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Verbreitung
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Verbindungen
26, Eisen (Fe)
Ferrum, lat. ferrum = Eisen
Das Element Eisen:
Mn
Fe
Co
Tc
Ru
Rh
Natürliche Entstehung von Eisen (Nukleosynthese):
Eisen entsteht in Form des Nuklids Fe-56 während der Nukleosynthese als Hauptprodukt des Siliciumbrennens und damit der stellaren Kernfusionsreaktionen überhaupt. Daneben wird Fe-54 durch (p,γ)-Prozesse aus Cr-52, dem häufigsten Chromisotop gebildet. Die beiden schweren Isotope, Fe-57 und Fe-58 entstehen nur in geringem Ausmaß durch s-Prozesse in Roten Riesen oder nach Supernova-Explosionen aus Fe-56 heraus. Dies wird dadurch deutlich, dass Fe-58 als (g,g)-Kern
seltener
ist als Fe-57 (welches eine ungerade Neutronenzahl besitzt, und daher häufiger sein sollte).
Die beiden Eisenkerne Fe-57 und Fe-58 sind zugleich die leichtesten Kerne, die nicht mehr direkt infolge Fusionsprozessen in Sternen direkt gebildet werden können. So setzt sich das natürliche Isotopengemisch des Eisens wie folgt zusammen: Fe-56: 91,754%; Fe-54: 5,845%; Fe-57: 2,119% und Fe-58: 0,282%.
Eisen-54 zerfällt mit sehr langer Halbwertszeit von 31 Trilliarden Jahren unter Doppeltem Elektroneneinfang zu Chrom-54. Daher hat Eisen eine überaus schwache Eigenstrahlung von 4,62•10
-7
Becquerel/kg. Um sich zu verdeutlichen, wie geringfügig diese Eigenstrahlung des Eisens ist, sei folgender Vergleich herangezogen: Die Menge reinsten Eisens natürlicher Zusammensetzung, in welcher ein Zerfall an Fe-54 pro Sekunde stattfindet, beträgt rund 2.160 Tonnen! Bei natürlich zusammengesetztem Kalium entspricht die Menge, von welcher 1 Zerfall an K-40 pro Sekunde ausgeht dagegen 32 Milligramm. Dies veranschaulicht, wie gering und damit auch ungefärlich diese Eigenstrahlung des Eisens ist, bedenkt man doch, dass der menschliche Körper weit mehr Kalium als Eisen enthält.
Eisen-Synthese:
56
Fe-Synthese:
(Siliciumbrennen):
28
Si +
28
Si →
56
Ni + 10,92 MeV
56
Ni + e
-
→
56
Co + 2,14 MeV (t½=6,075 Tage)
56
Co + e
-
→
56
Fe + 4,56 MeV (t½=77,2 Tage)
54
Fe-Synthese:
(p,γ-Prozess):
52
Cr + p →
53
Mn + 6,56 MeV
53
Mn + p →
54
Fe + 8,85 MeV
57
Fe-Synthese:
(s-Prozess):
56
Fe + n →
57
Fe + 7,65 MeV
58
Fe-Synthese:
(s-Prozess oder r-Prozess):
57
Fe + n →
58
Fe + 10,05 MeV
56
Fe + 2n →
58
Fe + 17,69 MeV
Vorkommen von Eisen:
Eisen ist im Universum das sechsthäufigste Element, da es das Hauptfusionsprodukt der meisten Sterne darstellt. Es ist zugleich das häufigste Metall.
