Železo

Hlavný článok: Izotopy železa
izotop	NA	t_1/2	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.

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.

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 minerály železných rúd, z ktorých sa železo priemyslene vyrába sú: hematit, limonit, v magnetit, siderit^[2]. 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

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

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 možnostami 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

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.

Referencie

↑ http://www.webelements.com/webelements/elements/text/Fe/xtal.html
↑ Rojkovič, I., Lintnerová, O., Uhlík, P., Kraus, I., 2006: Nerastné suroviny. Univerzita Komenského, Bratislava, 179 s.