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| Eigenschaften
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| Mangan? Eisen ? Kobalt
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Fe Ru
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Periodensystem
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| Allgemein
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| Name, Symbol, Ordnungszahl
| Eisen, Fe, 26
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| Serie | Übergangsmetalle
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| Gruppe, Periode, Block
| 8 (VIIIB), 4, d
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| Aussehen
| metallisch glänzend mit einem gräulichen Farbton
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| Massenanteil an der Erdhülle | 4,7 %
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| Atomar
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| Atommasse | 55,845 g/mol
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| Atomradius(berechnet) | 140 (156) pm
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| Kovalenter Radius | 125 pm
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| van der Waals-Radius | -
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| Elektronenkonfiguration
| [Ar]3d64s2
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| Elektronenpro Energieniveau
| 2, 8, 14, 2
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| Austrittsarbeit | 4,31?4,5 eV
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| 1. Ionisierungsenergie | 762,5 kJ/mol
|
| 2. Ionisierungsenergie | 1561,9 kJ/mol
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| 3. Ionisierungsenergie | 2957 kJ/mol
|
| 4. Ionisierungsenergie | 5290 kJ/mol
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| Physikalisch
|
| Aggregatzustand
| fest
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| Modifikationen | -
|
| Kristallstruktur | kubisch raumzentriert
|
| Dichte(Mohshärte)
| 7874 kg/m3(4,0)
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| Magnetismus | ferromagnetisch
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| Schmelzpunkt | 1808 K(1535 °C)
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| Siedepunkt | 3023 K (2750 °C)
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| Molares Volumen
| 7,09 · 10-6 m3/mol
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| Verdampfungswärme | 349,6 kJ/mol
|
| Schmelzwärme | 13,8 kJ/mol
|
| Dampfdruck
| 7,05 Pabei 1808 K
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Schallgeschwindigkeit Longitudinalwelle: Transversalwelle:
| bei 293,15 K = 20 °C: ~5900 m/s ~3200 m/s
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| Spezifische Wärmekapazität
| 440 J/(kg · K)
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| Elektrische Leitfähigkeit | 9,93 · 106 S/m
|
| Wärmeleitfähigkeit
| 80,2 W/(m · K)
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| Chemisch
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| Oxidationszustände
| 2, 3, 4, 6
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| Oxide(Basizität)
| (amphoter)
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| Normalpotential | -0,447 V(Fe2+ + 2e- → Fe)
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| Elektronegativität | 1,83 (Pauling-Skala)
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| Isotope
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| Isotop
| NH
| t1/2
| ZM
| ZEMeV
| ZP
|
| 52Fe
| {syn.}
| 8,275 h
| ?
| 2,372
| 52Mn
|
| 53Fe
| {syn.}
| 8,51 min
| ?
| 3,743
| 53Mn
|
| 54Fe | 5,8 %
| Fe ist stabilmit 28 Neutronen
|
| 55Fe
| {syn.}
| 2,73 a
| ?
| 0,231
| 55Mn
|
| 56Fe | 91,72 %
| Fe ist stabilmit 30 Neutronen
|
| 57Fe | 2,2 %
| Fe ist stabilmit 31 Neutronen
|
| 58Fe | 0,28 %
| Fe ist stabilmit 32 Neutronen
|
| 59Fe
| {syn.}
| 44,503 d
| ?-
| 1,565
| 59Co
|
| 60Fe
| {syn.}
| 1,5 · 106 a
| ?-
| 3,978
| 60Co
|
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| NMR-Eigenschaften
|
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| 57Fe
|
| Kernspin | 1/2
|
| gamma/rad/T
| 8,643 · 106
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| Empfindlichkeit | 3,37 · 10-5
|
| Larmorfrequenzbei B = 4,7 T
| 6,46 MHz
|
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Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheitenverwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.
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Eisen ist ein chemisches Elementim Periodensystemder Elemente mit Symbol Fe (lat. ferrum, Eisen) und Ordnungszahl 26. Es ist ein Metallder 4. Periode in der 8. Nebengruppe im Periodensystem. Der Name Eisen ist entweder auf das urkeltische Wort isorai oder auf das indogermanische Wort eison (glänzend) zurückzuführen.