Im Aufbau der Erde ist Eisen ebenfalls mit rd. 32% das häufigste Element; gleiches gilt auch für den Aufbau der anderen terrestrischen Planeten unseres Sonnensystems (Merkur, Venus, Mars). Die Erdkruste besteht zu 5,6% aus Eisen (Rang 4), die Erdhülle zu 4,7% (Rang 4). Damit ist es hier das zweithäufigste Metall nach Aluminium. Eisen bildet zusammen mit Sauerstoff drei Oxide, die entweder eigenständig oder in Verbindung anderer Metalloxide zahlreiche Mineralien bilden. Die rote Färbung des Mars' rührt von der Farbe des Eisen(III)oxids her, aus welchem die Marskruste ganz überwiegend besteht. Eisen ist im Aufbau der Marskruste noch häufiger vorhanden als im Aufbau der Erdkruste (Rang 3, nach Sauerstoff und Silicium).
Eisenhaltige Mineralien und Gesteine:
Die häufigsten eisenhaltigen Mineralien sind der Roteisenstein und der Brauneisenstein. Diese beiden sind zugleich auch die wichtigsten Eisenerze. Weitere wichtige eisenhaltige Mineralien sind der Magneteisenstein, der Pyrit, der Chalkopyrit und das Meteoreisen. In Vergesellschaftung mit Siliciumdioxid, Aluminiumoxid und Calciumoxid ist Eisenoxid praktisch überall auf der Erdoberfläche zu finden.
Relativ selten findet sich Eisen auch in elementarer, gediegener Form als eigenständiges Mineral. Dies ist allerdings nur dort möglich, wo zunächst reduktive Bedingungen unter Ausschluss von Schwefelverbindungen in der Entstehungszone vorlagen. So findet es sich z.B. in Basaltlagerstätten bei Kassel in gediegener Form. Auch Meteoreisen stellt eine Eisenlegierung in mineralischer Form dar.
In der belebten Natur findet sich Eisen in Form von Hämoglobin als Bestandteil des Blutes von Wirbeltieren. Der menschliche Körper enthält rd. 57 mg/kg Körpermasse Eisen.
Das Vorkommen von Eisen:
Brauneisenstein, FeOOH
[1]
Roteisenstein, Fe
2
O
3
[2]
Magnetit, Fe
3
O
4
[3]
Pyrit, FeS
2
[3]
Chalkopyrit, CuFeS
2
[4]
Chromeisenstein, FeCr
2
O
4
[5]
Meteoreisen, Fe
[1]
Ilmenit, FeTiO
3
[8]
Pentlandit, (Fe|Ni)
8
S
9
[5]
Marsoberfläche
[6]
Erdoberfläche (Grand Canyon)
[7]
Supernova-Explosion SN1987A
[6]
Eisen-Gewinnung:
Eisen wird aus verschiedenen Eisenerzen gewonnen. Brauneisenstein (FeOOH) enthält bis zu 62% Fe im Erzanteil, Roteisenstein (Fe
2
O
3
) bis zu 69% und Magneteisenstein (Fe
3
O
4
, Magnetit) bis zu 72% Fe. Die Erze enthalten außer den Eisenmineralien noch Schlacken (&guot;Gangart").
Verhüttung.
Die Eisenerze werden zermahlen und mit Zuschlagstoffen vermischt. Enthalten die Erze saure Mineralien (Siliciumdioxid, Aluminiumoxid) so wird Kalk zugeschlagen; enthält das Erz umgekehrt alkalische Mineralien so schlägt man Siliciumdioxid zu. Mit dieser Mischung wird dann der Hochofen beschickt, und zwar abwechselnd mit Koks. Zuletzt wird die oberste Schicht angezündet, worauf von oben nach unten eine Reduktion des Erzes zu Eisen in mehreren Stufen stattfindet. Der Hochofen wird nach einmaligem Enzünden in Intervallen immer wieder von oben nachgefüllt, so dass kontinuierlich Eisen gewonnen werden kann. Das Erz-Zuschlaggemisch setzt sich also von oben nach unten durch, und wird dabei zu Eisen reduziert. Die Reaktionen in den einzelnen Zonen lassen sich wie folgt beschreiben:
Trocknungszone:
Der Bereich im oberen Schacht des Hochofens mit Temperaturen von 200°C bis 400°C wird als Trocknungszone bezeichnet. Hier wird das Erz-Zuschlaggemisch durch die von unten durchströmenden heißen Gase vorgewärmt.
