Železo

z Wikipédie, slobodnej encyklopédie
Prejsť na: navigácia, hľadanie
Železo
26 mangán ← železo → kobalt
 

Fe

Ru
Fe
Vzhľad
striebrolesklý kov so sivým nádychom
železo
Emisné spektrá
Emisné spektrum
Všeobecné
Názov (lat.), značka, protónové číslo železo (ferrum), Fe, 26
Umiestnenie v PSP 8. skupina4. periódablok d
Séria prechodné prvky, kovy
Atómové vlastnosti
Atómová hmotnosť 55,845 g·mol−1
Elektrónová konfigurácia [Ar] 3d6 4s2
Atómový polomer 126 pm
Kovalentný polomer 132 pm
Kovový polomer 126 pm
Iónový polomer
pre: Fe2+
74 pm
Chemické vlastnosti
Elektronegativita 1,83 (podľa Paulinga)
Ionizačná energia(e) 1: 762,5 kJ.mol−1
2: 1 561,9 kJ.mol−1
3: 2 957 kJ.mol−1
4: 5 680 kJ.mol−1
Oxidačné číslo(a) II, III, IV, VI
Št. potenciál
(Fe2+/Fe)
-0,440 V
Fyzikálne vlastnosti (za norm. podmienok)
Skupenstvo pevné
Hustota 7,874 kg·dm−3
Hustota kvapaliny
(pri 1 811 K)
6,98 kg·dm−3
Teplota topenia 1 811 K (1 537,85 °C)
Teplota varu 3 134 K (2 860,85 °C)
Sk. teplo topenia 13,81 kJ·mol−1
Sk. teplo varu 340 kJ·mol−1
Tepelná kapacita 25,10 J·mol−1·K−1
Tlak pary
p(Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
pri T(K) 1 728 1 890 2 091 2 346 2 679 3 132
Iné
Kryštálová sústava kubická, priestorovo centrovaná
Magnetizmus feromagnetický
Elektrický odpor 96,1 nΩ·m
Tep. vodivosť 80,4 W·m−1·K−1
Tep. rožťažnosť 11,8 µm·m−1·K−1
Rýchl. zvuku 5 120 m·s−1
Youngov modul 211 GPa
Pružnosť v šmyku 82 GPa
Objemová pružnosť 170 GPa
Poissonovo č. 0,29
Tvrdosť (Mohs) 4
Tvrdosť (Brinell) 490 MPa
Reg. číslo CAS 7439-89-6
Izotop(y) (vybrané)
Izotop Výskyt t1/2 Rr Er (MeV) Pr
Radioactive.svg 54Fe 5,8 % 3,1x1022 r. 2xε 54Cr
Radioactive.svg 55Fe synt. 2,73 r. ε 0,231 55Mn
56Fe 91,72 % stabilný s 30 neutrónmi
57Fe 2,20 % stabilný s 31 neutrónmi
58Fe 0,28 % stabilný s 32 neutrónmi
Radioactive.svg 59Fe synt. 44,603 d. β- 1,565 59Co
Radioactive.svg 60Fe synt. 2,6x106 r. β- 3,978 60Co
Commons-logo.svg
 Commons ponúka multimediálny obsah na tému železo.
Pozri aj chemický portál

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.

Zlúčeniny[upraviť | upraviť zdroj]

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.

Výskyt[upraviť | upraviť zdroj]

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 minerály železných rúd, z ktorých sa železo priemyselne vyrába sú: hematit, limonit, v magnetit, siderit[1]. Mnohé iné minerály obsahujú tiež železo, no jeho extrakcia z nich nie je rentabilná resp. energeticky veľmi náročná, napr. pyrit. Svetovo najvýznamnejšími ložiskami železných rúd sú takzvané páskované železné formácie.

Výskyt čistého železa je vzácny (niektoré náleziská v Grónsku a Švédsku). Nachádza sa aj tzv. železných meteoritoch, v podobe zliatin s niklom.

Výroba[upraviť | upraviť zdroj]

Bližšie informácie v hlavnom článku: surové železo
Halda železnej rudy.

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
3 CO + Fe2O3 → 2 Fe + 3 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.

Použitie[upraviť | upraviť zdroj]

Železo je najpoužívanejší kov v súčasnosti. Surové železo obsahuje okrem uhlíka aj rôzne prímesi, preto nemá vhodné vlastnosti na priame použitie. Jeho úpravou sa vyrábajú rôzne druhy liatin. Liatina je pomerne tvrdá, ale krehká, s malými možnosťami ďalšieho spracovania. Má však veľmi dobré lejacie vlastnosti. Preto sa používa na výrobky, kde nie je požadovaná veľká presnosť opracovania a ktoré je možné vyrobiť odlievaním (napr. poklopy, radiátory). Existujú však aj typy liatin s upravenými vlastnosťami.

Odstraňovaním uhlíka zo surového železa sa získava oceľ, ktorá je neporovnateľne lepšie spracovateľná, 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 ďalších). S oceľou sa stretávame v každodennom živote (doprava, priemysel, stroje, stavebníctvo).

Viac informácií o použítí železa nájdete v kategóriách Liatiny a Oceľ

Biologický význam[upraviť | upraviť zdroj]

Železo je dôležitý biogénny prvok. Ako centrálny atóm organokovového komplexu 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. Doporučená denná dávka je u dospelých ľudí 10-15mg, u tehotných žien 30-40 mg a u detí 8-15 mg.

Referencie[upraviť | upraviť zdroj]

  1. Rojkovič, I., Lintnerová, O., Uhlík, P., Kraus, I., 2006: Nerastné suroviny. Univerzita Komenského, Bratislava, 179 s.

Iné projekty[upraviť | upraviť zdroj]