Inhaltsverzeichnis
- 1 Eigenschaften
- 2 Isotope
- 3 Verbindungen
- 4 Geschichte
- 4.1 Naher Osten
- 4.2 China
- 4.3 Europa
- 5 Vorkommen
- 6 Gewinnung und Darstellung
- 7 Die größten Roheisenproduzenten
- 8 Verwendung
- 9 Biologische Bedeutung
- 10 Sicherheitshinweise
- 11 Nachweis
- 11.1 Eisennachweise mit Hexacyanoferraten
- 11.2 Eisennachweise mit Thiocyanat
- 12 Siehe auch
- 13 Weblinks
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Eigenschaften
Bild:Fe,26.jpg Elementares Eisen
Das durchschnittliche Eisen-Atomhat etwa die 56-fache Masse eines
Wasserstoff-Atoms. Der Atomkerndes Eisenisotops 56Fe weist einen der größten Massendefekteund damit eine der höchsten Bindungsenergien pro Nukleonaller Atomkerne auf.
Bei Raumtemperatur ist die allotropeModifikation des reinen Eisens das Ferritoder ?-Eisen. Diese Modifikation weist ein kubisch raumzentriertesKristallgitterauf, das unterhalb 911 °C vorliegt. Unterhalb des Curiepunktsbei 760 °C ist das Ferrit ferromagnetisch.
Die Modifikation zwischen 760 °C und 911 °C heißt ?-Eisen. Da sie sich außer in den magnetischen Eigenschaften nicht vom Ferrit ?-Eisen unterscheidet, wird sie gewöhnlich auch als ?-Eisen bezeichnet.
Bis 1392 °C liegt es in der kubisch flächenzentrierten ?-Modifikation oder Austenitvor. Bei weiter steigender Temperatur wandelt das Eisen in ?-Ferrit um, das wieder ein kubisch raumzentriertes Gitter aufweist. Der Schmelzpunkt liegt bei 1539 °C.
Diese Eigenschaft der Umwandlung des Gitters von kubisch-raumzentriert(bis 911 °C) über kubisch-flächenzentriert(bis 1392 °C) zu kubisch-raumzentriert(bis 1539 °C) sowie des anschließenden Zerfalls der Gitterstrukturen nennt man auch die ?Polymorphiedes Eisens?.
Eisen ist beständig an trockener Luft, in trockenem Chlor sowie in konzentrierter Schwefelsäure, konzentrierter Salpetersäure und basischen Agenzien (außer heißer Natronlauge) mit einem pH-Wert größer als 9.
Eisen als Mineral
Sehr selten kann Eisen auch gediegenauftreten. Das Mineralkristallisiert dann im kubischen Kristallsystem, hat eine Härtevon 4,5 und eine stahlgraue bis schwarze Farbe. Auch die Strichfarbe ist grau.
Wegen der Reaktion mit Wasserund Sauerstoffist gediegenes Eisen nicht stabil. Es tritt daher in Legierungmit Nickelnur in Eisenmeteoritenauf, sowie in Basalten, in denen es manchmal zu einer Reduktionvon eisenhaltigen Mineralen kommt.
Letztere findet man dagegen vergleichsweise häufig, wichtige Beispiele sind Magneteisenstein(Fe3O4), Roteisenstein(Fe2O3), Brauneisenstein
(Fe2O3·n H2O), Siderit(FeCO3), Magnetkies
(FeS) und Pyrit(FeS2)
Isotope
Eisen hat vier natürlich vorkommende, stabile Isotope, mit den relativen
Häufigkeiten: 54Fe (5,8 %), 56Fe (91,7 %),
57Fe (2,2 %) und 58Fe (0,3 %). Das Isotop 60Fe hat eine Halbwertszeitvon 1,5 Millionen Jahren. Die Existenz von 60Fe zu Beginn der Entstehung des Planetensystems konnte durch den Nachweis einer Korrelation zwischen den Häufigkeiten von 60Ni, dem Zerfallsprodukt von 60Fe, und den Häufigkeiten der stabilen Fe-Isotope in einigen Phasen mancher Meteoriten(beispielsweise in den Meteoriten Semarkona und Chervony Kut) nachgewiesen werden.