Reduktionszone:
Der Bereich im mittleren Schacht mit Temperaturen zwischen 400°C und etwa 1000°C wird als Reduktionszone bezeichnet. Hier wird Eisen(II,III)oxid mit dem weiter unten in der Kohlungszone entstehenden Kohlenmonoxid zu festem Eisen oder Eisen(II)oxid reduziert.
3Fe
2
O
3
+ CO → 2Fe
3
O
4
+ CO
2
+ 47,2 kJ
Fe
3
O
4
+ CO + 19,4 kJ → 3FeO + CO
2
FeO + CO → Fe + CO
2
+ 11 kJ
Kohlungszone:
Der Bereich in Höhe des Kohlensacks mit einer Temperaturspanne zwischen etwa 1000°C und 1200°C wird als Kohlungszone bezeichnet. Hier entsteht aus dem in der Reduktionszone entstandenen festen Eisen und dem Koks ein Eisen-Kohlenstoff-Gemisch, welches aufschmilzt. Weiter wird hier ein Teil der noch verbliebenen Eisenoxide direkt vom Kohlenstoff zu Eisen unter Bildung von Kohlenmonoxid reduziert.
3FeO + 4C + 489,2 kJ → Fe
3
C + 3CO
Fe
2
O
3
+ 3C + 492,7 kJ → 2Fe + 3CO
Fe
3
O
4
+ 4C + 676,4 kJ → 3Fe + 4CO
Schmelzzone:
Durch das Einblasen von Luft ("Wind") verbrennt der noch vorhandene Kohlenstoff zu Kohlenmonoxid, welches nun das noch vorhandene Eisenoxid vollständig zu Eisen reduziert. Auch das dabei gebildete Kohlendioxid reagiert mit Kohlenstoff wieder zu Kohlenmonoxid und steht für die Reduktion wieder zur Verfügung (Boudouard-Gleichgewicht). Dabei entstehen Temperaturen von bis zu 2000°C. Dabei verbindet sich nun der Kalk (der nun als Branntkalk, CaO vorliegt) mit den Schlackenanteilen des Erzes zu Calciumsilicat-Calciumaluminat-Gemischen, die bei diesen Temperaturen schmelzen. Das spezifisch dichtere Roheisen, dass in der Schlacke unlöslich ist, setzt sich nach unten ab, während die Schlacke oben aufschwimmt.
2 C + O
2
→ 2 CO + 221 kJ
FeO + CO → Fe + CO
2
+ 11 kJ
CO
2
+ C + 175,2 kJ → 2 CO
Verschlackung:
CaO + SiO
2
→ CaSiO
3
+ 40,5 kJ
Abstich:
Im Gestell sammelt sich nun das Roheisen, dass hier eine Temperatur von etwa 1600°C bis 1800°C hat. Es kann periodisch abgestochen werden. Dieses Roheisen enthält noch bis zu 5% Kohlenstoff, sowie andere unerwünschte Elemente, wie Schwefel, Silicium und Phosphor, die entfernt werden müssen. Auch die auf dem Roheisen aufschwimmende Schlacke wird periodisch abgestochen. Sie wird vermahlen, und der Zementherstellung zugeführt.
Weiterverarbeitung des Roheisens, Stahlerzeugung.
Aus dem durch Verhüttung gewonnenen Roheisen müssen die Elemente Schwefel, Phosphor, Silicium und je nach Verwendungsart auch der Kohlenstoff entfernt werden. Hierzu wird das Roheisen mittels Zuschlag von Calciumcarbid reduzierend entschwefelt. Anschließend wird es dann "verblasen" (es wird Luft in die Schmelze eingeblasen) wodurch Kohlenstoff zu Kohlenmonoxid, Silicium zu Siliciumdioxid und Phosphor zu Phosphorpentoxid oxidiert werden. Durch Zuschlag äquivalenter Mengen an Calciumoxid werden Siliciumdioxid und Phosphorpentoxid dann zu Calciumsilicat bzw. Calciumphosphat verschlackt. Auch diese Schlacken schwimmen auf der Eisenschmelze auf.
