Železo

Železo,₂₆Fe

Železo
Izgovarjava	IPA:[ʒɛˈlɛːzɔ]
Alotropi	glejAlotropi železa
Videz	svetleča kovina s sivim nadihom
Standardna atomska težaAr, std(Fe)	7001558450000000000♠55,845(2)
Železo vperiodnem sistemu
Vodik Helij Litij Berilij Bor (element) Ogljik Dušik Kisik Fluor Neon Natrij Magnezij Aluminij Silicij Fosfor Žveplo Klor Argon Kalij Kalcij Skandij Titan (element) Vanadij Krom Mangan Železo Kobalt Nikelj Baker Cink Galij Germanij Arzen Selen Brom Kripton Rubidij Stroncij Itrij Cirkonij Niobij Molibden Tehnecij Rutenij Rodij Paladij Srebro Kadmij indij Kositer Antimon Telur Jod Ksenon Cezij Barij Lantan Cerij Prazeodim Neodim Prometij Samarij Evropij Gadolinij Terbij Disprozij Holmij Erbij Tulij Iterbij Lutecij Hafnij Tantal Volfram Renij Osmij Iridij Platina Zlato Živo srebro Talij Svinec Bizmut Polonij Astat Radon Francij Radij Aktinij Torij Protaktinij Uran (element) Neptunij Plutonij Americij Kirij Berkelij Kalifornij Ajnštajnij Fermij Mendelevij Nobelij Lavrencij Raderfordij Dubnij Siborgij Borij Hasij Majtnerij Darmštatij Rentgenij Kopernicij Nihonij Flerovij Moskovij Livermorij Tenes Oganeson – ↑ Fe ↓ Ru mangan←železo→kobalt
Vrstno število(Z)	26
Skupina	skupina 8
Perioda	perioda 4
Blok	blok d
Razporeditev elektronov	[Ar] 3d64s2
Razporeditev elektronov po lupini	2, 8, 14, 2
Fizikalne lastnosti
Faza snovipriSTP	trdnina
Tališče	1538 °C
Vrelišče	2862 °C
Gostota(blizus.t.)	7,874 g/cm3
v tekočem stanju (priTT)	6,98 g/cm3
Talilna toplota	13,81kJ/mol
Izparilna toplota	340 kJ/mol
Toplotna kapaciteta	25,10 J/(mol·K)
Parni tlak P(Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k priT(°C) 1.455 1.620 1.818 2.073 2.406 2.859
Lastnosti atoma
Oksidacijska stanja	−4, −2, −1, 0, +1,+2,+3,+4, +5,+6,+7(amfoternioksid)
Elektronegativnost	Paulingova lestvica: 1,83
Ionizacijske energije	1.: 762,5 kJ/mol 2.: 1561,9 kJ/mol 3.: 2957 kJ/mol (več)
Atomski polmer	empirično: 126pm
Kovalentni polmer	spodnji spin: 132±3 pm gornji spin: 152±6 pm
Spektralne črteželeza
Druge lastnosti
Pojavljanje v naravi	prvobitno
Kristalna struktura	​telesno centrirana kubična(tck) a=286,65 pm
Kristalna struktura	​ploskovno centrirana kocka(pck) med 1185–1667 K;a=364,680 pm
Hitrost zvokatanka palica	5120 m/s (prir.t.) (elektrolitski)
Temperaturni raztezek	11,8 µm/(m⋅K) (pri 25 °C)
Toplotna prevodnost	80,4 W/(m⋅K)
Električna upornost	96,1 nΩ⋅m (pri 20 °C)
Curiejeva točka	1043 K
Magnetna ureditev	feromagneten
Youngov modul	211 GPa
Strižni modul	82 GPa
Stisljivostni modul	170 GPa
Poissonovo razmerje	0,29
Mohsova trdota	4
Trdota po Vickersu	608 MPa
Trdota po Brinellu	200–1180 MPa
Številka CAS	7439-89-6
Zgodovina
Odkritje	pred5. tisočletjem pr. n. št.
Simbol	"Fe": iz lat.ferrum
Najpomembnejšiizotopi železa
Izo­top Pogos­tost Razpolovni čas(t1/2) Razpadni način Pro­dukt 54Fe 5,85% stabilen 55Fe sint. 2,73 y ε 55Mn 56Fe 91,75% stabilen 57Fe 2,12% stabilen 58Fe 0,28% stabilen 59Fe syn 44,6 d β− 59Co 60Fe sled 2,6×106y β− 60Co

Železojekemični elementssimbolomFe (izlatinskegaferrum) invrstnim številom26. Je kovina iz prvega nizaprehodnih elementov.

Po masi je najpogostejši element naZemlji,saj tvori večino Zemljinega zunanjega in notranjegajedra.VZemljini skorjije četrti najpogostejši element. Njegovo obilje v kamnitih planetih, kakršna je Zemlja, je posledica njegovega obilnega nastajanja vjedrskem zlivanjuv zelo masivnih zvezdah (zvezdna nukleosinteza), v katerem v zadnji eksotermni jedrski reakciji⁵⁶Ni, razpade na najpogostejša železovaizotopa⁵⁶Fe (~ 92 %) in⁵⁴Fe (~ 6 %). Z eksplozijo supernove se nikelj in železo razpršita po vesolju in sta zato najpogostejši kovini v kovinskihmeteoritihin skorjahplanetov,kakršna je Zemlja.

Železo spada skupaj zrutenijeminosmijemv8. stransko skupinoperiodnega sistema elemetovin ima zato mogočaoksidacijska stanjaod -2 do +6. Najpogostejši stanji sta +2 in +3. Kot element se pojavlja vmeteoroidihin okoljih z nizko vsebnostjokisika.V stiku z vodo in kisikom železooksidira.Sveža površina železa je bleščeče srebrno siva, vendar se na vlažnem zraku hitro prevleče s hidriranimi železovimi oksidi, bolj znanimi kotrja.V nasprotju z nekaterimi kovinami, ki se na zraku pasivirajo in s tem prekinejo proces oksidacije, imajo železovo oksidi večji volumen od kovine in se odluščijo, s čimer izpostavijo koroziji novo svežo površino.

Pridobivanje železa (železna doba) se je začelo okoli leta 3000 pr. n. št., na ozemlju Slovenije okoli leta 1000 pr. n. št. Pred železom se je uporabljalbakerin njegovizlitinimedeninainbron,ki imajo nižjatališča.Čisto železo je relativno mehko. Njegovotrdotointrdnostmočno povečajo nečistoče, zlastiogljik,s katerim se onesnaži vplavžu.Železa z 0,002-2,1 % ogljika soogljikova jekla,ki so do 1000 krat trša od čistega železa.

Surovo železo se proizvaja v plavžih, v katerih se železova ruda reducira s koksom do elementarnega železa. Nadaljnja obdelava surovega železa s kisikom zniža vsebnost ogljika na raven, primerno za jekla. Jekla in železove zlitine z nizko vsebnostjo ogljika so poleg zlitin z drugimi kovinami (jeklene zlitine) zaradi svoje široke palete koristnih lastnosti in obilja železovih rud daleč najpogostejše industrijske kovine.

Zelo uporabne so tudi železovespojine.Zmesželezovega(III) oksida(Fe₂O₃) in uprašenegaaluminijajetermit,ki se uporablja zavarjenjein rafiniranje rud. Železo tvori shalogeniinhalkogenibinarne spojine. Med njegovimi najbolj znanimi organokovinskimi spojinami jeferocen(bis(η⁵-ciklopentadienil)železo, C₁₀H₁₀Fe), ki je bil prva odkrita sendvičasta spojina.

Železo igra pomembno vlogo tudi vbiologiji,ker vhemoglobinuinmioglobinutvori komplekse z molekularnim kisikom. Obe spojini staproteina,ki vvretenčarjihprenašata kisik zacelično dihanje.Železo je vezano tudi na aktivnih mestih v mnogo pomembnih redukcijsko-ksidacijskihencimihin sodeluje v redukcijsko-oksidacijskih procesih v rastlinah in živalih.

