?
Una estrella brilla porque la fusión nuclear libera energía y esa energía genera la presión que contrarresta la gravedad. El proceso avanza por etapas: hidrógeno en helio, helio en carbono, carbono en oxígeno y neón, y así sucesivamente hacia elementos cada vez más pesados.
La energía disponible en cada paso depende de la energía de enlace por nucleón, que crece con el número atómico hasta un máximo y después decrece. Ese máximo está en el níquel 62, con el hierro 56 muy cerca.
Fusionar dos núcleos por debajo del hierro libera energía. Fusionar hierro la consume. Cuando el núcleo de una estrella masiva se ha convertido en hierro, la fuente de energía se apaga de golpe.
Lo que sigue ocurre en menos de un segundo. Sin presión que la sostenga, la materia cae hacia el centro a una fracción apreciable de la velocidad de la luz. El núcleo se comprime hasta densidad nuclear, rebota, y la onda de choque resultante desgarra la estrella: es una supernova de tipo II.
En esa explosión, el flujo brutal de neutrones sintetiza en segundos los elementos más pesados que el hierro, que no pueden formarse por fusión ordinaria. El oro y el uranio de la Tierra proceden de sucesos de ese tipo.
¿Qué distingue al hierro del acero?
El carbono, y su cantidad exacta.
El hierro puro es sorprendentemente blando: se raya con una moneda de cobre y se deforma con facilidad. Casi no se usa como material estructural.
El acero contiene entre un 0,02 y un 2 % de carbono. Los átomos de carbono, mucho más pequeños que los de hierro, se sitúan en los huecos de la red cristalina y dificultan el deslizamiento de los planos atómicos. Ese impedimento es la resistencia mecánica.
La fundición supera el 2 % y llega al 4 %. El exceso de carbono forma grafito o cementita en cantidad suficiente para hacer el material frágil, pero también rebaja el punto de fusión y mejora la colabilidad: se moldea bien, no se forja.
El horno alto produce arrabio con un 4 % de carbono. Convertirlo en acero consiste en quemar el exceso soplando oxígeno puro sobre el metal fundido, en el convertidor básico al oxígeno. La reacción es exotérmica y no necesita combustible añadido.
Lo que hace único al acero es que su microestructura depende del tratamiento térmico. Enfriar rápidamente desde alta temperatura atrapa el carbono en una fase tensionada llamada martensita, dura y frágil; recalentar después a temperatura moderada relaja parte de esa tensión. Templar y revenir permite ajustar dureza y tenacidad de forma continua, y eso no lo permite ningún otro metal común.
¿Por qué la herrumbre no protege como la pátina del cobre?
Los dos metales se oxidan. La diferencia está en lo que ocurre después.
El óxido de aluminio y la pátina del cobre forman capas compactas, adherentes y del mismo orden de volumen que el metal consumido. Sellan la superficie y detienen el proceso.
La herrumbre es óxido de hierro hidratado, con una fórmula variable en torno a Fe₂O₃·nH₂O. Ocupa aproximadamente el doble de volumen que el hierro del que procede. Esa expansión genera tensiones que agrietan y desprenden la capa, dejando metal nuevo expuesto al aire y a la humedad.
El proceso es electroquímico y necesita agua y oxígeno. En una gota sobre acero, una zona actúa como ánodo y otra como cátodo, y la corriente circula por el metal. La sal acelera todo al aumentar la conductividad del electrolito, y por eso el acero se corroe mucho más rápido cerca del mar o en carreteras saladas.
Las defensas habituales son tres: una barrera física como la pintura, una capa de metal que forme óxido protector como el galvanizado con zinc, o una modificación de la aleación. El acero inoxidable contiene al menos un 10,5 % de cromo, que forma en la superficie una película de óxido de cromo compacta y autorreparable: la protección la aporta el cromo, no el hierro.
¿Cómo transporta el oxígeno en la sangre?
Un adulto contiene entre 3 y 4 gramos de hierro, y la mayor parte está en la hemoglobina.
La molécula tiene cuatro subunidades, cada una con un grupo hemo: un anillo de porfirina con un ion Fe²⁺ en el centro, coordinado por cuatro nitrógenos del anillo y uno de la proteína. La sexta posición de coordinación queda libre y es donde se une el oxígeno.
Lo notable es que la unión sea reversible. El hierro en disolución reacciona con el oxígeno y se oxida a Fe³⁺ de forma irreversible. Dentro de la hemoglobina no ocurre, porque la estructura de la proteína impide que dos grupos hemo se acerquen y reaccionen entre sí a través del oxígeno.
La unión es además cooperativa. Cuando la primera subunidad capta oxígeno, cambia ligeramente de forma y facilita la captación de las otras tres. Esa cooperatividad produce una curva de saturación en forma de S que permite cargar oxígeno con eficacia en el pulmón y soltarlo en los tejidos.
⚠️ El monóxido de carbono se une al mismo sitio unas doscientas veces más fuertemente que el oxígeno y no se suelta. De ahí su toxicidad: no envenena el metabolismo, simplemente ocupa el lugar.
¿Dónde está el hierro de la Tierra?
En el núcleo, sobre todo. El hierro es el elemento más abundante del planeta considerado en conjunto —alrededor del 32 % de su masa— pero solo el quinto de la corteza, con un 5 %.
La separación ocurrió durante la formación del planeta. La Tierra primitiva estuvo lo bastante caliente para fundirse, y el hierro, denso y no muy afín al oxígeno a esas condiciones, se hundió hacia el centro arrastrando el níquel y elementos afines. Ese episodio se conoce como catástrofe del hierro.
El núcleo resultante, de hierro y níquel, tiene una parte externa líquida cuyos movimientos generan por efecto dinamo el campo magnético terrestre. Sin él, el viento solar habría erosionado la atmósfera hace mucho.
El hierro de la corteza que se extrae procede en su mayoría de las formaciones de hierro bandeado depositadas hace entre 2 500 y 1 800 millones de años, cuando el oxígeno producido por las cianobacterias precipitó el hierro disuelto en los océanos. Australia, Brasil y China concentran la producción actual.