Železo

Tlak pary
Železo; (ferrum)
	mangán ← železo → kobalt
	Periodická tabuľka
	4. perióda, 8. skupina, blok d
	prechodné prvky, kovy
Vzhľad
	striebrolesklý kov so sivým nádychom
	; Emisné spektrum
Atómové vlastnosti
Atómová hmotnosť	55,845 g·mol−1
Elektrónová konfigurácia	[Ar] 3d6 4s2
Atómový polomer	126 pm
Kovalentný polomer	132 pm
Kovový polomer	126 pm
Iónový polomer; pre: Fe2+	74 pm
Chemické vlastnosti
Elektronegativita	1,83 (podľa Paulinga)
Ionizačná energia(e)	1: 762,5 kJ.mol−1; 2: 1 561,9 kJ.mol−1; 3: 2 957 kJ.mol−1; 4: 5 680 kJ.mol−1
Oxidačné číslo(a)	II, III, IV, VI
Št. potenciál; (Fe2+/Fe)	−0,440 V
Fyzikálne vlastnosti (za norm. podmienok)
Skupenstvo	pevné
Hustota	7,874 kg·dm−3
Hustota kvapaliny; (pri 1 811 K)	6,98 kg·dm−3
Teplota topenia	1 811 K (1 537,85 °C)
Teplota varu	3 134 K (2 860,85 °C)
Sk. teplo topenia	13,81 kJ·mol−1
Sk. teplo varu	340 kJ·mol−1
Tepelná kapacita	25,10 J·mol−1·K−1
Iné
Kryštálová sústava	kubická, priestorovo centrovaná
Magnetizmus	feromagnetický
Elektrický odpor	96,1 nΩ·m
Tep. vodivosť	80,4 W·m−1·K−1
Tep. rozťažnosť	11,8 µm·m−1·K−1
Rýchl. zvuku	5 120 m·s−1
Youngov modul	211 GPa
Pružnosť v šmyku	82 GPa
Objemová pružnosť	170 GPa
Poissonovo č.	0,29
Tvrdosť (Mohs)	4
Tvrdosť (Brinell)	490 MPa
Reg. číslo CAS	7439-89-6
Izotop(y) (vybrané)
Commons ponúka multimediálny obsah na tému železo.
	Chemický portál

Železo (lat. Ferrum) je chemický prvok v Periodickej tabuľke prvkov, ktorý má značku Fe a protónové číslo 26. Železo je pomerne mäkký, striebrosivý kov. Patrí medzi prechodné prvky. Chemicky je pomerne reaktívny, reaguje s kyselinami za uvoľňovania vodíka. Pôsobením vzdušnej vlhkosti a kyslíka sa oxiduje za vzniku zmesi hydratovaných oxidov a hydroxidov železa, nazývaných hrdza. Tento proces je veľký problém pre priemysel, nakoľko železo je jeden z najpoužívanejších kovov. Ako ochrana sa používajú rôzne nátery, pasivácia pôsobením kyseliny fosforečnej (vznik pevnej vrstvičky fosforečnanov), pokovovanie, atď.

Zlúčeniny

Najbežnejší oxidačný stupeň zlúčenín železa je +2 a +3. Zo zlúčenín sú to najmä oxid železnatý (FeO), oxid železitý (Fe₂O₃), a podvojný oxid železnato-železitý (Fe₃O₄). Používajú sa najmä na výrobu čistého železa.

Železo ako prechodný prvok tvorí množstvo komplexov, v nich vystupuje najčastejšie v koordinačných číslach 4 a 6. Komplexy železa sú pomerne stabilné. Z najznámejších uvedieme hexakyanoželeznatan draselný (žltá krvná soľ) K₄[Fe (CN)₆], hexakyanoželezitan draselný (červená krvná soľ) K₃[Fe (CN)₆] – používané v analytickej chémii, a pentakarbonyl železa Fe(CO)₅, používaný na laboratórnu prípravu čistého železa.

Ďalšie používané zlúčeniny sú síran železnatý (FeSO₄), chlorid železitý (FeCl₃).

Je známy aj výskyt oxidačných stupňov +4, +5, +6 (K₂FeO₄). Dané zlúčeniny sú veľmi silné oxidovadlá.