Značilnosti

Mehanske lastnosti

Značilne vrednostinatezne trdnosti(NT) intrdote po Brinellu(TB) različnih vrst železa in jekla

Železo/jeklo	NT (MPa)	TB (Brinell)
Monokristalna vlakna	11000
Cementirano jeklo	2930	850–1200
Martenzitno jeklo	2070	600
Bajnitno jeklo	1380	400
Perlitno jeklo	1200	350
Hladno obdelano železo	690	200
Drobnozrnato železo	340	100
Železo z ogljikom	140	40
Čisto monokristalno železo	10	3

Mehanske lastnosti železa in njegovih zlitin se vrednotijo na različne načine.Trdoto,na primer, se lahko določa zBrinellovo,RockwellovoaliVickersovometodo. Podatki za železo so tako skladni, da se pogosto uporabljajo za umerjanje instrumentov ali za primerjavo preskusov.Mehanske lastnosti železa so zelo odvisne od nečistoč. Monokristali zelo čistega železa, ki se uporablja v znanstvenih raziskavah, so mehkejši odaluminija.Najčistejše industrijsko proizvedeno železo s čistočo 99,99 % ima Brinellovo trdoto 20-30.Z naraščanjem vsebnosti ogljika sprva zelo narasteta tako trdota kot natezna trdnost. Maksimalno trdoto 65 Rc ima železo z 0,6 % ogljika, ki ima po drugi strani zelo majhno natezno trdnost.

Molski volumen α-železa pri sobni temperaturi v odvisnosti od tlaka

Zaradi pomembnosti železa v jedrih planetov so se obširno raziskovale tudi njegove lastnosti pri visokih tlakih in temperaturah. S preskusi so ugotovili, da se nizkotlačna oblika železa, stabilna pri standardnih pogojih, šele pri tlaku približno 16 GPa pretvori v visokotlačno obliko.

Fazni diagram in alotropi

Železo je zgleden primeralotropijekovin. Ima najmanj štiri alotropne oblike, znane kot α, γ, δ, in ε-železo. Nekaj, sicer spornih poskusov kaže, da je pri zelo visokih tlakih in temperaturah stabilno tudi β-železo.

Nizkotlačni fazni diagram čistega železa

Ohlajajoče se raztaljeno železo začne kristalizirati pri 1538 °C kot δ-alotrop, ki imakristalno strukturotelesno centrirane kocke. Z nadaljnjim ohlajanjem se pri 1394 °C pretvori v γ-alotrop (avstenit), ki ima kristalno strukturo ploskovno centrirane kocke. Pri temperaturi 912 °C se struktura ponovno pretvori v telesno centrirano kocko ali α-železo (ferit). Pri 770 °C (Curiejeva temperatura,T_c) se železo še zadnjikrat pretvori in postanemagnetno.Pri prehodu skozi Curiejevo temperaturo se kristalna struktura ne spremeni, pač pa se spremeni »domena strukture«, v kateri vsebuje vsaka domena železo s posebnimelektronskim spinom.V nemagnetiziranem železu so vsi elektronski spini atomov znotraj ene domene obrnjeni v eno smer, v drugi domeni pa v drugo smer, tako da se njihov učinek izniči. Rezultat je nemagnetno železo. V magnetiziranem železu so vsi elektronski spini usklajeni, tako da se magnetni učinki sosednjih domen medsebojno krepijo. Četudi vsebuje vsaka domena več milijard atomov, je zelo majhna in ima premer samo približno 10 mikrometrov.Pri tlakih nad približno 10 GPa in temperaturah nekaj sto K ali manj, se struktura α-železa pretvori v heksagonalni gosti sklad, znan tudi kot ε-železo. Pri višjih temperaturah se v ε-železo pretvori tudi γ-železo, vendar je zato potrebna višja temperatura. β-faza, če sploh obstaja, bi se lahko pojavila šele pri tlaku najmanj 50 GPa in temperaturi najmanj 1500 K. Zanjo se domneva, da bi lahko imelaortorombskostrukturo ali strukturo z dvojnim gostim skladom.

Bolj kot železo so pomembne njegove zlitine z nekaterimi kovinami in ogljikom. Obstaja veliko vrst jekla z zelo različnimi lastnostmi, za njihovo razumevanje in proizvodnjo pa je ključno poznavanje alotropov železa.

α-železo aliferitje pri normalnih temperaturah najbolj stabilna oblika železa. Je precej mehka kovina, v kateri se lahko raztopi samo majhna količina ogljika, pri 910 °C ne več kot 0,021 masnih %.

Pri temperaturah med 912 in 1400 °C se struktura α-železa pretvori iz telesno centrirane v ploskovno centrirano kocko - γ-železo aliavstenit.Ta oblika železa je približno enako mehka, vendar se v njej lahko raztopi več ogljika, pri 1146 °C kar 2,04 masnih %. Avstenit je uporaben za proizvodnjo nekaterih vrst nerjavnih jekel, primernih za izdelavo nožev ter bolnišnične in kuhinjske opreme.

Visokotlačne faze železa so pomembne kot končni člen modelov za trdne dele jeder planetov. Za notranje jedro Zemlje se na splošno domneva, da je sestavljeno večinoma iz zlitine železa in niklja s strukturo ε (ali morda β).

Tališče železa je eksperimentalno dobro določeno za tlake do približno 50 GPa. Za višje tlake so različne študije določile trojno točko γ-ε-tekočina pri tlakih, ki se razlikujejo za več deset GPa in so prinesli razlike v tališčih, večje od 1000 K. Na splošno gledano kažeta računalniška simulacija molekularne dinamike taljenje železa in poskusi z udarnimi valovi višja tališča in veliko bolj strme naklone talilnih krivulj kot statični poskusi, izvedeni v celicah z diamantnim nakovalom.

Izotopi

Naravno železo sestavljajo štirje stabilnihizotopi:⁵⁴Fe (5,845 %),⁵⁶Fe (91,754 %),⁵⁷Fe (2,119 %) in⁵⁸Fe (0,282 %), od katerih ima samo⁵⁷Fespin(−1⁄2). Za nuklid⁵⁴Fe se domneva, da je podvržen dvojnemubeta razpadu,vendar tega pojava nikoli niso opazili. Določili so samo spodnjo mejorazpolovnega časa,ki znaša t_1/2> 3,1×10²²let.

⁶⁰Fe je ugasel radionuklid z dolgim razpolovnim časom (2,6 milijona let).Na Zemlji ga niso odkrili. Njegov končni razpadni produkt je stabilen nuklid⁶⁰Ni.

Večina preteklega dela pri merjenju izotopske sestava železa se je osredotočala na določanje zazličkov⁶⁰Fe, nastalih v procesih, ki spremljajo nukleosintezeo, se pravi na študije meteoritov, in procese nastajanja rud. V zadnjem desetletju je napredek v masni spektrografiji omogočil detekcijo in kvantifikacijo minutnih naravnih sprememb v razmerjih stabilnih železovih izotopov. Gonilna sila teh raziskav so še vedno znanstvene skupnosti, ki preučujejo Zemljo in planete, čeprav so se v zadnjem času začele pojavljati tudi aplikacije za biološke in industrijske sisteme.

Za jedrske znanstvenike je še zlasti zanimiv najpogostejši železov izotop⁵⁶Fe, ki je hkrati najpogostejši zadnji člen nuleosinteze. Pogosto se napačno navaja, da je izotop z najvišjo vezno energijo, čeprav je to v resnici⁶²Ni.Ker se⁵⁶Ni brez težav proizvaja iz lažjih jeder v alfa procesih jedrskih reakcij vsupernovah,je prav on (14 alfa delcev, se pravihelijevihjeder) končni člen fuzijskih verig znotraj izjemno masivnih zvezd, saj bi dodajanje še enega helijevega jedra, ki bi dalo⁶⁰Zn, zahtevalo veliko več energije.⁵⁶Ni, katerega razpolovni čas je približno šest dni, se v teh zvezdah sicer masovno proizvaja, vendar hitro razpada, najprej doradioaktivnega⁶⁰Co in nato do stabilnega⁵⁶Fe. Slednji nuklid je zato v vesolju zelo pogost v primerjavi z drugimi kovinskimi elementi s približno enako atomsko maso.

V fazah na meteoritihSemarkonainChervony Kutje korelacija med koncentracijo⁶⁰Ni, hčerinskega produkta⁶⁰Fe, in vsebnostjo stabilnih železovih izotopov, kar dokazuje obstoj⁶⁰Fe v času nastanka našegaOsončja.Energija, ki se je sprostila z razpadom⁶⁰Fe, je skupaj z energijo, ki se je sprostila z razpadom radionukleida²⁶Al, morda povzročila pretalitev in diferenciacijo asteroidov po njihovem nastanku pred približno 4,6 milijarde let. Še globlji vpogled v rojstvo in našega Osončja bi lahko omogočila pogostost⁶⁰Ni v izvenzvezdnem gradivu.

