Železo
Z Wikipédie
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Všeobecne | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Názov, Značka, Číslo | železo, Fe, 26 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Séria | prechodné prvky | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Skupina, Perióda, Blok | 8, 4, d | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Vzhľad | lesklý kov so sivým nádychom ![]() |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atómová hmotnosť | 55,845(26) g·mol−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektrónová konfigurácia | [Ar] 4s2 3d6 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektrónov na hladinu | 2, 8, 14, 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Fyzikálne vlastnosti | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Skupenstvo | pevné | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Hustota (pri i.t.) | 7,86 g·cm−3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Hustota tekutiny v b.t. | 6,98 g·cm−3 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Teplota topenia (tavenia) | 1811 K (1538 °C, 2800 °F) |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Teplota varu | 3134 K (2861 °C, 5182 °F) |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Teplo vyparovania | 13,81 kJ·mol−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Teplo tavenia | 340 kJ·mol−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Tepelná kapacita | (25 °C) 25,10 J·mol−1·K−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atómové vlastnosti | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kryštálová štruktúra | kocková stredo centrovaná a=286,65 pm;[1] kocková stenovo centrovaná medzi 1185–1667 K |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Oxidačné stupne | 2, 3, 4, 6 (amfoterický) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektronegativita | 1,83 (Paulingova stupnica) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Ionizačné energie (viac) |
1.: 762,5 kJ·mol−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
2.: 1561,9 kJ·mol−1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
3.: 2957 kJ·mol−1 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atómový polomer | 140 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atómový polomer (vyp.) | 156 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kovalentný polomer | 125 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Rôzne | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Magnetické vlastnosti | feromagnetický | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektrický odpor | (20 °C) 96,1 n Ω·m | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Tepelná vodivosť | (300 K) 80,4 W·m−1·K−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Tepelná roztiažnosť | (25 °C) 11,8 µm·m−1·K−1 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Rýchlosť zvuku (úzka tyč) | (i.t.) (elektrolyt) 5120 m·s−1 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Youngov modul | 211 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Pružnosť v šmyku | 82 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Objemová pružnosť | 170 GPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Poissonova konštanta | 0,29 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Mohsova tvrdosť | 4,0 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Vickersova tvrdosť | 608 MPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Brinellova tvrdosť | 490 MPa | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Registračné číslo CAS | 7439-89-6 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Vybrané izotopy | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Referencie |
Železo (lat. Ferrum) je chemický prvok v Periodickej tabuľke prvkov, ktorý má značku Fe a protónové číslo 26. Železo je pomerne mäkký, striebrosivý kov. Patrí medzi prechodné prvky. Chemicky je pomerne reaktívne, reaguje s kyselinami za uvoľnovania vodíka. Pôsobením vzdušnej vlhkosti a kyslíka sa oxiduje za vzniku zmesi hydratovaných oxidov a hydroxidov železa, nazývaných hrdza. Tento proces je veľký problém pre priemysel, nakoľko železo je jeden z najpoužívanejších kovov. Ako ochrana sa používajú rôzne nátery, pasivácia pôsobením kyseliny fosforečnej (vznik pevnej vrstvičky fosforečnanov), pokovovanie, atď.
Obsah |
[úprava] Zlúčeniny
Najbežnejší oxidačný stupeň zlúčenín železa je +2 a +3. Zo zlúčenín sú to najmä oxid železnatý (FeO), oxid železitý (Fe2O3), a podvojný oxid železnato-železitý (Fe3O4). Používajú sa najmä na výrobu čistého železa.
Železo ako prechodný prvok tvorí množtvo komplexov, v nich vystupuje najčastejšie v koordinačných číslach 4 a 6. Komplexy železa sú pomerne stabilné. Z najznámejších uvedieme hexakyanoželeznatan draselný (žltá krvná soľ) K4[Fe(CN)6], hexakyanoželezitan draselný (červená krvná soľ) K3[Fe(CN)6] - používané v analytickej chémii, a pentakarbonyl železa Fe(CO)5, používaný na laboratórnu prípravu čistého železa.
Ďalšie používané zlúčeniny sú síran železnatý (FeSO4), chlorid železitý (FeCl3).
Je známy aj výskyt oxidačných stupňov +4, +5, +6 (K2FeO4). Dané zlúčeniny sú veľmi silné oxidovadlá.
[úprava] Výskyt
Železo je jedným z najrozšírenejších prvkov v zemskom telese (5 hm. %). Jeho distribúcia však nie je rovnomerná, smerom od povrchu k jadru jeho obsah narastá, samotné jadro je tvorené zliatinou niklu a železa v pomere ~85 % Fe: ~6 % Ni.
