Železo

Tlak pary
Železo
26	mangán ← železo → kobalt
Vzhľad
	striebrolesklý kov so sivým nádychom
	; Emisné spektrum
Všeobecné
Názov (lat.), značka, protónové číslo	železo (ferrum), Fe, 26
Umiestnenie v PSP	8. skupina, 4. perióda, blok 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
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)
Commons ponúka multimediálny obsah na tému železo.
	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 nežiaduce 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. Odporúčaná denná dávka je u dospelých ľudí 10 – 15 mg, u tehotných žien 30 – 40 mg a u detí 8 – 15 mg.