Železo

Izotop	NA	t_1/2	ZM	ER MeV	PR
⁵⁴Fe	5,8 %	Fe je stabilný pri 28 neutrónoch
⁵⁵Fe	{syn.}	2,73 r	ε capture	0,231	⁵⁵Mn
⁵⁶Fe	91,72 %	Fe je stabilný pri 30 neutrónoch
⁵⁷Fe	2,2 %	Fe je stabilný pri 31 neutrónoch
⁵⁸Fe	0,28 %	Fe je stabilný pri 32 neutrónoch
⁵⁹Fe	{syn.}	44,503 d	β	1,565	⁵⁹Co
⁶⁰Fe	{syn.}	1,5E⁶ r	β^-	3,978	⁶⁰Co

Vlastnosti NMR

	⁵⁷Fe
Spin jadra	1/2
gamma / rad/T	0,8687 × 10⁷
Citlivosť k ¹H	7,39 × 10^-7
Larmorova frekvencia pri B = T	M Hz

Pokiaľ je to možné a bežné, používame jednotky sústavy SI.
Ak nie je hore uvedené inak,
údaje sú za normálnych podmienok (NTP/STP).

[úprava] Charakteristika

Železo je pomerne mäkký, striebrosivý kov. Patrí medzi prechodné prvky. Chemicky je pomerne reaktívne, reaguje s kyselinami za uvoľnovania 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.

[úprava] 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 množtvo 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.

[úprava] 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 sú železné rudy: hematit, limonit, v magnetit, siderit a pyrit, z ktorých sa železo priemyslene vyrába.

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

Halda železnej rudy.

[úprava] Výroba

Železo je ľudstvu známe už od praveku (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

6 CO + 2 Fe₂O₃ → 4 Fe + 6 CO₂

prípadne uhlíkom

3 C + Fe₂O₃ → 2 Fe + 3 CO

vznik strusky (ochrana roztaveného železa pred spätnou oxidáciou)

CaO + SiO₂ → CaSiO₃

Celý proces prebieha nepretržite, do vrchnej časti sa pridáva ruda, koks, struskotvorné 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 nežiadúce sulfidy.

[úprava] Použitie

Železo je najpoužívanejší kov v súčasnosti. Surové železo obsahuje rôzne prímesi (najčastejšie uhlík) a nazýva sa liatina. Je pomerne tvrdá, ale krehká, s malými možnostami ďaľšieho spracovania. Používa sa na výrobky, kde nie je požadovaná veľká presnosť opracovania (napr. poklopy, radiátory).

Odstraňovaním uhlíka sa získava oceľ, ktorá je neporovnateľne lepšie spracovateľnejšia, 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 ďaľších). S oceľou sa stretávame v každodennom živote (doprava, priemysel, stroje, stavebníctvo).

[úprava] Biologický význam

Železo je dôležitý biogénny prvok. Ako centrálny atóm organokovového koplexu 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. Doporučený denný príjem železa v potrave je 1 mg Fe.