Jedraželezovih atomov imajo eno od najvišjih veznih energij na nukleon, katero presega samo nikljev izotop⁶²Ni, ki nastaja z jedrskim zlivanjem v zvezdah. Zelo majhen delček energije bi se sicer še lahko pridobil s sintezo⁶²Ni, vendar razmere za to sintezo na zvezdah niso primerne. V porazdelitvi elementov na Zemlji železo močno presega nikelj, kar predvidoma velja tudi za tvorjenje elementov v supernovah.

⁵⁶Fe je najtežji stabilni izotop, ki nastaja z alfa procesi v zvezdni nukleosintezi. Elementi, težji od železa in niklja, zahtevajo za svoj nastanek supernovo. Železo je najpogostejši element v jedrih rdečih velikanov in najpogostejša kovina v železnih meteoritih in v gostih jedrih planetov, kakršna je Zemlja.

Nukleosinteza

Železo proizvajajo ekstremno velike in ekstremno vroče zvezde (več kor 2,5 milijona K) v procesih zgorevanjasilicija.Železo je najtežji stabilni element, ki lahko nastane na ta način. Proces se začne z drugim največjim stabilnim jedrom, ki nastaja z zgorevanjem silicija, se pravi skalcijem.Ko se stabilno kalcijevo jedro zlije s helijevim jedrom, nastane nestabilentitan.Preden titan razpade, se lahko zlije z drugim helijevim jedrom, tako da nastane nestabilenkrom.Krom se lahko pred razpadom zlije z naslednjim helijevim jedrom, tako da nastane nestabilno železo. Železo se lahko pred razpadom zlije s še enim helijevim jedrom, pri čemer nastane nestabilen⁵⁶Ni. Vsako nadaljnje zlivanje ne sprošča energije, ampak jo porablja, zato po pretvorbi vse snovi v⁵⁶Ni zvezda ne proizvaja več energije, ki bi preprečila zrušenje jedra.⁵⁶Ni nazadnje razpade v nestabilen⁵⁶Co, ki se pretvori v stabilno⁵⁶Fe. Ko se jedro zvezde zruši, nastane supernova, v kateri nastaja dodatno stabilno železo vprocesu r.

Nahajališča

Nahajališča na planetih

Železnimeteorits podobno sestavo, kot jo imata notranje in zunanje Zemljino jedro

Železo je četrti najpogostejši element v vesolju in najpogostejši element, ki je odporen na visoke temperature.Nastal je v zadnji eksotermni stopnji zvezdne nukleosinteze z zlivanjem jedersilicijav masivnih zvezdah.

Kovinsko ali samorodno železo je na Zemljini površini redko, ker na zraku hitro oksidira. Zaloge njegovih oksidov so izredno velike in spadajo med primarne železove rude. V Zemljini skorji ga je približno 5 %, kar ga postavlja na četrto mesto najpogostejših elementov,za notranje in zunanje Zemljino jedro pa se domneva, da je sestavljeno večinoma iz železo-nikljeve zlitine, ki predstavlja 35 % celotne Zemljine mase.

Največ železa je v njegovih oksidnih mineralih, kot stahematit(Fe₂O₃) inmagnetit(Fe₃O₄). Velika nahajališča železovih rud so običajno slojasta. V njih se tanki sloji železovih oksidov izmenjujejo s sloji z železom revnih skrilavcev inkremena.Slojaste tvorbe so nastale pred 3,7-1,8 milijarde let.

Eden od dvajsetmeteoritovje zgrajen iz edinstvenih železo-nikljevih mineralovtaenitas 35-80 % železa inkamacitaz 90-95 % železa. Železovi meteoriti so glavni vir samorodnega železa na Zemljini površini.

Rdeča barva površine planetaMarsaje posledica z železom bogatega mineralaregolita,kar so potrdili z Mössbauerjevo spektroskopijo.

Železo v uporabi

Po podatkih, ki jih je objavil International Resource Panel, znašajo svetovne zaloge železa v uporabi 2200 kg na prebivalca. Večina tega železa je v bolj razvitih državah, kjer znaša 7000–14000 kg na prebivalca. Zaloge v manj razvitem svetu znašajo približno 2000 kg na prebivalca.

Kemija in spojine

Oksidacijsko stanje	Značilna spojina
−2	dinatrijev tetrakarbonilferat (Collmanov reagent)
−1
0	železov pentakarbonil
1	ciklopentadienil železo dikarbonil dimer
2	železov(II) sulfat,ferocen
3	železov triklorid,ferocenijev tetrafluoroborat
4	barijev ferat(IV)
5
6	kalijev ferat

Železo je v večini spojin voksidacijskih stanjih+2 in +3. Železove(II) spojine so znane tudi kot fero, železove(III) spojine pa kot feri spojine. Železo se pojavlja tudi v višjih oksidacijskih stanjih, na primer +6 v purpurnemkalijevem feratu(K₂FeO₄). V oksidacijskem stanju +4 je pogost vmesni produkt v številnih biokemijskih oksidacijskih reakcijah.V številnih organokovinskih spojinah ima tudi formalna oksidacijska stanja +1, 0, -1 ali celo -2. Oksidacijska stanja in druge značilnosti vezi se pogosto preučujejo z Mössbauerjevo spektroskopijo.Obstaja tudi veliko spojin, v katerih ima železo mešano valenco. Barviloprusko modro(Fe₄(Fe[CN]₆)₃), na primer, vsebuje centre Fe²⁺in Fe³⁺.Barvilo se je uporabljalo za tradicionalno modro fotografsko kopiranje tehničnih načrtov.

Najmasovnejši industrijsko proizvedeni železovi spojini staželezov(II) sulfat(FeSO₄•7H₂O) inželezov(III) klorid) (FeCl₃). Prvi je najpogostejši vir ionov Fe²⁺,vendar je manj stabilen proti oksidaciji na zraku kotMohrova sol((NH₄)₂Fe(SO₄)₂•6H₂O). Železove(II) spojine so na zraku nagnjene k oksidaciji v železove (III) spojine.

Železo v nasprotju z večino drugih kovin ne tvoriamalgamovzživim srebrom.To značilnost se izkorišča za skladiščenje živega srebra v standardnih 34 kg železnih steklenicah.

Binarne spojine

Železov triklorid heksahidrat (FeCl₃•6H₂O)

Železo reagira s kisikom iz zraka in tvori različne okside. Najpogostejša sta železov(II,III) oksid (Fe₃O₄) in železov(III) oksid (Fe₂O₃). Obstaja tudiželezov(II) oksid,ki je pri sobni temperaturi nestabilen. Oksidi so glavne železove rude za proizvodnjo železa v talilnih pečeh inplavžih.Uporabljajo se tudi za proizvodnjoferitov,medijev za magnetno shranjevanje podatkov v računalnikih, inpigmentov.Železo tvori dva sulfida:železov(II) sulfid(FeS) in železov(IV) sulfid (FeS₂), bolj znan kotpirit(FeS₂),ki ima zlat lesk in je spodbudil Frana Erjavca k pisanju pripovedi»Ni vse zlato, kar se sveti«.

Dobro znani so tudi binarni fero in feri halidi, z izjemo feri jodida. Fero halidi nastanejo v reakcijah železa s halogenvodikovimi kislinami in tvorijo pripadaloče hidrirane soli.

Fe + 2 HX → FeX₂+ H₂

Feri halidi nastajajo v reakcijah železa sfluorom,klorominbromom.Najpomembnejši jeferi klorid(FeCl₃):

2 Fe + 3 X₂→ 2 FeX₃(X = F, Cl, Br)

Kompleksne in organokovinske spojine

Prusko modro

Železo tvori več cianidnihkompleksov,od katerih je najbolj znanoprusko modro(Fe₄(Fe[CN]₆)₃). Znana sta tudi kalijev fericianid in kalijev ferocianid. Prusko modro se uporablja kot protistrup pri zastrupitvah stalijeminradioaktivnimcezijem.V pralnicah se porablja za modrenje rumenega odtenka belega perila, ki ga povzročajo v vodi prisotne železove soli.

Ferocen

Znanih je tudi več železovih karbonilnih spojin. Primer železove(0) spojine je pentakarbonil (Fe(CO)₅), ki se uporablja za proizvodnjo karbonilnegaželezovega prahu,zelo reaktivne oblike kovinskega železa. S termičnim razpadom železovega pentakarbonila nastane trojedrni grozd triželezov dodekakarbonil (Fe₃(CO)₁₂). Collmanov reagent, dinatrijev tetrakarbonilferat (Na₂[Fe(CO)₄]), ki vsebuje železooskidacijskem stanju-2, je koristen reagent v organski kemiji. Ciklopentadienilželezo je dikarbonilni dimer, ki vsebuje železo v redkem oksidacijskem stanju 1.