Möglicherweise spielte die freigesetzte Energie beim radioaktiven Zerfall von 60Fe, neben der atomaren Zerfallsenergie des ebenfalls vorhandenen radioaktiven 26Al, eine Rolle beim Aufschmelzen und der Differenzierung der Asteroidendirekt nach ihrer Bildung vor etwa 4,6 Milliarden Jahren.
Heute ist alles damals ursprünglich vorhanden gewesene 60Fe vollständig in 60Ni zerfallen. Die Verteilung von Nickel- und Eisenisotopen in Meteoriten erlaubt es, die Isotopen- und Elementehäufigkeit bei der Bildung des Sonnensystemszu messen und die vor und während der Bildung des Sonnensystems vorherrschenden Bedingungen zu erschließen.
Nur das Eisenisotop 57Fe besitzt einen Kernspinund findet darum
Anwendung in der Chemie und Biochemie.
Verbindungen
Oxidationsstufen
- Fe2+, diese Salze sind zumeist blassgrün,
- Fe3+, diese Salze sind zumeist intensiv orange. Ihre Farbigkeit in wässriger Lösung ist durch die Bildung von Aqua-Komplexen (Komplexchemie) zu erklären [Fe(H2O)6]3+, die je nach pH-Wert Wasser-Liganden gegen OH--Liganden austauschen. Durch die Wasserliganden erhält man eine Ligandenfeldaufspaltung, mit den Hydroxidioneneinen Chargetransfer (Charge-Transfer-Komplexe).
- Fe4+, kommt in den Katalysezyklen einiger Enzyme vor (zum Beispiel als CytochromP450, Peroxidasen),
- Fe6+, ist selten (beispielsweise K2FeO4).
Oxide
Eisen bildet zweiwertige und dreiwertige Oxide.
Eisen(III)oxid
Eisen(III)oxid(Fe2O3) ist eine braune Substanz und das Endprodukt des Verrostens. Es entsteht durch langsame Oxidation von Eisen in Gegenwart von Wasser.
Eisen(II)oxid
Eisen(II)oxid (FeO) entsteht beim direkten Verbrennen von Eisen, z. B. mit dem Schneidbrenner.
Es ist schwarz und bei Umgebungstemperatur nicht stabil.
Eisen(II,III)oxid
Eisen(II,III)oxid(Fe3O4) entsteht durch Umwandlung von FeO .
Da diese Oxide keine feste Schutzschicht bilden, oxidiert ein der Atmosphäre ausgesetzter Eisenkörper vollständig. Wenn er vor dem endgültigen Verrosten eingesammelt und dem Recycling zugeführt wird, ist das verrostete Eisen (Stahl) bei der Stahlproduktion im Elektro-Schmelzofen ein begehrter und wertvoller Sauerstoffträger, ohne den die Stahlindustrie nicht auskommen könnte. Dieser Sauerstoff im Eisenschrott wirkt beim ?Stahlkochen? als Oxidationsmittel, um ungewünschte qualitätsmindernde Beimengungen (z. B. Leichtmetalle) zu oxydieren (verbrennen).
Einzelne Eisenverbindungen:
- Fe3C, Eisencarbid,
- Fe(CO)5, Eisencarbonyl, Eisenpentacarbonyl, IPC (I für iron), entsteht unter Druck aus Eisen und Kohlenmonoxidund bildet nach seiner Zersetzung neben Kohlenmonoxid ein besonders reines Eisenpulver, das Carbonyleisen. Eine weitere Variante von Eisencarbonyl ist Fe2(CO)9.
- Fe(SCN)3, Eisen(III)-thiocyanat, Eisenrhodanid, hat eine sehr ergiebige blutrote Färbung, dient zum Nachweis von Fe3+-Ionen.