Gusseisen
enthält noch mehr als 2,06% Kohlenstoff. Es ist durch diesen hohen Kohlenstoffanteil recht spröde und lässt sich plastisch nicht verformen. Entweder liegt der Kohlenstoff als Zementit (Fe
3
C) oder elementar als Graphit vor. Je nachdem bezeichnet man das Gusseisen als weißes oder als graues Gusseisen.
Stahl
bezeichnet Eisen mit Kohlenstoffgehalten von weniger als 2,06%. Er ist im Gegensatz zum Gusseisen plastisch verformbar und dadurch maschinell verarbeitbar. Je nach Verwendung werden ihm andere Metalle zulegiert, um ihm damit bestimmte Eigenschaften zu verleihen. So kann Stahl mit Nickel und Chrom legiert werden, wodurch man V2A-Stahl erhält. Dieser ist sehr korrosionsbeständig. Durch Zulegieren von Vanadium, Niob oder Tantal erhält man sehr harte Automatenstähle, die sich zur Herstellung von metallbearbeitenden Maschinen eignen. Durch das Zulegieren von Molybdän, Wolfram, Rhenium zu einem Chromnickel-Stahl erhält man so genannte Superlegierungen, die hohe thermische und korrosionsbeständige Eigenschaften aufweisen, und im Reaktorbau oder der Raumfahrt angewendet werden. All diese Legierungen sind näher bei den entsprechenden Elementen beschrieben.
Bilder zur Eisengewinnung
Hochofen
[1]
Völklinger Hütte (Saarland)
[1]
Roheisen
[11]
Chemie von Eisen:
Eisen hat die Elektronenkonfiguration [Ar] 4s
2
3d
6
. Dadurch ist auch sein chemisches Verhalten geprägt: Unter Ausschluss von Luftsauerstoff bzw. bei reduktiven Bedingungen ist Eisen bestrebt, eine d
6
-Konfiguration anzunehmen, also in den zweiwertigen Zustand überzugehen. Da die Konfiguration d
5
jedoch ein halbbesetztes Oribtal darstellt und damit besonders begünstigt ist, stellen Eisen(II)-Verbindungen Reduktionsmittel dar. Daher ist bei binären, nichtkomplexen Verbindungen die Oxidationsstufe +3 am stabilsten. Gegenüber sehr starken Oxidationsmitteln bildet Eisen auch den Oxidationszustand +6 aus, wobei es formell alle d-Elektronen abgibt. Gegenüber Komplexbildnern strebt es bevorzugt eine Krypton-Konfiguration an, z.B. in dem ein Eisen(II)-Ion sechs Liganden mit jeweils einem Elektronenpaar anlagert. In Komplexen und binären Verbindungen werden alle Oxidationsstufen zwischen -1 und 6 realisiert.
Verhalten an der Luft.
An absolut trockener Luft ist Eisen bei Raumtemperatur beständig. Beim Erhitzem auf Rotglut oxidiert es sich langsam zu Eisen(III)oxid. An feuchter Luft oxidiert sich Eisen auch bei tiefen Temperaturen zu Eisenoxidhydrat ("Rost"). Da Rost eine geringere Dichte als Eisen hat, und zudem eine andere Kristallstruktur, kann sich das Eisen nicht mit einer kompakten Schutzschicht überziehen. Der Rost blättert vom Metall ab, wodurch die Reaktion bis zur vollständigen Umsetzung fortschreitet.