Ferocenje izredno stabilen kompleks in prva odkrita spojina v obliki sendviča. V središču kompleksa je Fe²⁺,na katerega sta preko vseh deset ogljikovih atomov vezana dva ciklopentadienilnaliganda.Odkritje takšne razporeditve atomov je bila šokantna novost,ki je odprla povsem novo področje organokovinske kemije. Ferocen sam se lahko uporabi kot hrbtenica ligandov, na primer 1,1'-bis(difenilfosfino)ferocena (dppf). Z oksidacijo ferocena nastane ferocenijev kation (Fc⁺). Ferocen/ferocenijev člen se pogosto uporablja kot referenca velektrokemiji.

Zgodovina

Kovno železo

Simbol, ki je predstavljal boga Marsa, se je v antiki uporabljal tudi za železo

Približno 7 m visok in 1600 let star železen steber v Delhiju,Indija,je zgled pridobivanja in obdelave železa v antični Indiji

Zelo stari predmeti iz železa so zaradikoroziježeleza precej redkejši kot predmeti izzlataalisrebra.Železne koralde, izdelane leta 3500 pred n. št. ali prej, ki so jih odkrili v Gerzah,Egipt,vsebujejo 7,5 % niklja. Prisotnost niklja kaže na njihov meteorski izvor, ker je vsebnost niklja v Zemljini skorji izredno majhna. Meteorsko železo je bilo zaradi njegovega nebeškega izvora zelo cenjeno in se je pogosto uporabljalo za izdelovanje orožja. Znani so tudi celi primerki, razstavljeni v cerkvah.Drugi železni predmeti, najdeni v Egiptu, so bili izdelani verjetno v letih 2500-3000 pr. n. št..

Železna vojaška oprema je imela v primerjevi zbronastoveč prednosti. Bila je mnogo trša in trpežnejša, čeprav je bila dovzetna za rjavenje. Trditev je nekoliko sporna, sajhetitologTrevor Bryce trdi, da se je orožje iz meteorskega železa, ki so ga uporabljale vojske v Mezopotamiji pred razvojem naprednih tehnik obdelave železa v Indiji, zaradi visoke vsebnosti ogljika v boju pogosto zdrobilo.

Proizvodnja železa iz rude se je začela v srednjibronasti dobi,vendar je trajalo več stoletij, da je železo izpodrinilobron.Najstarejši znani vzorci metalurško proizvedenega železa iz Asmarja vMezopotamijiin Tel Chagar Bazarja v severniSirijiso iz obdobja 2700-3000 pr. n. št.Zgleda, da so biliHetitiprvi, ki so doumeli pridobivanje železa iz njegovih rud in ga zelo cenili. Železo so začeli proizvajati v letih 1500 in 1200 pr. n. št., po propadu njihovega imperija leta 1180 pr. n. št. pa se je njegova proizvodnja razširila po celemBližnjem vzhodu.Začela se je tako imenovanaželezna doba,ki je doseglaEvropodvesto let kasneje,Zimbabwev južniAfrikipa šele v 8. stoletju n. št.NaKitajskemse je proizvodnja železa začela okoli leta 500-700 pr. n. št.,kamor je prišla preko Srednje Azije.Najzgodnejša dokazana uporabaplavžana Kitajskem datira v 1. stoletje n. št.,uporaba kupolne peči pa v čas vojskujočih se držav (403-221 pr. n. št.).Uporaba plavža in kupolne peči se je v obdobju dinastij Song in Tang razširila po celi Kitajski.

Artefakti metalurškega železa, najdeni v Indiji, so iz obdobja 1800-1200 pr. n. št.,primerki izLevantapa približno iz leta 1500 pr. n. št..

VSvetem pismuje železo prvič omenjeno vPrvi Mojzesovi knjigi,ki pravi, da je»Cila rodila Tubál Kajina, ki je koval vsakovrstno orodje iz brona in železa«.Rudarjenje je omenjeno v Jobu 28:2:»Železo pridobivajo iz zemlje in baker talijo iz kamna«,železno pisalo v Jobu 19:24:»Da bi jih z železnim pisalom in s svincem za vselej vklesal v kamen!«,vigenj v Tobitu 4:20, železni vozovi v Jozuetu 17:16, železo za žeblje in skobe v Prvi kroniški knjigi 22:3, žage, klini in sekire v Drugi Samuelovi knjigi 12:31 in železna ponev v Ezekielu 4:3.Železo je omenjeno tudi v Novi zavezi, na primer v Apostolskih delih 12:10, kjer so omenjena železna mestna vrataAntiohije.

Shematski prerez pudlovke

VGrčijiso začeli obdelovati železo v poznem 11. stoletju pr. n. št..Od tam se je vzporedno s širjenjemKeltovrazširilo na srednjo in zahodno Evropo. Po pisanjuPlinija starejšegaje bila raba železa v rimskem obdobju nekaj vsakdanjega.Letna proizvodnja železa vRimskem mperijuje ocenjena na 84.750 ton,medtem ko je v istem obdobju v približno enako naseljenem kitajskem cesarstvu Han znašala približno 5.000 ton.

Medindustrijsko revolucijovZdruženem kraljestvuje začel industrijalec Henry Cort predelovati surovo železo v kovaško železo z manj kot 0,08 % ogljika in leta 1873 patentiralpudlanje,postopek za rafiniranje surovega železa. Postopek so kasneje večkrat izboljšali.

Lito železo

Plavž vŽeleznikih

Sivo litino so prvič proizvedli na Kitajskem v 5. stoletju pr. n. št..V Evropi se je proizvodnja začela šele v srednjem veku.Najstarejše ulite predmete so arheologi odkrili v sedanji kitajski pokrajini Luhe. Lito železo se je uporabljalo v vojski, poljedelstvu in arhitekturi.V Evropi se je v srednjem veku iz sive litine (točneje grodlja) s kovanjem proizvajalo tudi kovno železo. Za vse metalurške in kovaške procese se je za gorivo uporabljalo lesno oglje.

Srednjeveškiplavžiso bili zidani iz ognjeodporne opeke in visoki približno 3 m. Zrak se je vpihaval z ročno gnanimi mehovi.Največji sodobni plavž ima prostornino 5.580 m³in proizvede več kot 10.000 ton železa dnevno.

Leta 1709 je Abraham Darby I. oglje zamenjal skoksom.Uvedba koksa je pocenila in povečala proizvodnjo železa in bila eden od dejavnikov, ki so vodili do industrijske revolucije. Proti koncu 18. stoletja je lito železo zaradi nižje cene začelo nekaterih področjih zamenjavati kovno železo. Razlik v lastnostih kovnega železa, litega železa in jekla do 18. stoletja niso povezovali z vsebnostjo ogljika.

Ker je železo postalo cenejše in bolj dostopno, se je uveljavilo tudi v gradbeništvu, zlasti po izgradnji inovativnega prvega železa mostu leta 1778.

Jeklo

Jeklo,ki vsebuje manj ogljika kot surovo železo in več kot kovno železo, so prvič proizvedli v antiki vfužinah.Kovači v Luristanu v zahodnemIranuso dobro jeklo proizvajali že okoli leta 1000 pr. n. št..Izboljšani različici sta biliwootzovo jeklo,ki so ga razvili vIndijiokoli leta 300 pr. n. št., indamaščansko jeklo,ki so ga razvili okoli leta 500 pr. n. št.. Obe proizvodni metodi sta bili specializirani, zato se jeklo ni uveljavilo vse do 50. let 19. stoletja.

V 17. stoletju so razvili nove metode proizvodnje jekla zogljičenjemingotov in scementiranjem.V industrijski revoluciji so razvili proizvodnjo ingotov brez ogljika, kar so kasneje uporabili tudi v proizvodnji jekla. V drugi polovici 50. let 19. stoletja jeHenry Bessemeriznašel nov postopek za proizvodnjo jekla v tako imenovani besemerjevi hruški, ki je vključeval vpihavanje zraka v surovo železo. Proizvodnja jekla se je s tem pocenila in povečala, proizvodnja kovnega železa pa opustila.

