železo
Železo (lat. Ferrum) je chemický prvek v periodické tabulce prvků, který má značku Fe a protonové číslo 26. Železo je poměrně měkký, stříbrošedný kov. Patří mezi přechodné prvky. Chemicky je poměrně reaktivní, reaguje s kyselinami za uvolňování vodíku. Působením vzdušné vlhkosti a kyslíku se oxiduje za vzniku směsi hydratovaných oxidů a hydroxidů železa, nazývaných rez. Tento proces je velký problém pro průmysl, jelikož železo je jeden z nejpoužívanějších kovů. Jako ochrana se používají různé nátěry, pasivace působením kyseliny fosforečné (vznik pevné vrstvičky fosforečnanů), pokovování, atp.
Sloučeniny
Nejběžnější oxidační stupeň sloučenin železa je +2 a +3. Ze sloučenin jsou to zejména oxid železnatý (FeO), oxid železitý (Fe2O3), a podvojný oxid železnato-železitý (Fe3O4). Používají se zejména k výrobě čistého železa.
Železo jako přechodný prvek tvoří množství komplexů, v nichž vystupuje nejčastěji v koordinačních číslech 4 a 6. Komplexy železa jsou poměrně stabilní. Z nejznámějších uvedeme hexakyanoželeznatan draselný (žlutá krevní sůl) K4[Fe(CN)6], hexakyanoželezitan draselný(červená krevní sůl) K3[Fe(CN)6]– a používané v analytické chemii, pro laboratorní přípravu čistého železa.
Další používané sloučeniny jsou síran železnatý (FeSO4), chlorid železitý (FeCl3).
Je znám také výskyt oxidačních stupňů +4, +5, +6 (K2FeO4). Dané sloučeniny jsou velmi silná oxidovadla.
Výskyt
Železo je jedním z nejrozšířenějších prvků v zemském tělese (5 hm. %). Jeho distribuce však není rovnoměrná, směrem od povrchu k jádru jeho obsah narůstá, samotné jádro je tvořeno slitinou niklu a železa v poměru ~85 % Fe: ~6 % Ni. V přírodě se železo vyskytuje v různých, nejčastěji mafických horninách – bazalt a minerálech – pyroxeny, amfiboly, olivín. Významné minerály železných rud, ze kterých se železo průmyslově vyrábí jsou: hematit, limonit, magnetit, siderit[1]. Mnohé jiné minerály obsahují také železo, ale jeho extrakce z nich není rentabilní resp. energeticky velmi náročná, například. pyrit. Světově nejvýznamnějšími ložisky železných rud jsou takzvané páskované železné formace.
Výskyt čistého železa je vzácný (některá naleziště v Grónsku a ve Švédsku). Nachází se také tzv. železných meteoritech, v podobě slitin s niklem.
Výroba
Halda železné rudy.
Železo je lidstvu známo již od starověku (halštadská a laténská doba), jeho větší průmyslová produkce začala až v 18. století. Na výrobu se používají již výše zmíněné rudy (hematit, magnetit, siderit, limonit).
Výroba je založena na redoxních reakcích s oxidem uhelnatým, resp. uhlíkem vysokých pecích. Do vysoké pece se dávkují upravené rudy, koks a vápenec, příp. oxid křemičitý. Teplota v peci je kolem 1800°C a probíhá tam několik procesů:
spalování koksu za vzniku oxidu uhličitého nebo uhelnatého
C + O2 → CO2
2C + O2 → 2CO
redukce železa oxidem uhelnatým
3 CO + Fe2O3 → 2 Fe + 3 CO2
případně uhlíkem
3 C + Fe2O3 → 2 Fe + 3 CO
vznik strusky (ochrana roztaveného železa před zpětnou oxidací)
CaO + SiO2 → CaSiO3
Celý proces probíhá nepřetržitě, do vrchní části se přidává ruda, koks, struskotvorné přísady a ze spodní části se v pravidelných intervalech odpouští roztavené železo (odpich železa).
Pyrit se nepoužívá jako surovina pro výrobu železa, jelikož obsahuje síru, která vytváří nežádoucí sulfidy.
Použití
Železo je nejpoužívanější kov. Syrové železo obsahuje kromě uhlíku i různé příměsi, proto nemá vhodné vlastnosti pro přímé použití. Jeho úpravou se vyrábějí různé druhy litin. Litina je poměrně tvrdá, ale křehká, s malými možnostmi dalšího zpracování. Má však velmi dobré lející vlastnosti. Proto se používá na výrobky, kde není požadována velká přesnost opracování a které lze vyrobit odléváním (např. poklopy, radiátory). Existují však také typy litin s upravenými vlastnostmi.
Odstraňováním uhlíku ze surového železa se získává ocel, která je nesrovnatelně lépe zpracovatelná, je kujná, ohebná. Přísadami jiných kovů (mangan, chrom, vanad, wolfram, kobalt aj.) se upravují různé mechanické vlastnosti oceli (pevnost, tvrdost, chemická odolnost a mnoho dalších). S ocelí se setkáváme v každodenním životě (doprava, průmysl, stroje, stavebnictví).
Více informací o použítí železa naleznete v kategoriích Litiny a Ocel
Biologický význam
Železo je důležitý biogenní prvek. Jako centrální atom organokovového komplexu hemu, zabudovaného do bílkoviny hemoglobin, hraje důležitou roli v organismu teplokrevných živočichů při transportu kyslíku z plic do buněk.
Hemoglobin je vázán v červených krvinkách. Kyslík je na hemoglobin vázán koordinační vazbou. Problém nastává, pokud se do plic dostane ligand s větší vazebnou energií (oxid uhelnatý), který vytlačí kyslík a dochází k zablokování jeho přenosu.
Hlavním zdrojem železa v potravě jsou vnitřnosti (játra, srdce) a maso, ale i luštěniny a listová zelenina.