Geschichte
Naher Osten
Der älteste menschliche Gebrauch von Eisen stammt aus Sumerund Ägypten, etwa 4000 v. Chr. Es handelte sich um gediegenes Eisen von Meteoriten, und wurde zur Dekoration oder als Speerspitze benutzt. Es wurde nicht durch Schmelzen oder Schmieden, sondern durch Methoden der Steinbearbeitung (Steinzeit) bearbeitet.
Zwischen 3000 und 2000 v. Chr. findet man verhüttetes Eisen (vom Meteoriteisen durch die Abwesenheit von Nickel unterscheidbar) in Mesopotamien, Anatolienund Ägypten. Es scheint nur zeremoniell genutzt worden zu sein und war wertvoller als Gold. Möglicherweise entstand es in Form von Schwammeisen als Nebenprodukt der Bronzeherstellung.
Zwischen 1600 und 1200 v. Chr. wurde Eisen verstärkt genutzt; es löste Bronze allerdings noch nicht ab. Ab 1200 v. Chr. fand im Nahen Osten der Übergang von der Bronzezeitzur Eisenzeitstatt. Es wird vermutet, dass nicht die Materialüberlegenheit des Eisens, sondern ein Mangel an Zinn(zur Bronzeherstellung notwendig) den Übergang auslöste.
Beim ersten eisenzeitlichen Verhüttungsschritt entstand Schwammeisen. Durch den Gebrauch von Holzkohlebei der Weiterverarbeitung wurde dem Eisen Kohlenstoff zugeführt, mit dem Endresultat eines (zumindest oberflächlichen) Stahls. Durch Härten(das heißt abruptes Abkühlen, im Allgemeinen in einer Flüssigkeit wie Wasser oder Öl) entstanden Werkstücke mit einer bis dahin nicht gekannten Elastizität und Härte, die der Bronze weit überlegen war.
China
Auch in China wurden die ersten Erfahrungen mit Eisen an Meteoriteneisen gewonnen. Erste archäologische Spuren von Schmiedeeisen finden sich im Nordwesten, nahe Xinjiang, aus dem 8. vorchristlichen Jahrhundert. Man vermutet, dass diese Produkte, die mit den Methoden des Nahen Ostens erstellt wurden, durch Handel nach China gelangt sind.
Etwa 550 v. Chr., in der späteren Zhou-Dynastie (1122 bis 256 v. Chr.), fand mit der Entwicklung des Hochofens ein entscheidender technischer Durchbruch statt: die Produktion von Gusseisen wurde möglich.
Europa
Neben seiner herausragenden Bedeutung als Werkstoff wurde Eisen in der Alchemie
verwendet, wo es mit dem Zeichen für Mars/Männlichkeit ?assoziiert wurde.
Da europäische Verarbeitungstechniken nur Temperaturen von knapp 1.300 °C erreichten, fand die Entwicklung von Gusseisenerst im 15. Jahrhundertin Schweden(Lapphyttanund Vinarhyttan) statt. Mit der gegossenen Kanonenkugel verbreitete sich die Gusseisenverarbeitung schnell wie die Feldzüge über ganz Europa.
Als die schwindenden Wälder den wachsenden Holzkohlebedarf zur Eisengewinnung in Großbritanniennicht mehr decken konnten, wurde Kohle(genauer das Kohleprodukt Koks) von Abraham Darby IIals Alternative entwickelt. Diese Umstellung, zusammen mit der Erfindung der Dampfmaschine, gilt als Beginn der industriellen Revolution.
Vorkommen
Eisen ist zusammen mit Nickel vermutlich der Hauptbestandteil des Erdkerns. Angetrieben von thermischen Kräften, erzeugen Konvektionsströmungen von flüssigem Eisen im äußeren Kern das Erdmagnetfeld.
Mit einem Anteil von fünf Prozent ist Eisen aber auch eines der häufigsten Elemente der
Erdkruste. Die ersten Vorkommen, die abgebaut wurden, waren Raseneisenerzund offenliegende Erze. Heute wird vor allem 40-prozentiges Magneteisenerz abgebaut. Das wichtigste Mineral zur Eisengewinnung ist Hämatit, welches größtenteils aus Fe2O3 besteht.