Utemeljitev sodobne kemije

Antoine Lavoisierje z reakcijo vodne pare s kovinskim železom v žareči železni cevki proizvedelvodik,s čimer je postavil temeljezakona o ohranitvi mase.V anaerobnih oksidacijah železa z vodno paro potekajo naslednje reakcije:

Fe + H₂O → FeO + H₂

2 Fe + 3 H₂O → Fe₂O₃+ 3 H₂

3 Fe + 4 H₂O → Fe₃O₄+ 4 H₂

Proizvodnja

Industrijski postopki

Proizvodnja železa ali jekla je postopek, sestavljen iz dveh glavnih korakov. V prvem koraku se iz rude v visoki peči aliplavžuproizvede surovo železo ali grodelj. V drugem koraku se surovo železo pretvori v kovno železo ali jeklo.

Za nekatere posebne namene, na primer za jedraelektromagnetov,se čisto železo proizvaja zelektrolizoraztopineželezovega(II) sulfata.

Proizvodnja surovega železa

Na levi sliki je prikazana predelava surovega železa v kovno železo; na desni sliki so uprizorjeni možje ob plavžu; ilustraciji iz enciklopedije Tiangong Kaiwu, ki jo je leta 1637 objavil Song Ying xing

Delo v železarni v 19. stoletju

Industrijska proizvodnja železa se začne z železovo rudo, večinoma shematitom(Fe₂O₃) inmagnetitom(Fe₃O₄).Limonit,sideritinpiritniogorki so za proivodnjo manj primerni. Proizvodnja železa izželezove gobeje povsem opuščena.

Za redukcijo železovih oksidov v kovinsko železo se uporabljaogljik,pravilomakoks.Redukcija običajno poteka v plavžu pri temperaturi približno 2000 °C. V proces vstopa tudiapnenec(CaCO₃), ki deluje kot talilo in iz rude odstrani silikatne minerale, ki bi sicer zamašili plavž. Ruda, koks in apnenec se vsipata na vrhu plavža, v spodnjem delu pa se v plavž vpihuje vroč zrak. Poraba zraka je približno štiri tone na tono železa.

V plavžu se koks skisikomiz vpihanega zraka oksidira vogljikov monoksid:

2 C + O₂→ 2 CO

Ogljikov monoksid reducira železove okside v tekoče železo in se oksidira vogljikov dioksid:

Fe₂O₃+ 3 CO → 2 Fe + 3 CO₂

Fe₃O₄+ 4 CO → 3 Fe + 4 CO₂

V spodnjem, zelo vročem delu plavža, nekaj oksidov reagira neposredno s koksom:

2 Fe₂O₃+ 3 C → 4 Fe + 3 CO₂

Fe₃O₄+ 2 C → 3 Fe + 2 CO₂

Talilo, pravilomaapnenec(CaCO₃) indolomit(CaMg(CO₃)₂), raztalita nečistoče. Dodajajo se lahko tudi posebna talila, odvisna od sestave rude. Apnenec se v plavžu pretvori vkalcijev oksid,bolj znan kot živo apno:

CaCO₃→ CaO + CO₂

Nastali kalcijev oksid se veže ssilicijevim dioksidomin tvori tekočo žlindro:

CaO + SiO₂→ CaSiO₃

Tekoča žlindra se nabira v spodnjem delu plavža nad gostejšim raztaljenim železom in se skozi stransko odprtino ločeno od železa izpušča iz plavža. Uporabna je za gradnjo cest ali v poljedelstvu za izboljšanje sestave z minerali revne prsti.Glavni proizvod plavža je surovo železo ali grodelj.

Železova ruda je zelo poceni. Njeno ceno določajo predvsem stroški prevoza. Cena železa je potemtakem odvisna od cene goriva in od stroškov drugih za proizvodnjo potrebnih snovi. Za 1000 ton železa je potrebno okoli 2000 ton rude, 1000 ton koksa, 600 ton dodatkov (npr. apnenca), 4000 ton zraka in 30 000 ton tehnološke vode za hlajenje in izpiranje. Iz masne bilance procesa je razvidno, da vsakih 1000 ton železa proizvede 600 ton trdnih odpadkov, 125 ton prahu in 5900 ton plavžnih plinov.

Neposredna redukcija

Peleti železove rude, pripravljeni za proizvodnjo jekla

Zaradi skrbi za okolje so se razvile alternativne metode proizvodnje železa. Z neposredno redukcijo železove rude z zemeljskim plinom (metan) nastane prah, imenovan »gobasto« ali »direktno« železo, ki je primeren za proizvodnjo jekla.Med neposredno redukcijo potekata dve glavni reakciji. V prvi se zemeljski plinkatalitskodelno oksidira:

2 CH₄+ O₂→ 2 CO + 4 H₂

Nastala zmes plinov v peči reducira železovo rudo v trdno gobasto železo:

Fe₂O₃+ CO + 2 H₂→ 2 Fe + CO₂+ 2 H₂O

Kremen iz železove rude se odstrani na že opisan način z dodajanjem apnenca.

Nadaljnja obdelava surovega železa

Fazni diagram Fe-C (točneje Fe₃C), ki tvorita več stabilnihtrdnih raztopin

Surovo železo ali beli grodelj ni čisto, ampak vsebuje 4-5 % raztopljenega ogljika in manjše količine drugih nečistoč, med njimižveplo,magnezij,fosforinmangan.Glavna nečistoča je ogljik, zaradi katerega je železo krhko in trdo. Primerno je za proizvodnjo neketerih ulitih izdelkov, na primer peči, cevi, radiatorjev, stebrov uličnih svetilk in železniških tirnic.

Surovo železo se lahko predela ali vjekloz vsebnostjo ogljika do 2 % ali v kovno železo (tržno čisto železo). Za proizvodnjo teh produktov so potrebni različni metalurški procesi, na primer kovanje, pudlanje, prepihavanje z zrakom v Besssemerjevem ali Thomasovem konverterju, Siemens-Matinovi peči, po Linz-Donawitzovem postopku ali v električni peči. Namen vseh postopkov je oksidacija vsega (ali samo dela) ogljika in drugih nečistoč. K tako pripravljenemu železu se lahko zatem z dodajanjem drugih kovin, najpogostejeSi,Mn,Ni,CrinW,proizvajajo zelo različne jeklene zlitine.

Žilavljenje je postopek, v katerem se kosi jekla nekaj ur segrevajo pri 700-800 in nato počasi ohladijo. Tako obdelano jeklo je mehkejše in bolj kovno.

Laboratorijske metode

V laboratoriju se železo pripravlja praviloma na dva načina: z elektrolizoželezovega(II) kloridana železno katodo in redukcijo železovh oksidov z vodikom pri 500 °C.

Železarstvo na slovenskem ozemlju

Železarstvo na našem ozemlju ima zelo dolgo tradicijo.

Fužinarstvo

Fužinarstvo je zgodovinska gospodarska dejavnost pridobivanja in predelave kovin, predvsem železa, v polizdelke in končne izdelke. Na slovenskem ozemlju so bile fužine (iz beneškoitalijanske narečne besedefusina-topilnica,kovačnica) sprva omejene na lokalne vire železove rude – bobovca, kasneje tudi na bolj oddaljene vire, in lokalne vire energije, predvsem lesnega oglja. Najbolj znane so bile fužine v Bohinju, Savi (Jesenice), Javorniku, Tržiču, Ajdovščini, Dvoru pri Žužemberku in Mežiški dolini. Nanje še vedno spominjajo številna ledinska in krajevna imena, predvsem na severozahodu in severu Slovenije.

Postavitev fužin je bila pogojena s podelitvijo vladarskega ali deželnoknežjega privilegija. Glede na namen so se navadno delile na fužine za razkosanje ali velike laške fužine, fužine za presnanje, fužine za izkovanje ali brescianske fužine, fužine za jeklo, fužine za pločevino in fužine za proizvodnjo specialnih jekel. Med industrijsko revolucijo, ki se je v Angliji začela že v 17. stoletju, na Slovenskem pa mnogo kasneje, so jih zaradi zastarele tehnologije opustili, njihovo vlogo pa so prevzele železarne in jeklarne.

Železarstvo in jeklarstvo

Medindustrijsko revolucijoje na Slovenskem delovalo pet večjih železarskih obratov: na Jesenicah, v Štorah, na Ravnah na Koroškem, na Prevaljah in v Dvoru pri Žužemberku. Eno vidnejših vlog pri razvoju železarstva so imele Jesenice, kjer so odkrili postopek za pridobivanjeferomanganav plavžu.