Oxidation von Eisen:
4Fe + 3O
2
→ 2Fe
2
O
3
+ 1648,4 kJ
Rosten von Eisen:
4Fe + 3O
2
+ 2H
2
O → 4FeOOH
Verhalten gegenüber Wasser, Säuren und Laugen:
In absolut sauerstofffreiem Wasser ist Eisen beständig. Sind jedoch auch nur Spuren von Sauerstoff zugegen, so rostet das Eisen (siehe Verhalten an der Luft). Mit Wasserdampf setzt sich Eisen bei Rotglut zu Eisenoxid und Wasserstoff um. In konzentrierter Salpetersäure und Schwefelsäure ist Eisen ebenfalls beständig, weswegen man beide Säuren in Eisengefäßen aufbewahren kann. Dies ist durch Passivierung des Eisens zu erklären. Gegenüber verdünnter Salpeter- oder Schwefelsäre, sowie gegenüber nichtoxidierenden Säuren ist Eisen dagegen unbeständig; es wird rasch unter Wasserstoffentwicklung zu Eisen(II)- oder Eisen(III)-Salzen aufgelöst. Gegenüber Laugen ist Eisen bei Raumtemperatur beständig, von heißer Natron- oder Kalilauge wird es dagegen unter Wasserstoffentwicklung angegriffen.
Reaktionen von Eisen mit Säuren und Laugen:
Verdünnte Salpetersäure:
2Fe + 8HNO
3
→ 2Fe(NO
3
)
3
+ 2H
2
O + 2H
2
+ 2NO
2
Verdünnte Schwefelsäure:
Fe + H
2
SO
4
→ FeSO
4
+ H
2
Salzsäure:
2Fe + 6HCl → 2FeCl
3
+ 3H
2
Flusssäure:
2Fe + 12HF → 2H
3
FeF
6
+ 3H
2
Heiße Natronlauge:
2Fe + 2NaOH + 2H
2
O → 2NaFeO
2
+ 3H
2
(2NaFeO
2
+ 4H
2
O → 2NaOH + 2Fe(OH)
3
)
Gesamtreaktion:
2Fe + 6H
2
O -NaOH→ 2Fe(OH)
3
+ 3H
2
Reaktionen mit Halogenen:
Mit Fluor verbrennt Eisen zu Eisen(III)fluorid. In absolut trockenem Chlor ist Eisen bei Raumtemperatur beständig, setzt sich mit ihm jedoch ebenfalls unter Feuererscheinungen beim Erhitzen oder der Anwesenheit geringer Spuren an Feuchtigkeit zu Eisen(III)chlorid um. Mit Brom reagiert Eisen sehr lebhaft zu Eisen(III)bromid. Mit Iod reagiert Eisen nur bei starkem Erhitzen unter Luftabschluss zu Eisen(II)iodid; in Anwesenheit von Sauerstoff setzt es sich damit zu Eisenoxid um, wobei das Iod als Katalysator wirkt.
Reaktionen mit anderen Nichtmetallen:
Vermengt man Eisenpulver und Schwefelblüte gründlich miteinander und entzündet das Gemisch, so entsteht unter Glühen schwarzbraunes Eisensulfid. Dieses entwickelt mit Säuren Schwefelwasserstoff. Kompaktes Eisensulfid hat einen dunklen Metallglanz. Mit Kohlenstoff bildet Eisen den Zementit (Fe
3
C), eine in Reinform schwarze, metallisch glänzende Substanz großer Härte. Diese ist auch für die Härte des Stahls verantwortlich.