V prírode sa železo vyskytuje v rôznych, najčastejšie mafických horninách - bazalt a mineráloch - pyroxény, amfiboly, olivín. Významné sú železné rudy: hematit, limonit, v magnetit, siderit a pyrit, z ktorých sa železo priemyslene vyrába.
Výskyt čistého železa je vzácny (niektoré náleziská v Grónsku a Švédsku). Nachádza sa aj tzv. železných meteoritoch, v podobe zliatin s niklom.
[úprava] Výroba
Železo je ľudstvu známe už od praveku (halštadská a laténska doba), jeho väčšia priemyselná produkcia sa začala až v 18. storočí. Na výrobu sa používajú už vyššie spomenuté rudy (hematit, magnetit, siderit, limonit).
Výroba je založená na redoxných reakciách s oxidom uhoľnatým, resp. uhlíkom v tzv. vysokých peciach. Do vysokej pece sa dávkujú upravené rudy, koks a vápenec, príp. oxid kremičitý. Teplota v peci je okolo 1 800 °C a prebieha tam niekoľko procesov:
- spaľovanie koksu za vzniku oxidu uhličitého, alebo uhoľnatého
- C + O2 → CO2
- 2C + O2 → 2CO
- redukcia železa oxidom uhoľnatým
- 6 CO + 2 Fe2O3 → 4 Fe + 6 CO2
- prípadne uhlíkom
- 3 C + Fe2O3 → 2 Fe + 3 CO
- vznik trosky (ochrana roztaveného železa pred spätnou oxidáciou)
CaO + SiO2 → CaSiO3
Celý proces prebieha nepretržite, do vrchnej časti sa pridáva ruda, koks, troskotvorné prísady a zo spodnej časti sa v pravidelných intervaloch odpúšťa roztavené železo (odpich železa).
Pyrit sa nepoužíva ako surovina na výrobu železa, nakoľko obsahuje síru, ktorá vytvára nežiadúce sulfidy.
[úprava] Použitie
Železo je najpoužívanejší kov v súčasnosti. Surové železo obsahuje rôzne prímesi (najčastejšie uhlík) a nazýva sa liatina. Je pomerne tvrdá, ale krehká, s malými možnostami ďaľšieho spracovania. Používa sa na výrobky, kde nie je požadovaná veľká presnosť opracovania (napr. poklopy, radiátory).
Odstraňovaním uhlíka sa získava oceľ, ktorá je neporovnateľne lepšie spracovateľnejšia, je kujná, ohybná. Prísadami iných kovov (mangán, chróm, vanád, wolfrám, kobalt a i.) sa upravujú rôzne mechanické vlastnosti ocele (pevnosť, tvrdosť, chemická odolnosť a mnoho ďaľších). S oceľou sa stretávame v každodennom živote (doprava, priemysel, stroje, stavebníctvo).
[úprava] Biologický význam
Železo je dôležitý biogénny prvok. Ako centrálny atóm organokovového koplexu hemu, zabudovaného do bielkoviny hemoglobín hrá dôležitú úlohu v organizme teplokrvných živočíchov pri transporte kyslíka z pľúc do buniek.
Hemoglobín je viazaný v červených krvinkách. Kyslík je na hemoglobín viazaný koordinačnou väzbou. Problém nastáva, ak sa do pľúc dostane ligand s väčšou väzbovou energiou (oxid uhoľnatý), ktorý vytlačí kyslík a dochádza k zablokovaniu jeho prenosu.
Hlavným zdrojom železa v potrave sú vnútornosti (pečeň, srdce) a mäso, ale aj strukoviny a listová zelenina. Doporučený denný príjem železa v potrave je 1 mg Fe.
[úprava] Referencie
H | He | ||||||||||||||||||||||||||||||
Li | Be | B | C | N | O | F | Ne | ||||||||||||||||||||||||
Na | Mg | Al | Si | P | S | Cl | Ar | ||||||||||||||||||||||||
K | Ca | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | As | Se | Br | Kr | ||||||||||||||
Rb | Sr | Y | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | Cd | In | Sn | Sb | Te | I | Xe | ||||||||||||||
Cs | Ba | La | Ce | Pr | Nd | Pm | Sm | Eu | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu | Hf | Ta | W | Re | Os | Ir | Pt | Au | Hg | Tl | Pb | Bi | Po | At | Rn |
Fr | Ra | Ac | Th | Pa | U | Np | Pu | Am | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Md | No | Lr | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds | Rg | Uub | Uut | Uuq | Uup | Uuh | Uus | Uuo |
Alkalické kovy | Kovy alk. zemín | Lantanoidy | Aktinoidy | Prechodné prvky | Kovy | Polokovy | Nekovy | Halogény | Vzácne plyny |