Jesenice

Predhodnica jeseniške železarne je bila delniškaKranjska industrijska družba,ustanovljena leta 1869. Na Jesenicah je bilo že pred tem nekaj fužin, katerih lastniki so se pogosto menjavali. Obrate na Savi so leta 1766 prevzeli Ruardi, obrate na Plavžu in Javorniku pa leta 1752 Zoisi. Obrati so sprva cveteli, med industrijsko revolucijo pa so postali nekonkurenčni. Ker lastniki niso bili finančno dovolj močni, da bi jih posodobili, so z ljubljanskim lastnikom parnega mlina Lambertom Karlom Lukmannom in veletrgovcema Karlom Kanutom Holzerjem in Vincencom Sunigom ustanovili Kranjsko industrijsko družbo, ki naj bi prevzela upravljanje industrijskih in rudarskih podjetij.

Družba je leta 1870 od Zoisovih dedičev odkupila plavže in fužine na Javorniku, v Radovni, Mostah, Bohinjski Bistrici in Stari Fužini. Leto kasneje je od Viktorja Ruarda odkupila plavž na Savi, dve pudlarski peči z žagami in mlini, fužine v Mojstrani in Globokem, rudnik Savske jame in rudnik manganove rude na Begunjščici. Leta 1873 je sledil še nakup fužin v Slapu pri Tržiču. Posel kljub temu ni cvetel, kot so pričakovali, zato so morali že leta 1882 prodati del posesti.

V jeseniški železarni so iznašli postopek za proizvodnjo feromangan]a, kar ji je prineslo svetovno slavoin zlato medaljo na svetovni razstavi na Dunaju leta 1873. Postopek so kasneje izpopolnili in proizvajali železo s stalno vsebnostjo 40 % mangana, največ v plavžu na Savi. Najvišja vsebnost mangana je dosegla 54 %. Ko je Kranjska industrijska družba zgradila večje in sodobnejše plavže v Trstu, so savske in javorniške plavže leta 1897 in 1904 ugasnili in uvedli predelovalne obrate in proizvodnjo jekla vSiemens-Martinovi peči.

Železarna Jesenice je dosegla ponoven razcvet v 1960. letih in se po razpadu Jugoslavije v 1990. letih preoblikovala v več manjših podjetij. Vodilno podjetje je SŽ Acroni d.o.o., ustanovljeno 23. decembra 1992, ki stalno širi in posodablja proizvodnjo in skrbi tudi za varstvo okolja. V njen proizvodni program spadajo nerjavna, trda, konstrukcijska, orodna in specialna jekla, elektro pločevina in nikljeve zlitine.

Stara železarna, Ravne na Koroškem

Štore

V Štorah se je železarstvo začelo leta 1850, ko je Tirolec Andrieu dobil koncesijo za postavitev pudlarne in valjarne. Oba obrata so odprli leta 1860 in nato dozidali livarno in kovačnco s parnimi kladivi. Leta 1876 je lastnik železarne postal Karel Neufeldt, ki je svojo železarsko in premogovniško posest združil v podjetje Berg-und Hűttenwerk Store s sedežem na Dunaju. Leta 1912-1913 so pudlarske peči odstranili, zgradili novo martinarno z 20-tonsko Siemens-Martinovo pečjo za proizvodnjo jekla, novo toplotno centralo s tremi parnimi kotli in dvema parnima strojema in modernizirali valjarno.

Leta 1950 so začeli izdelovati valje in leta 1959 prvi v Jugoslaviji izdelali valje iz nodularne litine. Leta 1954 so zgradili elektroplavž, ki je pokrival vse lastne potrebe po belem in sivem grodlju, in se v valjarni preusmerili na proizvodnjo vzmeti in specialnih profilov. Leta 1968 se je v livarni II začela proizvodnja specialnih jekel.

Na začetku 1970. let so Siemens-Martinovo peč ustavili in septembra 1973 pognali novo Brlecovo obločno peč za proizvodnjo specialnih jekel. V naslednjih letih so začeli proizvajati tudi traktorje. Po letu 1990 se je zaradi izgube tržišč v razpadli Jugoslaviji proizvodnja jekel prepolovila. Železarna se je reorganizirala v več samostojnih podjetij, ki nadaljujejo štorsko železarsko tradicijo.

Dvor pri Žužemberku

Ostanki Auerspergove železarne na Dvoru

Mrtvaški most je bil postavljen najprej na mestu sedanjegaŠuštarskega mosta

Železarna naDvoru pri Žužemberkuje obratovala od leta 1796 do 1896. Spadala je med največje industrijskih obrate na Slovenskem. Leta 1820 se je usmerjena v železolivarstvo in sredi 19. stoletja ostala edina na našem ozemlju, ki se je ukvarjala s tako imenovanim umetniškim livom. Železovo rudo je dobivala iz Soteske, Repče gore in Hmeljnika, oglje pa iz gozdov bližnjegaKočevskega Roga.

Leta 1806 je posebni odposlanec Jurija Karađorđa na Dvoru naročil 60 topov in možnarjev, vendar je avstrijska vlada pogodbo razveljavila. Livarne na Dvoru so nekaj topov kljub temu na skrivaj izdelale in poslale naročniku.

Leta 1822 je železarno prevzel nov nadzornik Ignacij von Panz in jo še povečal, s čimer je postala največje tovrstno podjetje južno od Alp. Leta 1834 je železarna dobila naziv »Cesarsko-kraljeva privilegirana tovarna za litoželezno in kovano blago kneza Auersperga«. Zaposlovala je več kot petsto delavcev in imela za proizvodnjo svojih izdelkov izdelane natančne predpise. Takšni predpisi so bili takrat v Evropi redki in so pomenili velik napredek v podjetništvu.

Na Dvoru so izdelovali različne železne predmete, od preprostih predmetov za vsakdanjo rabo (kotli, žeblji, pločevina...) do zahtevnih litoželeznih izdelkov, ki so jih tudi izvažali. Na Dvoru so med drugim ulili železno konstrukcijo nekdanjega Mrtvaškega mosta v Ljubljani (sedanjiHradeckega most) in prve vagončke za železnico vPostojnski jami.

Leta 1869 je železarna pogorela, kar je povzročilo zmanjšanje proizvodnje in krčenje železarne. Železarna se ni nikoli več povsem pobrala in zaradi hude konkurence povsem propadla. Zadnji obrat so zaprli leta 1896.

Fužine ob Hublju

Zgodovinaajdovskihfužin se je začela 12. novembra 1561, ko je cesarFerdinand I. Habsburškiizdal koncesijo za dva plavža obHubljuin v dolini Vodic.

Železo se je proizvajalo iz limonita iz rudnika Napredalo medPodkrajeminVodicami.Fužine so bile od samega začetka usmerjene v proizvodnjo kovnega železa. Ko so peči predelali v plavž, je proizvodnja narasla na 45 in celo 200 ton letno. Nova železarna je proizvajala kovno železo, jeklo in grodelj.

Lesno oglje so kuhali vTrnovskem gozduinHrušici.Železo so predelovali v lastnih kovačijah, opremljenih s kovaškimi ognjišči ter kladivi in mehovi na vodni pogon. Kovali so ročna orodja za lastne potrebe, za delo na polju in v vinogradu ter v gozdu in rudniku, izdelovali so granate in krogle ter okovja za ladijske topove. Ulivali so celo retorte za žganjecinabaritav rudnikuživega srebravIdriji.

Fužine so s krajšim presledkom delovale od leta 1561 do leta 1700.

Uporaba

Metalurgija

Proizvodja železa leta 2009 (v milijonih ton)

Država	Železova ruda	Surovo železo	Neposredno reducirano železo	Jeklo
Kitajska	1.114,9	549,4		573,6
Avstralija	393,9	4,4		5,2
Brazilija	305,0	25,1	0,011	26,5
Japonska		66,9		87,5
Indija	257,4	38,2	23,4	63,5
Ruska federacija	92,1	43,9	4,7	60,0
Ukrajina	65,8	25,7		29,9
Južna Koreja	0,1	27,3		48,6
Nemčija	0,4	20,1	0,38	32,7
Svet	1.594,9	914,0	64,5	1.232,4

Železo je najpogosteje uporabljena kovina, saj predstavlja 95 % svetovne proizvodnje kovin. Zaradi nizke cene in visoke trdnosti je nepogrešljivo na primer v strojegradnji, gradbeništvu, ladjedelništvu in avtomobilski industriji. Ker je čisto železo zelo mehko, se najpogosteje legira z drugimi kovinami.