Eisen ist das zehnthäufigste Element im Universum. Die Fusionvon Elementen in Sternenendet beim Eisen, da bei der Fusion von höheren Elementen keine Energie mehr frei wird, sondern Energie verbraucht wird. Schwerere Elemente entstehen bei Supernovaexplosionen, die auch für das Verstreuen der im Stern entstandenen Materie verantwortlich sind.
Gewinnung und Darstellung
Bild:Philipp Jakob Loutherbourg d. J. 002.jpg Eisenproduktion in Coalbrookdale, wo Abraham Darby I1709 als erster Eisen unter Verwendung von Koks gewonnen hat (Gemälde von Philippe-Jacques de Loutherbourg, 1801)
Eisenerz wird im Tagebauund Tiefbau(Untertagebau) gewonnen. Dort, wo die als abbauwürdig erkannten Eisenerzlagerstätten offen zutage treten, kann das Erz im weniger aufwändigen Tagebau gewonnen werden. Heute wird Eisenerz hauptsächlich in Südamerika, bes. Brasilien, im Westen Australiens, in der Volksrepublik China, in Ost-Europa (beispielsweise Ukraine)(Krivoi Rog, ist der Name des Erzes) und Kanadaauf diese Weise abgebaut.
Diese Länder verdrängten in den letzten Jahren die ursprünglich bedeutendsten Eisenerz-Förderländer wie Frankreich, Schwedenoder auch Deutschlandselbst, dessen letzte Eisenerzgrube in der Oberpfalz 1987 geschlossen wurde.
Allerdings stellt der relativ leichte Abbau auch ein großes Problem dar: Der Export von Rohstoffen ist nach wie vor die Haupteinnahmequelle vieler ärmerer Staaten. Entsprechend hemmungslos stürzen sich viele der hochverschuldeten Entwicklungsländerauf diese Ressourcen, meist auf Kosten von Mensch und Umwelt.
Riesige Erz-Abbaugebiete wie die Ok Tedi-Minein Papua-Neuguineazerstören nicht nur den Regenwald auf ihrem eigentlichen Gebiet, sondern in weitem Umkreis die ganze Landschaft. Denn hochgiftige Abwässer und Schlämme kippen die Minenbetreiber einfach in die Gegend, von wo sich das Gift durch die Flüsse verteilt ? so dass stromabwärts am Ok Tedider für die Bevölkerung traditionelle Fischverzehr zur Gesundheitsgefahr wurde.
Nur selten gelangt das Eisenerz vom Bergwerk kommend, unmittelbar zu den Lagerplätzen der Hütten. Meist müssen erst weite Transportwege auf dem Landweg und auf dem Seeweg, mit mehrfachem Umladen, zurückgelegt werden.
Vor der weiteren Verarbeitung wird das Erz schließlich zerkleinert und gemahlen. Danach werden die Erzkörner nach ihrer Größe sortiert und gesintert. Das heißt, es werden kleine Erzkörner gemeinsam mit Kalkzuschlagsstoffen auf mit Gas unterfeuerten motorisch angetriebenen Wanderrosten (Rost-Förderband) aufgelegt und durch starke Erhitzung ?zusammengebacken?, denn nur in dieser Form als gesinterte grobe Brocken ist der Einsatz im Hochofen möglich, da das feine Erz die Luftzufuhr (Wind) sehr beeinträchtigen, bzw. verhindern würde.
Hochofenprozess
Das Eisen wird durch chemische Reduktion mit Kohlenstoff im Hochofengewonnen. Dabei wird es etwa 2.000 °C heiß.Als erstes wird Koks in den Hochofen zugegeben, wo es mit dem Sauerstoffder Einblasluft zu Kohlenmonoxidreagiert. Das Kohlenmonoxid reagiert mit dem Eisenoxid.
Von der hohen Reaktionstemperatur und der Schmelzpunktsenkung wurde das entstehende Eisen durch die Aufnahme von Kohlenstoff flüssig.
Jedoch enthält es noch Verunreinigungen in Form von Siliziumdioxid.