Komplexchemie:
Vom Eisen sind zahlreiche anorganische und organische Komplexverbindungen bekannt. Im Gegensatz zu binären Verbindungen, wo Eisen(II) im Allgemeinen stets reduzierende Eigenschaften besitzt, sind Komplexe mit einem Eisen(II)-Zentralion recht stabil gegenüber Oxidation. So ist etwa Ammoniumeisen(II)sulfat gegenüber Eisen(II)sulfat an der Luft lange gegen Oxidation stabil. Gelbes Blutlaugensalz mit dem Fe(CN)
6
4-
-Anion, welches ebenfalls Eisen(II) als Zentralion enthält ist sogar gänzlich unempfindlich gegenüber dem Luftsauerstoff. Ebenso wie der Fe(CN)
6
3-
-Komplex sind die Eisen-Cyanid-Komplexe so stabil, dass sich in ihren Lösungen weder freie Eisenionen noch Cyanid-Ionen nachweisen lassen. Weitere sehr stabile Eisenkomplexe: Mit Thiocyanat-Ionen bildet sich mit Eisen(III) blutrotes Fe(SCN)
3
, was zum Nachweis von Eisen herangezogen werden kann. Der Nachweis ist sehr empfindlich. Während die meisten Eisen(III)salz-Lösungen eine gelbe bis braune Farbe haben, können diese durch Zusatz von Fluorid-Ionen entfärbt werden: Der FeF
5
2-
-Komplex gehört zu den stabilsten Eisenkomplexen; so entfärbt sich nach Fluoridzugabe auch Fe(SCN)
3
.
Die Oxidationsstufen +2, +3 und +6 des Eisens:
Eisen(II):
Wie bereits beschrieben ist Eisen in dieser Oxidationsstufe in binären Verbindungen oxidationsempfindlich gegenüber dem Luftsauerstoff. Sind entsprechende Anionen farblos, so erscheinen Fe(II)salze hellblau bis hellgrün. Das Eisen(II)oxid ist in wässriger Chemie rein basisches Oxid, Fe
2+
-Ionen reagieren nur schwach sauer (pK
S
=9,50). Nur beim Zusammenschmelzen des Oxids oder des unter Luftabschluss gehaltenen Eisen(II)hydroxids mit Alkalihydroxiden sind Ferrate(II) mit dem Anion FeO
3
2-
darstellbar. Diese hydrolysieren jedoch in wässriger Lösung vollständig zu Fe(OH)
2
und freien Hydroxid-Ionen.
Eisen(III):
Dies ist die stabilste Oxidationsstufe des Eisens; binäre Verbindungen mit farblosen Anionen haben meist rotbraune bis dunkelgelbe Färbungen. Das Eisen(III)oxid ist in der wässrigen Chemie ebenfalls rein basisch, die resultierenden Fe(III)-Ionen reagieren jedoch recht stark sauer (pK
S
=2,83). In stärksten Alkalihydroxidlösungen sind Ferrate(III) in geringer Konzentration vorhanden, die jedoch bereits bei geringem Verdünnen zurück zu Fe(OH)
3
und freiem Hydroxid zerfallen. Beim Zusammenschmelzen mit Alkalihydroxiden sind demgemäß Ferrate(III) gut zugänglich.
Eisen(VI):
Diese Oxidationsstufe wirkt stärker oxidierend als Mn(VII) oder Cr(VI). Es ist die derzeit höchste bekannte des Eisens. Sie kann nur erreicht werden, wenn man Eisen(III)hydroxid in einer Alkalischmelze (Alkalihydroxid oder -carbonat) mittels eines starken Oxidationsmittels, wie elementarem Sauerstoff, Kaliumperoxodisulfat oder Hypochlorit reagieren lässt. Dabei entsteht das tiefrotviolette FeO
4
2-
-Anion (Ferrat(VI)-Ion). Dieses ist in stark alkalischer Lösung recht beständig, oxidiert aber beim Ansäuern das Wasser unter Ausscheidung von Sauerstoff und Eisen(III)hydroxid. Ferrate(VI) sind den Sulfaten und Chromaten(VI) isomorph; es lassen sich Mischkristalle mit diesen Anionen bilden.
