Otvoriť hlavné menu

Železo

chemický prvok s protónovým číslom 26

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 uvoľňovania 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.

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.

Obsah

ZlúčeninyUpraviť

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.

VýskytUpraviť

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.

VýrobaUpraviť

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

Železo je ľudstvu známe už od staroveku (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.

PoužitieUpraviť

Železo je najpoužívanejší kov. 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 významUpraviť

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.

ReferencieUpraviť

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

Iné projektyUpraviť