Żelazo

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
(Przekierowano z Ruda żelaza)
Skocz do: nawigacja, szukaj
Ujednoznacznienie Ten artykuł dotyczy pierwiastka chemicznego. Zobacz też: inne znaczenia tego słowa.
Żelazo
mangan ← żelazo → kobalt
Wygląd
srebrzystobiały
Żelazo
Widmo emisyjne żelaza
Widmo emisyjne żelaza
Ogólne informacje
Nazwa, symbol, l.a. żelazo, Fe, 26
(łac. ferrum)
Grupa, okres, blok 8, 4, d
Stopień utlenienia -II, -I, 0, I, II, III, IV, V, VI [3]
Właściwości metaliczne metal przejściowy
Właściwości tlenków amfoteryczne
Masa atomowa 55,845(2)[a][4] u
Stan skupienia stały
Gęstość 7874 kg/m³[1]
Temperatura topnienia 1538 °C[1]
Temperatura wrzenia 2861 °C[1]
Numer CAS 7439-89-6
PubChem 23925[5]
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą
warunków normalnych (0 °C, 1013,25 hPa)
Commons Multimedia w Wikimedia Commons
Wikisłownik 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[edytuj | edytuj kod]

Czyste żelazo jest lśniącym, srebrzystym, dość twardym i stosunkowo trudnotopliwym metalem, który ulega pasywacji[6][7]. 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, czyli żeliwa i stali, oraz stopów z manganem, chromem, molibdenem, wanadem i wieloma innymi (są to tzw. stale stopowe).

Odmiany alotropowe[edytuj | edytuj kod]

W literaturze żelazu przypisuje się różną liczbę odmian alotropowych:

Dwie odmiany alotropowe[8]:

  • 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 768 °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[9]:

  • 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 910–1400 °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[edytuj | edytuj kod]

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[edytuj | edytuj kod]

Żelazo jest szeroko rozprzestrzenione w skorupie ziemskiej i jego zawartość wynosi ok. 6,2% (co stawia żelazo na 4. miejscu wśród pierwiastków i 2. miejscu wśród metali).

Żelazo występuje w minerałach takich jak np.:

Nadsiarczek żelaza(II) - piryt

Wydobycie[edytuj | edytuj kod]

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[10]

Państwa wydobywające najwięcej rud żelaza (2010)
(w milionach ton)[11]
 Chiny 900
 Australia 420
 Brazylia 370
 Indie 260
 Rosja 100
 Ukraina 72
 Republika Południowej Afryki 55
 Stany Zjednoczone 49
 Kanada 35
 Iran 33
Łącznie na świecie 2,4 mld ton


Znaczenie biologiczne żelaza[edytuj | edytuj kod]

Żelazo należy do mikroelementów o decydującym znaczeniu dla prawidłowego funkcjonowania organizmu. Znajduje się w grupach prostetycznych wielu ważnych białek (metaloprotein): hemoglobinie, mioglobinie, w tym też w centrach aktywnych licznych enzymów takich jak: katalaza, peroksydazy oraz cytochromy. Zapotrzebowanie na żelazo u człowieka jest zmienne i zależy od wieku, płci i stanu organizmu. U osób dorosłych wynosi ono od 1 mg/dobę u mężczyzn do 2 mg u kobiet, z zastrzeżeniem, że w okresie ciąży i karmienia powinno to być ok. 3 mg/dobę[12]. Różnice w przyswajalności żelaza z pozywienia są bardzo duże w zależności od diety, od 1–2% dla diety wyłącznie zbożowej, do 25% dla diety mięsnej. Dla średniej, mieszanej diety przyswajalność żelaza wynosi ok. 10%, co oznacza konieczność spożywania ok. 10-krotnie większej ilości żelaza niż wynosi jego zapotrzebowanie przez organizm[13]. Niekiedy spożycie nie zaspokaja zapotrzebowania organizmu na ten pierwiastek, co po pewnym czasie prowadzi do jego niedoboru i objawów chorobowych z nim związanych (niedokrwistość z niedoboru żelaza). Czasem mimo istniejących mechanizmów regulacyjnych organizmu, może dojść do stanów przeciążenia żelazem. Schorzeniem związanym z nadmiarem żelaza w organizmie jest hemochromatoza. Duże ilości soli żelaza(II) są toksyczne. Związki żelaza(III–VI) są nieszkodliwe, ponieważ się nie wchłaniają.

Prawidłowe stężenie żelaza w surowicy krwi[14]:

  • 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 III stopniu utlenienia. We krwi transportowane jest przez transferrynę. 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, krewetki[potrzebne źródło]. Szpinak, wbrew obiegowym opiniom, zawiera umiarkowane ilości żelaza[15] i jest ono w formie słabo przyswajalnej przez człowieka[16].

Znaczenie w botanice[edytuj | edytuj kod]

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

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Uwagi

  1. Liczba w nawiasie oznacza niepewność ostatniego podanego miejsca po przecinku.

Przypisy

  1. 1,0 1,1 1,2 CRC Handbook of Chemistry and Physics. Wyd. 83. Boca Raton: CRC Press, 2003.
  2. Żelazo (ang.). Karta charakterystyki produktu Sigma-Aldrich dla Stanów Zjednoczonych. [dostęp 2011-10-05].
  3. Podstawy chemii nieorganicznej. Wyd. 5. Warszawa: PWN, 2006, s. 918.
  4. Current Table of Standard Atomic Weights in Order of Atomic Number (ang.). Commission on Isotopic Abundances and Atomic Weights, IUPAC, 2013-09-24. [dostęp 2013-12-02].
  5. Żelazo – podsumowanie (ang.). PubChem Public Chemical Database.
  6. Pasywacja. Agencja Promocyjna METALE. [dostęp 2014-08-30].
  7. Barbara Surowska: Wybrane zagadnienia z korozji i ochrony przed korozją. Lublin: Politechnika Lubelska, 2002, s. 18.
  8. Leszek A. Dobrzański: Metaloznawstwo opisowe stopów żelaza, wyd. I, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2007, s. 13-15
  9. Włodzimierz Trzebiatowski: Chemia nieorganiczna. Wyd. VIII. Warszawa: PWN, 1978, s. 566–567.
  10. Państwowy Instytut Geologiczny, Rudy żelaza, tytanu i wanadu
  11. http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/iron_ore
  12. Interna Szczeklika. Podręcznik chorób wewnętrznych. Kraków: Medycyna Praktyczna, 2012, s. ?. ISBN 9788374303361.
  13. Requirements of Vitamin A, Iron, Folate, and Vitamin B12. Report of a Joint FAO/WHO Expert Consultation. FAO, 1988, s. 33–50. ISBN 9789251026250.
  14. "Fizjologia człowieka z elementami fizjologii stosowanej i klinicznej" pod red. Władysława Z. Traczyka i Andrzeja Trzebskiego; Wyd. III zmienione i uzupełnione.
  15. Matthew Biggs, Jekka McVicar, Bob Flowerdew: Wielka księga warzyw, ziół i owoców. Warszawa: Dom Wydawniczy Bellona, 2007, s. 174–175. ISBN 83-11-10578-2.
  16. 28.2.1. W: Edward Bańkowski: Biochemia. Podręcznik dla studentów uczelni medycznych. Wyd. II. Elsevier Urban & Partner, 2009, s. 406.