Výskyt

Železo je jedným z najrozšírenejších prvkov v zemskom telese (5 hm. %). Jeho distribúcia však nie je rovnomerná, smerom od povrchu k jadru jeho obsah narastá, samotné jadro je tvorené zliatinou niklu a železa v pomere ~85 % Fe: ~6 % Ni. V prírode sa železo vyskytuje v rôznych, najčastejšie mafických horninách – bazalt a mineráloch – pyroxény, amfiboly, olivín. Významné minerály železných rúd, z ktorých sa železo priemyselne vyrába sú: hematit, limonit, v magnetit, siderit^[1]. Mnohé iné minerály obsahujú tiež železo, no jeho extrakcia z nich nie je rentabilná resp. energeticky veľmi náročná, napr. pyrit. Svetovo najvýznamnejšími ložiskami železných rúd sú takzvané páskované železné formácie.

Výskyt čistého železa je vzácny (niektoré náleziská v Grónsku a Švédsku). Nachádza sa aj tzv. železných meteoritoch, v podobe zliatin s niklom.

Výroba

Bližšie informácie v hlavnom článku: surové železo

Železo je ľudstvu známe už od staroveku (halštadská a laténska doba), jeho väčšia priemyselná produkcia sa začala až v 18. storočí. Na výrobu sa používajú už vyššie spomenuté rudy (hematit, magnetit, siderit, limonit).

Výroba je založená na redoxných reakciách s oxidom uhoľnatým, resp. uhlíkom v tzv. vysokých peciach. Do vysokej pece sa dávkujú upravené rudy, koks a vápenec, príp. oxid kremičitý. Teplota v peci je okolo 1 800 °C a prebieha tam niekoľko procesov:

spaľovanie koksu za vzniku oxidu uhličitého, alebo uhoľnatého

C + O₂ → CO₂

2C + O₂ → 2CO

redukcia železa oxidom uhoľnatým

3 CO + Fe₂O₃ → 2 Fe + 3 CO₂

prípadne uhlíkom

3 C + Fe₂O₃ → 2 Fe + 3 CO

vznik trosky (ochrana roztaveného železa pred spätnou oxidáciou)

CaO + SiO₂ → CaSiO₃

Celý proces prebieha nepretržite, do vrchnej časti sa pridáva ruda, koks, troskotvorné prísady a zo spodnej časti sa v pravidelných intervaloch odpúšťa roztavené železo (odpich železa).

Pyrit sa nepoužíva ako surovina na výrobu železa, nakoľko obsahuje síru, ktorá vytvára nežiaduce sulfidy.

Použitie

Železo je najpoužívanejší kov. Surové železo obsahuje okrem uhlíka aj rôzne prímesi, preto nemá vhodné vlastnosti na priame použitie. Jeho úpravou sa vyrábajú rôzne druhy liatin. Liatina je pomerne tvrdá, ale krehká, s malými možnosťami ďalšieho spracovania. Má však veľmi dobré lejacie vlastnosti. Preto sa používa na výrobky, kde nie je požadovaná veľká presnosť opracovania a ktoré je možné vyrobiť odlievaním (napr. poklopy, radiátory). Existujú však aj typy liatin s upravenými vlastnosťami.

Odstraňovaním uhlíka zo surového železa sa získava oceľ, ktorá je neporovnateľne lepšie spracovateľná, je kujná, ohybná. Prísadami iných kovov (mangán, chróm, vanád, wolfrám, kobalt a i.) sa upravujú rôzne mechanické vlastnosti ocele (pevnosť, tvrdosť, chemická odolnosť a mnoho ďalších). S oceľou sa stretávame v každodennom živote (doprava, priemysel, stroje, stavebníctvo).

Viac informácií o použití železa nájdete v kategóriách Liatiny a Oceľ

Biologický význam

Železo je dôležitý biogénny prvok. Ako centrálny atóm organokovového komplexu hemu, zabudovaného do bielkoviny hemoglobín hrá dôležitú úlohu v organizme teplokrvných živočíchov pri transporte kyslíka z pľúc do buniek.

Hemoglobín je viazaný v červených krvinkách. Kyslík je na hemoglobín viazaný koordinačnou väzbou. Problém nastáva, ak sa do pľúc dostane ligand s väčšou väzbovou energiou (oxid uhoľnatý), ktorý vytlačí kyslík a dochádza k zablokovaniu jeho prenosu.

Hlavným zdrojom železa v potrave sú vnútornosti (pečeň, srdce) a mäso, ale aj strukoviny a listová zelenina.