Železo

Z Wikipédie

26 mangánželezokobalt
-

Fe

Ru
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
Tlak pary
P(Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
pri T(K) 1728 1890 2091 2346 2679 3132
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
Hlavný článok: Izotopy železa
izotop NA t1/2 ZM ER (MeV) PR
54Fe 5,8% >3,1×1022y 2ε zisk  ? 54Cr
55Fe syn 2,73 y 2ε zisk 0,231 55Mn
56Fe 91,72% Fe je stabilný s 30 neutrónmi
57Fe 2,2% Fe je stabilný s 31 neutrónmi
58Fe 0,28% Fe je stabilný s 32 neutrónmi
59Fe syn 44,503 d β 1,565 59Co
60Fe syn 1,5×106 y β- 3,978 60Co
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.

Halda železnej rudy.
Halda železnej rudy.

[úprava] Výroba

Bližšie informácie v hlavnom článku: surové železo

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

Wikimedia Commons ponúka multimediálny obsah k téme
Železo