domingo, 14 de octubre de 2018

Siglo XXI: la era del hierro #Los expedientes Occam #noticias


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Fragmentos del meteorito de hierro Nantan, China, caído probablemente en el siglo XVI.
Smartphones, ordenadores y la propia estación espacial internacional tienen, como parte fundamental de su construcción, el acero, material que, desde el descubrimiento del hierro, su elemento básico, ha dominado la cultura y tecnología humanas.

El hierro es un elemento que pocos de nosotros hemos visto en su forma pura: un metal blanco plateado, relativamente suave y fácil de mellar. No lo solemos ver pues por sus características químicas reacciona fácilmente con una serie de elementos, especialmente con el oxígeno, formando un óxido de color rojizo que es lo que generalmente podemos ver. Por ello, su uso dependió de la capacidad de crear con él un material más duro y flexible, combinándolo con pequeñas cantidades de carbono: el acero.

Una de las características del hierro que lo convirtió en base de la civilización y la cultura es que se trata del quinto elemento más abundante del universo y el cuarto de nuestro planeta, formando aproximadamente el 5% de la corteza terrestre como parte de diversos minerales en los que está mezclado con otros elementos. Los siete principales son pirita, magnetita, hematita, goethita, limonita, siderita y taconita.

El primer uso del hierro en las civilizaciones humanas lo encontramos en la forma de joyería y adornos, unos 4000 años antes de la era común. Ese hierro no procedía, sin embargo, de los minerales mencionados, sino de los restos de meteoritos con alto contenido de hierro que los egipcios llamaron "cobre negro". Pese a ello, la "era del hierro", que seguiría a las del cobre y el bronce, no comenzaría sino a partir del año 1200 a.E.C., conforme la tecnología metalúrgica fue avanzando lo suficiente en distintas culturas como para poder fundir los minerales de hierro y mezclarlos con carbón, que podía "robar" el oxígeno que formaba el óxido, dejando un material más útil, el hierro colado. Ese hierro o acero primitivo fue fundamental en la fabricación, primero, de armas, y luego de una serie de productos que mejoraron toda la tecnología, desde los recubrimientos de hierro alrededor de las ruedas de madera de los carruajes hasta instrumentos quirúrgicos e implementos de cocina, desde agujas para coser hasta arados.

Estos ejemplos dan testimonio de la enorme diversidad de usos del hierro, al que se le pueden dar las más variadas formas al ser moldeado, colado, inyectado o golpeado, y que ofrece flexibilidad, dureza, resistencia y capacidades como la de mantener un filo durante mucho tiempo o la de magnetizarse para distintos fines, el más importante de los cuales durante siglos fue el de ser la aguja de las brújulas que liberaron a las embarcaciones humanas para aventurarse en aguas antes impracticables.

El proceso del hierro hoy es mucho más eficiente gracias a los altos hornos, que pueden alcanzar temperaturas que no imaginaban los herreros antiguos, que apenas tenían algunos conocimientos empíricos del material y que, al no conocer las características químicas de cada mineral y cada elemento que lo componía, estaban muchas veces totalmente a merced de la calidad de la materia prima para obtener un resultado aceptable.

Hacia el siglo XIV, sin embargo, hornos más altos (como su nombre lo indica, hasta de 60 metros actualmente) empezaron alcanzar temperaturas lo bastante altas como para fundir el mineral de hierro junto con carbón, especialmente un tipo llamado "coque" que es carbón mineral con muy pocas impurezas, y carbonato de calcio. Los hornos utiliza chorros de aire caliente que se lanzan desde la parte inferior del alto horno para que el óxido pierda su oxígeno mientras el carbonato de calcio atrae otras impurezas y las acumula en la parte superior de la mezcla, formando la llamada "escoria". Este primer hierro, el arrabio, con un contenido de hasta 4% de carbono, es la base de toda la industria del hierro y el acero.

El acero se obtiene mediante un proceso adicional que elimina la mayor parte del carbono (dejando un contenido de sólo entre 1,5 y 0,5%) e impurezas que debilitan la estructura del metal, como el fósforo y el azufre, y añade a la aleación otros elementos que le dan distintas características. A partir de allí, la industria metalúrgica actual es capaz de producir varios miles de tipos de acero distintos para usos variados, desde estructuras para edificios y varilla para hormigón armado hasta escalpelos o muelles para maquinaria de precisión. Fuerza, resistencia, flexibilidad en distintas dimensiones (como poder estirarse, torsionarse, doblarse o comprimirse sin perder sus características) se controlan cuidadosamente para que cada uso previsto tenga el acero correcto.

También se han empleado técnicas para impedir, retrasar o ralentizar la oxidación: pintura, galvanizado (la aplicación de una corriente eléctrica), el chapado (aplicación de un metal protector como el cromo mediante electrodepósito) o el recubrimiento con otro material "de sacrificio" que se oxide antes que el acero mismo. A principios del siglo XX, por fin, como resultado de una serie de investigaciones de metalúrgicos y químicos británicos, alemanes, estadounidenses y franceses desde fines del siglo anterior, se desarrolló una aleación de acero con cromo y níquel que tenía la muy deseable propiedad de no oxidarse: el acero inoxidable.

Pese a la creciente utilización de otros metales como el tungsteno, el manganeso y, muy especialmente, el aluminio, no parece que la humanidad esté cerca de abandonar el uso privilegiado del acero por sus características y bajo coste.

Además de esa utilidad por la cual el hierro nos ha acompañado durante toda la historia registrada, en 1840 descubrimos además que es parte fundamental de los procesos de nuestra vida. Aunque en nuestro cuerpo sólo tenemos unos 3-4 gramos de hierro, es un micronutriente insustituible, ya que, además de participar en algunas proteínas, enzimas y sistemas, compone hemoglobina, que permite a los glóbulos rojos de nuestra sangre llevar oxígeno de los pulmones a todas las células del cuerpo.

El hierro, así, no sólo ha representado una vida mejor sino que es, en sí mismo, parte de la vida.

El frágil acero del Titanic

El hallazgo de los restos del Titanic en 1985 permitió el rescate y análisis metalúrgico en 1996 de las placas de su casco, rasgado por la colisión con un iceberg, hundiéndose el 15 de abril de 1912. Los estudios indican que el daño tan grande sufrido por el transatlántico se debieron a que sus placas estaban hechas de un acero con alto contenido de azufre que se volvía extremadamente frágil a muy bajas temperaturas, como las del océano por el que navegaba la embarcación cuando ocurrió la tragedia. Los remaches, igualmente, cedieron con facilidad. Con una mejor tecnología del acero, el Titanic podría realmente haber sido insumergible.