Durch die Zugabe von Kalksteinwird das Siliziumdioxid als Schlacke abgesondert. Ein erster Reaktionsschritt wandelt den Kalk in Calciummonoxidum. Daraufhin reagiert das Calciummonoxid mit dem Siliziumdioxid. Die entstehende Schlacke wurde früher als Dünger gebraucht, heute findet sie im Tiefbau Verwendung.
Die größten Roheisenproduzenten
Weltweit wurden im Jahre 2000 etwa 1.000 Megatonnen Eisenerzabgebaut, mit einem Wert von etwa 25 Mrd. Euro. Die bedeutendsten Eisenerzlieferanten sind Brasilien, Australien, die Volksrepublik China, Russlandund Indien. Zusammen liefern sie etwa 70 % des Weltbedarfs. Aus den 1.000 Mt Erz wurden etwa 572 Mt Eisen gewonnen. Zusätzlich wird aus Schrott noch neues Eisen gewonnen.
Das bei weitem bedeutendste Herstellerland für Roheisenist China, gefolgt von Japanund der Russischen Föderation. In Europasind die drei wichtigsten Produzenten Deutschland, Frankreichund Italien.
Die größten Roheisenproduzenten weltweit (2003) Quelle: HandelsblattDie Welt in Zahlen (2005)
| Rang
| Land
| Produktion (in Mio. t)
| Rang
| Land
| Produktion (in Mio. t)
|
| 1 | China | 202,3 | 10 | Frankreich | 13
|
| 2 | Japan | 82,1 | 11 | Taiwan | 10,3
|
| 3 | Russische Föd. | 48,3 | 12 | Italien | 10,1
|
| 4 | USA | 39,1 | 13 | Großbritannien | 10,1
|
| 5 | Brasilien | 32 | 14 | Kanada | 8,5
|
| 6 | Ukraine | 29,6 | 15 | Belgien | 7,8
|
| 7 | Deutschland | 29,5 | 16 | Südafrika | 6,2
|
| 8 | Südkorea | 27,3 | 17 | Australien | 6,1
|
| 9 | Indien | 26,1 | 18 | Niederlande | 5,8
|
Weitere Tabellen zu Produktionsdaten findet man hier:
- Industrie - die größten Produzenten von: Aluminium, Dünger, Kunstfasern, Papier, Stahl, Zement
- Bergbau - die Hauptfördernationen von: Bauxit, Blei, Eisenerz, Diamanten, Gold, Kupfer, Platin, Silber, Zink, Zinn
Verwendung
Bild:Iron Bridge.JPG Brücke über den Severn
Technisch ist Eisen für die Herstellung von Stahlsehr bedeutsam. Stähle sind Legierungendes Eisens, die beim Vermischen (legieren) mit anderen Metallen und auch Nichtmetallen (insbesondere Kohlenstoff) entstehen. Eisen ist mit 95 Prozent Gewichtsanteil an genutzten Metallen, das weltweit meistverwendete. Der Grund dafür liegt in seiner weiten Verfügbarkeit, welches es recht preiswert macht, sowie in der erreichten hervorragenden Festigkeit und Zähigkeit beim Eingehen von Legierungen mit anderen Metallen (z. B. Chrom, Molybdän, Nickel usw., die es für viele Bereiche in der Technik zu einem Spezialwerkstoff macht. Bei der Herstellung von Autos, Schiffenund im Hochhausbau (Stahlbeton) eingesetzt, neuerdings für Karosserieteile in besonders innovativer verschweißter Kombination mit Alublech, entwickelt in Österreich bei VA Stahl Linz mit Fa. Fronius Schweißtechnik, Wels, in den Jahren 2001-2003, um Energie beim Betrieb von Autos durch Gewichtsverringerung einzusparen und zugleich den Fahrzeugschwerpunkt tiefer zu legen. Damit wird der bisher klassische Werkstoff für Autos zunehmend unter ?Gewichtsdruck? geraten und vielleicht zukünftig nur mehr in Kombination mit spezifisch leichteren Metallen konkurrenzfähig sein.
