Żelazo

Żelazo
mangan ← żelazo → kobalt
– ↑ Fe ↓ ruten 26 Fe
Wygląd
srebrzystobiały
Widmo emisyjne żelaza
Ogólne informacje
Nazwa, symbol, l.a.	żelazo, Fe, 26 (łac. ferrum)
Grupa, okres, blok	8, 4, d
Stopień utlenienia	2, 3, 4, 6
Właściwości metaliczne	metal przejściowy
Właściwości tlenków	amfoteryczne
Masa atomowa	55,845 u
Stan skupienia	stały
Gęstość	7874 kg/m³
Temperatura topnienia	1538 °C
Temperatura wrzenia	2861 °C
Numer CAS	7439-89-6
PubChem	23925
Właściwości atomowe Promień • atomowy • walencyjny 140 (obl. 156) pm 125 pm Konfiguracja elektronowa [Ar]3d64s2 Zapełnienie powłok 2, 8, 14, 2 Elektroujemność • w skali Paulinga • w skali Allreda 1,83 1,64 Potencjały jonizacyjne I 762,5 kJ/mol II 1561,9 kJ/mol III 2957 kJ/mol
Właściwości fizyczne Ciepło parowania 349,6 kJ/mol Ciepło topnienia 13,8 kJ/mol Ciśnienie pary nasyconej 7,05 Pa (1808 K) Konduktywność 9,93×106 S/m Ciepło właściwe 440 J/(kg·K) Przewodność cieplna 80,2 W/(m·K) Układ krystalograficzny regularny przestrzennie centrowany Twardość • w skali Mohsa 4 Prędkość dźwięku 4910 m/s (293,15 K) Objętość molowa 7,09×10−6 m³/mol
Najbardziej stabilne izotopy izotop wyst. o.p.r. s.r. e.r. MeV p.r. 54Fe 5,8% stabilny izotop z 28 neutronami 55Fe {syn.} 2,73 roku w.e. 0,231 55Mn 56Fe 91,72% stabilny izotop z 30 neutronami 57Fe 2,2% stabilny izotop z 31 neutronami 58Fe 0,28% stabilny izotop z 32 neutronami 59Fe {syn.} 44,503 dnia β− 1,565 59Co 60Fe {syn.} 2,62×106 lat β− 3,978 60Co
Niebezpieczeństwa MSDS Zewnętrzne dane MSDS Zagrożenia (GHS) wg MSDS Brak piktogramu Substancja nie jest klasyfikowana jako niebezpieczna wg kryteriów systemu GHS. Zwroty H brak zwrotów H Zwroty EUH brak zwrotów EUH Zwroty P brak zwrotów P Zagrożenia (UE) wg MSDS Brak piktogramu Substancja nie jest klasyfikowana jako niebezpieczna wg europejskich kryteriów. Zwroty R brak zwrotów R Zwroty S brak zwrotów S NFPA 704 0 0 0
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą warunków normalnych (0 °C, 1013,25 hPa)
Multimedia w Wikimedia Commons
Hasło żelazo w Wikisłowniku

Żelazo (Fe, łac. ferrum) – metal z VIII grupy pobocznej o dużym znaczeniu gospodarczym, znane od czasów starożytnych.

Posiada 25 izotopów z przedziału mas 45–69. Trwałe są izotopy 54, 56, 57 i 58. Najwięcej jest izotopu 56 (92%).

Właściwości chemiczne i fizyczne

Czyste żelazo jest lśniącym, srebrzystym, dość twardym i stosunkowo trudnotopliwym metalem, który ulega pasywacji. Domieszka krzemu bądź węgla, związana z procesem otrzymywania metalu z rud żelaza, zwiększa głębokość i szybkość korozji. Od wieków jest stosowane w formie stopów z węglem zwanym żeliwem i stalą oraz stopów z manganem, chromem, molibdenem, wanadem i wieloma innymi (są to tzw. stale stopowe).

Odmiany alotropowe

W literaturze żelazu przypisuje się różną liczbę odmian alotropowych:

Dwie odmiany alotropowe:

• żelazo α występujące w dwóch odmianach:
  • niskotemperaturowej α – trwałej do temperatury 912 °C; sieć krystaliczna: układ regularny przestrzennie centrowany (bcc) typu A2 (komórka elementarna 2,86 Å); do temperatury 770 °C jest ferromagnetykiem, powyżej zaś jest paramagnetykiem
  • wysokotemperaturowej α(δ), odpowiadającej żelazu δ poniżej – trwałej od 1394 °C do 1538 °C; sieć krystaliczna: układ regularny przestrzennie centrowany bcc typu A2 (2,93 Å)
• żelazo γ – trwałe w zakresie 912–1394 °C, sieć krystaliczna: układ regularny ściennie centrowany (fcc) typu A1 (3,65 Å)

Cztery odmiany alotropowe:

• żelazo α – trwałe do temperatury Curie (768 °C), ferromagnetyk, sieć krystaliczna: układ regularny wewnętrznie centrowany (bcc) typu A2 (komórka elementarna 2,86 Å)
• żelazo β – trwałe w zakresie 768–910 °C, paramagnetyk, sieć krystaliczna: bcc typu A2 (2,90 Å)
• żelazo γ – trwałe w zakresie 910–1 400 °C, sieć krystaliczna: układ regularny ściennie centrowany (fcc) typu A1 (3,64 Å)
• żelazo δ – trwałe od 1400 do 1535 °C (temperatura topnienia), sieć krystaliczna: bcc typu A2 (2,93 Å)

Zastosowanie związków żelaza

Oprócz minerałów, duże znaczenie technologiczne mają karbonylkowe kompleksy żelaza, które otrzymuje się z chlorków żelaza i które są katalizatorami licznych reakcji organicznych. Żółty chlorek żelaza(II) o kwaskowym smaku, jest podawany przy niedokrwistości.

Występowanie w skorupie ziemskiej

Występuje w skorupie ziemskiej w ilości ok. 6% w minerałach takich jak np.:

• czerwony hematyt (Fe₂O₃),
• czarny magnetyt (Fe₃O₄),
• syderyt (FeCO₃),
• limonit (Fe₂O₃ * n H₂O),
• getyt (FeO(OH)),
• piryt (FeS₂)
• arsenopiryt (FeAsS)
• żelazo rodzime (Fe)
• i wiele innych.

Wydobycie

W wydobyciu rud żelaza w 2003 roku, wynoszącym ogółem ok. 1 mld ton, przodowały: Chiny (240 mln ton), Brazylia (215 mln ton), Australia (ok. 190 mln ton), Rosja (90 mln ton) i Indie (80 mln ton).

W Polsce zasobów żelaza w okolicach Suwałk nie wydobywa się w związku z groźbą zaistnienia katastrofy ekologicznej oraz z uwagi na głębokie położenie złóż

Państwa wydobywające najwięcej rud żelaza (2009) (w milionach ton)
Chiny	900
Brazylia	380
Australia	370
Indie	260
Rosja	85
Ukraina	56
Republika Południowej Afryki	53
Iran	33
Kanada	27
Stany Zjednoczone	26
Łącznie na świecie	2,3 mld ton
Źródło

Znaczenie biologiczne żelaza

Pierwiastek ten jest mikroelementem. Znajduje się w wielu ważnych białkach: hemoglobinie, mioglobinie, w tym też w centrach aktywnych licznych enzymów takich jak: katalaza, peroksydazy oraz cytochromy. Ponieważ zapotrzebowanie na żelazo jest zmienne i zależy od wieku, płci i stanu organizmu, norma dobowego spożycia waha się w dość dużych granicach. U osób dorosłych: od 10 mg/dobę u mężczyzn, do 20 mg u kobiet, z zastrzeżeniem że w okresie ciąży i karmienia powinno to być ok. 30 mg/dobę. Chociaż organizm ma dość dobrze rozwinięte mechanizmy regulacyjne, w niektórych sytuacjach może dojść do schorzenia nazywanego hemochromatozą, związanego z nadmiarem żelaza w organizmie. Duże ilości soli żelaza(II) są toksyczne. Sole żelaza(III-VI) są nieszkodliwe, ponieważ się nie wchłaniają.

Prawidłowe stężenie żelaza w surowicy krwi:

• wartość średnia
  • mężczyźni 21,8 μmol/L, 120 μg/dL
  • kobiety 18,5 μmol/L, 100 μg/dL
• wartość skrajna
  • mężczyźni 17,7 – 35,9 μmol/L, 90 – 200 μg/dL
  • kobiety 11,1 – 30,1 μmol/L, 60 – 170 μg/dL

Żelazo wchłania się w dwunastnicy i jelicie cienkim w postaci Fe²⁺. Po wchłonięciu wiązane jest przez apoferrytynę w błonie śluzowej przewodu pokarmowego. Powstaje ferrytyna, a żelazo znajduje się wtedy na +3 stopniu utlenienia. We krwi transportowane jest przez transferynę. Magazynowane jest w wątrobie również w postaci ferrytyny.

Niedobór spotyka się w stanach zwiększonego zapotrzebowania, zaburzeń wchłaniania lub zwiększonej utraty żelaza. W takim przypadku może wystąpić niedokrwistość. Należy wprowadzić suplementację preparatami żelaza. Powinno się stosować ją m.in: u osób po zabiegach operacyjnych z dużą utratą krwi, u osób z krwawieniami z przewodu pokarmowego, z dróg rodnych, kobiet ciężarnych, karmiących, przy obfitych menstruacjach, u wcześniaków, u dzieci po konflikcie serologicznym, u osób z zaburzeniami wchłaniania żelaza.

Źródła żelaza: mięso, wątroba, ryby, żółtko jaj, twaróg, orzechy, mleko, warzywa strączkowe, brokuły, szpinak, krewetki.

Znaczenie w botanice

Niedobór żelaza u roślin powoduje zakłócenia przebiegu fotosyntezy i chlorozę młodych liści.

Zobacz też

• ferryt
• stop żelaza z węglem
• żelazokrzem
• ruda darniowa