Tržno železo se razvršča na podlagi čistosti in vsebnosti dodatkov. Surovo železo ima 3,5-4,5 % ogljikain različne količine nečistoč, najpogosteje žvepla, silicija in fosforja. Zanimivo je samo kot vmesni produkt za proizvodnjo litine in jekla. Z zmanjšanjem vsebnosti nečistoč, kot sta žveplo in fosfor, ki slabšajo lastnosti železa, nastane siva litina, ki vsebuje 2-4 % ogljika, 1-6 % silicija in manjšo količino mangana.Tališčesive litine je 1140-1200 °C in je nižje od tališč obeh njenih glavnih komponent. Njene mehanske lastnosti so zelo odvisne od oblike ogljika v zlitini.

Bele litine vsebujejo ogljik v oblikiželezovega karbida(cementit, Fe₃C), ki je zelo trd in krhek in igra glavno vlogo v mehanskih lastnostih belih litin. Litine so trde in neodporne na udarce. Na prelomih je polno drobnih ploskev zelo svetlega srebrnega in svetlečega se zdrobljenega železovega karbida.

Železov prah

V sivem železu je ogljik v obliki ločenih lističevgrafita,ki povzročajo stresna mesta. Železo je zaradi ostrih robov delcev grafita krhko. Novejšim različicam sivega žleza, imenovanega raztezno ali žilavo železo, so po posebnem postopku dodani sledovimagnezija,ki lističe grafita pretvorijo v sferoide ali nodule, s čimer se zelo povečata žilavost in trdnost.

Kovaško železo vsebuje manj kot 0,25 % ogljika in veliko žlindre, ki je v obliki tankih vlaken ujeta v kovino.Železo je zato žilavo in kovno in bolj obstojno protikorozijikot jeklo, vendar ne tako taljivo kot surovo železo. Nabrušeni robovi kovine hitro otopijo. V kovaštvu so ga skoraj v celoti izpodrinila lahka ogljikova jekla z 0,05–0,15 % % ogljika. Lahko jeklo je bolj podvrženo koroziji kot kovaško železo, vendar je cenejše in mnogo bolj dostopno.

Ogljikova jekla vsebujejo do 2 % ogljikain majhne količinemangana,žvepla,fosforjainsilicija.Jeklene zlitine vsebujejo poleg različnih količin ogljika tudi druge kovine, med njimikrom,vanadij,molibden,nikelj,volframin druge. Legirni elementi povečajo ceno jekel, zato se uporabljajo samo v posebne namene. Najpogostejša in najbolj znana zlitina jenerjavno jeklo.

Železo: koeficient pojemanja v odvisnosti od energije med 1 meV in 100 keV za več mehanizmov sipanja fotonov

V metalurgiji železa so nedavno razvili vrsto mikrolegiranih jekel (HSLA izangleškegaHigh-strength low-alloy steel) z izredno majhnimi vsebnostmi legirnih elementov, ki z minimalnimi stroški povečajo trdnost. Pogosto izredno povečajo tudi žilavost.

Železo se, med drugim, uporablja tudi za zaščito predionizirajočim sevanjem.Njegov učinek je sicer manjši kot pri drugih zaščitnih materialih, ima pa višjo mehansko odpornost.

Glavna pomanjkljivost železa, jekla in večine zlitin je njihova majhna odpornost proti koroziji. Železo se pred vodo in kisikom zaščiti s premazi, galvanizacijo, pasivacijo, plastificiranjem,bruniranjemali katodno zaščito.

Spojine

Pomen železovih spojin je v primerjavi s pomenom železa v metalurgiji zelo majhen, saj imajo spojine samo nekaj nišnih aplikacijh. Železovi katalizatorji se tradicionalno uporabljajo vHaber-Boschevem procesuproizvodnjaamonijakainFischer-Tropschevem procesupretvarjanjaogljikovega monoksidavogljikovodikeza goriva in maziva.Uprašeno železo v kislih topilih se je uporabljalo za redukcinonitrobenzenavanilin.

Železov(II) klorid se uporablja za čiščenje odpadnih voda, barvanje tkanin, kot barvni aditiv v premazih, aditiv v živalski hrani in jedka za baker v proizvodnji tiskanih vezij.Raztopljen vetanolutvori železovo tinkturo. Drugi železovi halidi so omejeni na laboratorijsko rabo.

Železov(II) sulfat je prekurzor za druge železove spojine. Uporablja se tudi za redukcijo kromatov vcementuin kot prehranski dodatek za zdravljenje slabokrvnosti, ki je posledica pomanjkanja železa. Železov(III) sulfat se uporablja za obarjanje trenutnih drobnih delcev v rezervoarjih za pitno vodo. Železov(II) klorid se uporablja kot redukcijski flokulant, kemikalija za tvorjenje železovih kompleksov, proizvodnjo magnetnih železovih oksidov in reducent v organskih sintezah.

Železo v človeškem organizmu

Železo je eden najpomembnejših biogenih elementov človeškega organizma. Skupna količina železa v telesu zdravega odraslega človeka znaša 4,5 g. Je sestavni del več stoproteinovinencimov,med katerimi so najpomembnejši:

• železo vhemuje sestavni delhemoglobinainmioglobina,ki prenašata kisik in omogočata celično dihanje
• hem jekofaktorcitokromov,ključnih encimov biotransformacijeksenobiotikov,
• hem je kofaktor številnih encimov, ki sodelujejo pri mitohondrijskem prenosu elektronov oz. vdihalni verigi,
• železo vsebujoči proteini z nehemsko strukturo, kot staNADH dehidrogenazainsukcinat dehidrogenaza,so ključni encimi primarnega metabolizma,
• katalazeinperoksidazeso hemski proteini, ki sodelujejo pri razgradnji vodikovega peroksida ter varujejo celice pred škodljivimi kisikovimi zvrstmi,
• hemski encim mieloperoksidazo uporabljajo nevtrofilci pri sintezi hipoklorove kisline, slednjo pa uporabljajo pri uničenju bakterij,
• človeški organizem uporablja železo vsebujoč encim prolil hidroksilazo kot enega izmed senzorjev za hipoksijo ter tako omogoča prilagodljivost človeškega telesa življenju na različnih nadmorskih višinah,
• ribonukleotid reduktaza je železo vsebujoč encim, udeležen pri sintezi DNA

Z uravnoteženo prehrano se v telo dnevno vnese 10 do 30 mg železa. Naravni viri so tako rastlinskega kot živalskega izvora. V naslednji preglednici je prikazana vsebnost železa v posameznih živilih na 100 g živila.

Vsebnost železa v nekaterih živilih

Živilo	Železo (mg)
Leča	11,1
Školjke	10,9
Goveja jetra	10,8
Sezam	10,4
Sojino zrnje	9,7
Piščančja jetra	9,2
Rdeč fižol	6,4
Ostrige	5,1
Govedina na žaru	4,25
Mandlji	4,0
Suhe marelice	3,2
Jajce	2,0
Piščančje prsi	1,9
Tofu	1,2
Losos	1,2
Brokoli	1,0

Absorbcija železa v človeškem organizmu je omejena s fizikalno-kemijskimi lastnostmi železovih ionov in s fiziološkim stanjem železa v organizmu. Železo v živilih živalskega izvora je vezano na proteine, v živilih rastlinskega izvora pa v solehanorganskih kislin.Železo, ki se uporablja v terapijiper os,je v obliki soli anorganskih kislin. V organizmu zdravega, odraslega moškega se absorbira 0,5 do 1,0 mg železa, v organizmu zdrave, odrasle ženske 1,0 do 1,5 mg dnevno. V stanjih povečanih potreb je ta količina bistveno večja. Iz živil živalskega izvora se železo absorbira sorazmerno dobro (20-odstotno), iz živil rastlinskega izvora pa bistveno slabše (10-odstotno). Železo v teh živilih je trivalentno, zato se mora pred absorbcijo reducirati v dvovalentno železo.

Absorbcija poteka po celi dolžinitankega črevesa,največ vdvanajstniku.V celicah črevesa se veže s proteinom apoferitinom v feritin. Absorbcija preneha, ko je porabljen ves apoferitin. Železo se po potrebi sprošča iz feritina, sproščeni apoferitin pa se vrne v ciklus. Absorbcija železa je torej omejena s količino prostega apoferitina (mukozna blokada). Če so potrebe po železu majhne, zaloge pa velike, se celotna količina absorbiranega železa prenese v feritin. Organizem se s tem zavaruje pred preveliko absorpcijo železa. Pred vstopom v plazmo se železo veže na feriglobulin in nastane transferin, s katerim se prenaša do ciljnega organa, kjer se veže na specifične receptorje. V procesu endocitoze transferin vstopa v eritroblast, sprošča železo in se uporablja v sintezi hemoglobina. Ena molekula transferina lahko veže največ 2 fero iona. Z merjenjem vsebnosti transferina se lahko določi kapaciteta možnega vezanega železa. Neuporabljeno železo se deponira v jetrih, vranici in kostnem mozgu kot rezervno železo. Železo se vskladišči v dveh oblikah. Pogostejši je feritin, topen v vodi, ki je sestavljen iz kristalov železovega hidroksida, prekritega z luskami beljakovine apoferitin. Druga oblika je v vodi netopen hemosiderin. Vsebnost plazmatskega feritina se lahko uporabi za oceno zalog železa v organizmu. Absorpcija in prenosna kapaciteta se lahko povečata pri pomanjkanju železa, hipoksiji, anemiji, pri povečani sintezi transferina.