Eisen ist eines jener drei ferromagnetischen Metalle (Kobaltund Nickelsind die übrigen), die mit ihrer Eigenschaft den großtechnischen Einsatz des Elektromagnetismus in Generatoren, Transformatorenund Elektromotorenermöglichen.
Reines Eisenpulver wird nur in der Chemie verwendet. Industriell sind verschiedene Stähle verbreitet, in Deutschland ca. 7.500 Sorten genormt. Eisen wird in den nachfolgend angeführten Formen genutzt:
- Roheisenenthält vier bis fünf Prozent Kohlenstoff, sowie unterschiedliche Anteile an Schwefel, Phosphorund Silizium. Es ist ein Zwischenprodukt in der Herstellung von Gusseisen und Stahl.
- Gusseisenenthält 2,06?6,67 % Kohlenstoff und weitere Legierungselemente, wie beispielsweise Siliziumund Mangan. In Abhängigkeit von der Abkühlgeschwindigkeit liegt der Kohlenstoff im Gusseisen als Karbidoder elementar als Graphitvor. In Anlehnung an das Aussehen der Bruchflächen spricht man im ersteren Fall von weißem und im zweiten Fall von grauem Gusseisen. Gusseisen ist sehr hart und spröde. Es lässt sich gewöhnlich nicht plastisch verformen.
- Stahlenthält zwischen 0,06 % und 2,06 % Kohlenstoff. Im Gegensatz zu Gusseisen ist er plastisch umformbar. Durch Legieren, sowie durch eine geeignete Kombination von thermischer Behandlung und plastischer Formung können die mechanischen Eigenschaften des Stahls in weiten Grenzen variiert werden.
- Bei Stählen mit einem Kohlenstoffgehalt bis 0,8 % spricht man von Baustahl, bei über 0,8 % von Werkzeugstahl.
In der Medizin werden eisenhaltige Präparate als Antianämikaeingesetzt, kausal in der Behandlung von Eisenmangelanämienund additiv in der Behandlung von Anämien, hervorgerufen von anderen Ursachen.
Biologische Bedeutung
Eisen ist ein essentielles Spurenelementfür fast alle Lebewesen, vor allem für die Blutbildung. Als Zentralatom im Hämoglobinund Myoglobinist es bei vielen Tieren und beim Menschen für Sauerstofftransport und -speicherung verantwortlich. In diesen Proteinenist es von einem planaren Porphyrinringumgeben. Weiter ist Eisen Bestandteil von Eisen-Schwefel-Komplexen (Iron-Sulphur-Cluster) in vielen Enzymen, beispielsweise Nitrogenasenund Hydrogenasen. Als dritte wichtige Klasse der Eisenenzyme sind die so genannten Nicht-Häm-Eisenenzymezu nennen, beispielsweise die Methan-Monooxygenase, Ribonukleotid-Reduktaseund das Hämerythrin. Diese Proteine nehmen in verschiedenen Organismen Aufgaben der Sauerstoffaktivierung, Sauerstofftransport, Redoxreaktionenund Hydrolysenwahr. Ebenso wichtig ist dreiwertiges Eisen als Zentralion im Enzym Katalase, das in den Peroxisomender Zellen das im Stoffwechsel entstehende Zellgift Wasserstoffperoxid abbaut.
Infizierende Bakterien nutzen oft Eisen, so dass ein Abwehrmechanismus des Körpers das ?Verbergen? von Eisen ist.
Vor allem Frauen leiden häufig an Eisenmangel, der Grund dafür liegt auf der Hand. An jedem Tag der Menstruationverliert der Körper ca. 15 Milligramm, bei der Geburt eines Kindes ca. 1000 Milligramm Eisen. Der Tagesbedarf eines erwachsenen Menschen beträgt etwa 20 Milligramm Eisen, durch die gleichzeitige Einnahme von Vitamin C wird die Resorptionsquotedeutlich erhöht. Besonders reichhaltig ist Eisen in Fleisch, Leber, Hülsenfrüchte und Vollkornbrot enthalten.