Einige Eisenverbindungen
Eisen(III)chlorid, FeCl
3
•6H
2
O
[9]
Eisen(II)sulfat, FeSO
4
•7H
2
O
[9]
Eisen(II)oxid, FeO
[10]
Eisen(III)oxid, Fe
2
O
3
[9]
Bariumferrat(VI), BaFeO
4
[1]
Kaliumhexacyanoferrat(II), K
4
Fe(CN)
6
[9]
Physikalische Besonderheiten von Eisen bzw. von seinen Verbindungen:
Ferromagnetismus
ist eine landläufig bekannte Eigenschaft des Eisens. Weniger bekannt ist allerdings, dass auch Kobalt und Nickel diese Eigenschaft aufweisen. Mit Ferromagnetismus bezeichnet man die Eigenschaft von Atomen bzw. Molekülen, sich an einem Magnetfeld polar parallel zueinander ausrichten zu können. Dadurch üben sie Anziehungskräfte untereinander bzw. auf andere, magnetisierbare Substanzen aus. Das magnetische Moment des Eisens beträgt 2,2 μ
B
.
Verwendung von Eisen und seinen Verbindungen :
Kulturelle Bedeutung:
Eisen ist das wichtigste Werkmetall des Menschen. Es hat fundamentale Bedeutung zur Entwicklung unserer Kulturgeschichte bezüglich der letzten 3.000 Jahre, seitdem es von den Hethitern entdeckt worden ist. Ohne das Metall Eisen hätte sich die Menschheit niemals über das Niveau der Jungsteinzeit oder Bronzezeit hinaus entwickeln können.
Verwendung von Eisen und seiner Legierungen:
Stahlbeton
Bei der Herstellung von Stahlbeton macht man sich die Elastizität des Stahls zunutze, der dem Beton damit eine gewisse Flexibilät bei Beanspruchung verleiht. Nur weil Stahl und Beton zufällig die gleichen Volumenausdehnungskoeffizenten aufweisen, kann man diese beiden Werkstoffe miteinander verbinden, ohne dass es infolge der jahreszeitlich bedingten Temperaturschwankungen zu Rissen kommt.
Architektur
Seit dem 17. Jahrhundert werden aus Gusseisen Brücken und andere architektonische Konstruktionen gefertigt. Bekannte Beispiele sind etwa die Golden-Gate-Brigde von San Fransisco oder der Eifelturm in Paris.
Stahl
ist wichtigster Werkstoff der Menschheit. Aus ihm werden die verschiedensten Gegenstände gefertigt. Angefangen von Essbestecken über den Bau von Motoren, Autos und Schiffen bis hin zu großtechnischen Anlagen, Automaten und Maschinen hat der Stahl ein sehr breites Verwendungsspektrum. Dabei werden ihm je nach Anwendung durch Zulegieren bestimmter Elemente besondere Eigenschaften zuteil.
Dauermagneten.
Aufgrund seiner ferromagnetischen EIgenschaften werden aus Gusseisen Dauermagneten hergestellt. Im Übrigen sind viele legierte Stahlsorten nicht magnetisierbar.
Eisenverbindungen:
Eisen(III)chlorid oder Eisen(III)sulfat
wird in der Abwassertechnik als Flockungsmittel verwendet. In der Abwasseraufbereitung in Kläranlagen wird Eisen(III)chlorid zur Phosphatentfernung verwendet, da es mit Phosphaten sehr schwerlösliches Eisen(III)phosphat bildet, dass in den Klärschlamm übergeht.
Eisen(II)sulfat
ist in der analytischen Chemie ein wichtiges Nachweisreagenz für Nitrate (Ringtest). Des Weiteren ist es eine wichtige künstliche Eisenquelle für Pflanzen, weswegen es Düngemitteln zugesetzt wird.
Eisen(III)oxid
hat Verwendung als rotes, lichtechtes und umweltfreundliches Farbpigment in der Lack- und Kunststoffherstellung.