Nekateri dejavniki bodisi povečujejo bodisi zmanjšujejo absorbcijo železa. Med pospeševalce absorbcije spadajo:

• askorbinska kislina(vitamin C), ki reducira trovalentno železo v dvovalentno in tvori komplekse z dvovalentnim železom, ki ima visoko biološko uporabnost; trovalentno železo se praktično ne absorbira
• druge organske kisline, kot socitronska,maleinska inmlečna kislina,ki vse po vrsti tvorijo različne komplekse z železovimi ioni Fe²⁺,in tako olajšajo njihovo absorbcijo
• rdeče meso, ribe in perutnina razen tega, da vsebujejo železo v hemu, pospešujejo absorpcijo nehemskega železa

Zaviralci absorpcije so naslednji:

• fitinska kislinaje prisotna v stročnicah, žitaricah in rižu; majhne količine fitinske kisline (5 do 10 mg) lahko zavrejo absorpcijo nehemskega železa do 50 %, zaradi česar je absorpcija železa iz stročnic (soja,fižol,leča,grah) izjemno nizka
• polifenoli iz sadja, zelenjave, kave, čaja, vina in začimb lahko znatno zavrejo absorpcijo železa
• sojini proteini močno zavirajo absorpcijo železa, kar deloma sovpada s količino fitatov.

Priporočeni dnevni odmerki železa po starostnih obdobjih so predstavljeni v naslednji preglednici:

Dnevne potrebe po železu

Življenjsko obdobje	Starost	Moški (mg/dan)	Ženske (mg/dan)
Dojenčki	0-6 mesecev	0,27	0,27
Dojenčki	7-12 mesecev	11	11
Otroci	1-3 leta	7	7
Otroci	4-8 let	10	10
Otroci	9-13 let	8	8
Adolescenti	14-18 let	11	15
Odrasli	19-50 let	8	18
Odrasli	>51 let	8	8
Nosečnice	vse starosti	-	27
Dojilje	18 let in mlajše	-	10
Dojilje	19 let in starejše	-	9

Pomanjkanje železa

Pomanjkanje železa je najpogostejša oblika pomanjkanja mikroelementov v svetu. Poznamo tri ravni pomanjkanja železa:

• izčrpane so zaloge, vendar funkcionalnega pomanjkanja še ni,
• zgodnje funkcionalno pomanjkanje železa že moti nastajanje rdečih krvnih celic,
• daljše pomanjkanja železa povzroči mikrocitno hipokromno slabokrvnost (anemijo), za katero so značilne majhne rdeče krvne celice z nizko vsebnostjo hemoglobina. Simptomi, kot so bledica, utrujenost, slabost, so posledica nezadostne oskrbe s kisikom. Ravno tako je moten potek vseh telesnih procesov, v katerih sodelujejo snovi, ki vsebujejo železo. Anemija zaradi pomanjkanja železa se zdravi z železovimi prehranskimi dopolnili.

Vzroki za pomanjkanje so lahko:

• hitra rast,
• nosečnost, v kateri so potrebe po železu povečane zaradi oskrbe zarodka in posteljice ter povečanja volumna krvi,
• kronična krvavitev v nekaterih boleznih,
• akutna krvavitev, ki običajno povzroči le kratkotrajno pomanjkanje, saj se izčrpajo samo zaloge železa v krvi,
• bolezni, ki povzročajo slabšo absorbcijo železa v črevesju (celiakija,infekcija),
• vegetarijanstvo, ker je biološka razpoložljivost železa iz rastlinskih virov precej manjša kot biološka razpoložljivost iz živalskih virov; vegetarijanci morajo zaužiti približno 80 % več železa in paziti, da zaužijejo dovolj snovi, ki optimirajo absorbcijo železa,
• redna in intenzivna telesna vadba; potrebe telesno aktivnih ljudi so lahko do 30 % višje kot pri neaktivni populaciji.

Pri pomanjkanju železa pridejo v poštev prehranska dopolnila, ki vsebujejo železo v različnih oblikah in z različno vsebnostjo elementarnega železa:

• železov (II) sulfat heptahidrat, 22 % elementarnega železa,
• železov (II) sulfat monohidrat, 33 % elementarnega železa,
• železov (II) glukonat, 12 % elementarnega železa,
• železov (II) fumarat, 33 % elementarnega železa.

Toksičnost

Primeri zastrupitev z železom so redki. Pojavljajo se pri namernem jemanju velikih odmerkov ali pri obolenjih hemokromatoze, katerih vzrok je podedovana motnja čezmerne absorpcije železa. Smrtna doza je med 200 in 250 mg/kg telesne teže, simptomi akutne zastrupitve pa se lahko pojavijo že pri 20–60 mg/kg telesne teže. Simptomi se lahko pojavijo v štirih fazah:

• 1-6 ur po zaužitju lahko pride do slabosti, bruhanja, šibkega srčnega utripa, nizkega krvnega tlaka, letargije in bolečin v trebušnem predelu,
• če zastrupitev ne povzroči takojšnje smrti, se lahko simptomi umirijo za naslednjih 12-24 ur,
• 12-48 ur po zaužitju se simptomi vrnejo in lahko vključujejo še odpovedovanje srčno-žilnega sistema, jeter, ledvic in centralnega živčnega sistema,
• 2-6 tednov po zaužitju se lahko razvijejo kronične poškodbe jeter, želodca in centralnega živčnega sistema.

Interakcije

Železo lahko vstopa v interakcije z mnogimi zdravili, pa tudi z določeno hrano in sestavinami hrane. Mleko, jajca, kava, črni čaj, fitinska kislina, celulozna vlakna zmanjšujejo absorpcijo železa, medtem ko jo alkohol znatno povečuje, kar lahko povzroči tudi toksičnost.

• Tetraciklinski antibiotiki: hkratna uporaba železa in tetraciklinskih antibiotikov lahko povzroči klinično pomembno interakcijo in zmanjša terapevtsko koncentracijo antibiotika, zato se uživanje železa priporoča najmanj dve uri pred antibiotikom ali po njem.
• Etidronat: klinično pomembna interakcija lahko nastane pri hkratni uporabi železa in etidronata, v kateri se pomembno zmnanjšuje absorpcija etidronata, zato se priporoča ločeno jemanje.
• Fluorokinoloni: hkratna uporaba železa in fluorokinolonov lahko izzove heliranje fluorokinolonov in tako zmanjša absorpcijo ter povzroča znižanje terapevtske vrednosti v seču in serumu. Da bi se zmanjšala možnost te klinično pomembne interakcije, se priporoča ločeno jemanje.
• Cimetidin, antacidi, kalcijeve spojine: lahko zmanjšajo absorpcijo železa, zato se mora povečati skupni dnevni vnos.
• Vitamin E: večji odmerki železa lahko katalizirajo oksidacijo in povečajo potrebe po vitaminu E.

Zunanje povezave

• železovperiodnem sistemu video posnetkov(Univerza v Nottinghamu)

Viri

• Vovk Tomaž, Obreza Aleš.Prehranska dopolnila I: minerali in vitamini.Fakulteta za farmacijo, Ljubljana 2009
• Medić-Šarić Marica, Buhač Ines, Bradamante Vlasta.Vitamini in minerali.Ins obs medicus, Ptuj 2002
• Pokorn Dražigost.Prehrana v različnih življenjskih obdobjih: prehranska dopolnila v prehrani.Marbona, Ljubljana 2005
• Weeks, Mary Elvira; Leichester, Henry M. (1968).Elements Known to the Ancients. Discovery of the Elements.Easton, PA: Journal of Chemical Education. str. 29–40.ISBN 0-7661-3872-0.LCCN 68-15217

Zunanje povezave

• Predstavnosti o temiželezov Wikimedijini zbirki