Sicherheitshinweise
Obwohl Eisen ein wichtiges Spurenelement für den Menschen ist, kann zu viel Eisen im Körper giftig sein. Zu große Mengen an Fe2+-Ionen reagieren mit Peroxiden, wobei freie Radikale entstehen. Im Normalzustand werden letztere durch körpereigene Prozesse kontrolliert.
Etwa ein Gramm Eisen verursacht bei einem zweijährigen Kind ernste Vergiftungserscheinungen, drei Gramm können bereits tödlich sein. Lang andauernde Überversorgung mit Eisen führt zur Hämochromatose, einer Eisenspeicherkrankheit. Das Eisen reichert sich in der Leberan und führt dort zu Siderose(Ablagerung von Eisensalzen) und Organschäden. Daher sind Eisenpräparate nur bei Eisenmangel zu empfehlen. Allerdings nimmt der Körper bei Eisenüberversorgung dieses nicht mehr aus der Nahrung auf.
Nachweis
Bei der Nachweisreaktionfür Eisen werden zunächst die beiden Kationen unterschieden: und .
Eisennachweise mit Hexacyanoferraten
Bild:Kaliumhexacyanoferrat(II).JPG Kaliumhexacyanoferrat(II)
Die -Ionen lassen sich mit rotem Blutlaugensalznachweisen:
Das Produkt trägt den Namen Turnbulls Blau- Es läuft keine Komplexbildungsreaktionab, sondern lediglich ein Ionenaustausch (Fällungsreaktion).
-Ionen lassen sich mit gelbem Blutlaugensalznachweisen:
Bei dieser Nachweisreaktion entsteht Berliner Blau, ein wichtiger Farbstoff.
Die Fe2+- beziehungsweise Fe3+-Ionen können also als lösliches, beziehungsweise unlösliches Berliner- /Turnbulls Blaumit Hilfe von Kaliumhexacyanoferrat-(II/III) (bei 2+ III benutzen und bei 3+ II benutzen) nachgewiesen werden.
Es ist bemerkenswert, dass dieses bekannte Eisennachweisreagenz selbst Eisen enthält, welches durch die Cyanidionen chemisch gut maskiert wird (Innerorbitalkomplex) und somit Grenzen der Analytik aufzeigt.
Eisennachweise mit Thiocyanat
Alternativ kann man Eisen-III-salze durch Zugabe von Kalium- oder Ammoniumthiocyanatlösung ("Rhodanid") nachweisen (KSCN). Diese reagiert mit Eisen-III-Kationen zu Eisen-III-thiocyanat:
Es bildet sich das tiefrote Fe(SCN)3, welches in Lösung bleibt.
Allerdings stören einige Begleitionen diesen Nachweis (z. B. Co2+, Mo3+, Hg2+, Überschuss an Mineralsäuren), so dass u.U. ein Kationentrenngangdurchgeführt werden muss.
Siehe auch
- Liste der größten Roheisenerzeuger
- Eisen-Stoffwechsel? Bedeutung des Eisens im Organismus eines Lebewesens
- Elektrowerk? Herstellung von seltenen Legierungen wie Ferro-Chrom und Ferro-Molybdän
- Rost (Korrosion)
- Atomium? Das Wahrzeichen Brüssels, das einen Ausschnitt aus einem Eisen-Kristallgitter darstellt.
- Gusseisen
Weblinks
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| Commons: {{{2|Iron}}} ? Bilder, Videos oder Audiodateien
|
Bild:Wiktionary-ico-de.png
| Wiktionary: {{{2|Eisen}}} ? Wortherkunft, Synonyme und Übersetzungen
|
- Eisengewinnung im Hochofen
- die-roemer-online.deEisenherstellung in der Römerzeit
- Eisengewinnung in vorgeschichtlicher ZeitLandschaftsmuseum Obermain
- Nachhaltige Eisengewinnung früher, mit Lehmofen und RaseneisenerzEisenherstellung vom WDRaf:Yster
ar:????
bg:??????
ca:Ferro
cs:?elezo
cy:Haearn
da:Jern
en:Iron
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es:Hierro
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fi:Rauta
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nl:IJzer (element)
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