Verwendung von Eisen (Auswahl)
Golden Gate Bridge
[12]
Eiffelturm
[13]
Stahlbeton
[14]
Essbestecke und Werkzeug aus Stahl
[1]
Rohre aus V4A-Stahl
[15]
Dauermagnet
[16]
Biologische Bedeutung von Eisen:
Hämoglobin:
In der Biologie der Wirbeltiere hat das Eisen essentielle Bedeutung in Form des Hämoglobins, des Zentralteilchens des roten Blutfarbstoffes, welcher für den Sauerstoff/Kohlendioxid-Austausch im Blut unabdingbar ist. Dieses Zentralmolekül, welches an einer Reihe von Proteinen angeheftet ist, nennt man auch "Häm".
Enzyme.
Daneben ist das Eisen auch aktives Zentrum einer ganzen Reihe von Enzymen mit unterschiedlichen biologischen Funktionen.
Beim Menschen wird über die Nahrung aufgenommenes Eisen(II) nur dann in relevanten Mengen verfügbar, wenn es zusammen mit Vitamin C aufgenommen wird. Eisen(III) kann dagegen nicht resorbiert werden.
Häm-Molekül
Sonstiges:
Video: Erhitzen von Eisen(III)oxid.
Eisen(III)oxid ist der Kälte rot gefärbt, nimmt aber bei starkem Erhitzen eine schwarze Farbe an. Beim Abkühlen schlägt die Farbe wieder zu rot um, sie hält sich also nicht stabil.
Quellen:
[1] Eigenes Bild. Dieses Bild darf unter den Bedingungen der
Creative Commons Lizenz
frei verwendet werden. Bei Verwendung bitte einen Link auf mein Web-Angebot setzen.
[2] Bildquelle: Eigenes Bild, mit freundlicher Genehmigung von
Ute Höhlein, Villa Lapis, Hersbruck
.
[3] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber:
Leon Hupperichs
. Das Bild ist unter den Bedingungen der
Creative Commons Lizenz
freigegeben.
[4] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber: Ra'ike. Das Bild ist unter den Bedingungen der
Creative Commons Lizenz
freigegeben.
[5] Bildquelle: Bild einer US-Behörde, welches in Ausübung des Dienstes angefertig wurde. Solche Bilder sind gemeinfrei, wenn es nicht ausdrücklich anders angegeben ist.
[6] Bildquelle: Bild einer US-Behörde (hier: NASA), welches in Ausübung des Dienstes angefertig wurde. Solche Bilder sind gemeinfrei, wenn es nicht ausdrücklich anders angegeben ist.
[7] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber: Rigel. Das Bild ist unter den Bedingungen der
Creative Commons Lizenz
freigegeben.
[8] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber: Modris Baum. Das Bild wurde vom Urheber als gemeinfrei veröffentlicht.
[9] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber:
Benjah-bmm27
. Das Bild ist von seinem Urheber als Public Domain veröffentlicht worden. Dies gilt weltweit.
[10] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber: Fuzic. Das Bild ist von seinem Urheber als Public Domain veröffentlicht worden. Dies gilt weltweit.
[11] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber:
Holger.Ellgaard
. Das Bild ist unter den Bedingungen der
Creative Commons Lizenz
freigegeben.
[12] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber:
Octagon
. Das Bild ist unter den Bedingungen der
Creative Commons Lizenz
freigegeben.
[13] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber:
Oldobelix
. Das Bild ist unter den Bedingungen der
Creative Commons Lizenz
freigegeben.
[14] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber:
Sonty 567
. Das Bild ist unter den Bedingungen der
Creative Commons Lizenz
freigegeben.
[15] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber: Markuzs Schweiss. Das Bild ist unter den Bedingungen der
Creative Commons Lizenz
freigegeben.
[16] Bildquelle: Wikimedia Commons. Urheber:
Aney
. Das Bild ist unter den Bedingungen der
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freigegeben.