Żelazo – charakterystyka

Przydatne kalkulatory i narzędzia

Żelazo (symbol – Fe) jest pierwiastkiem chemicznym, metalem, leżącym w IV okresie i VIII grupie pobocznej układu okresowego, należy więc do grupy metali przejściowych (bloku d). Żelazo ma liczbę atomową równą 26 i masę atomową równą 55,85 u. Pierwiastek ten może występować na 9 stopniach utlenienia - −II, −I, 0, I, II, III, IV, V, VI (najczęściej na II i III). Żelazo posiada 25 izotopów o masach atomowych od 45 do 69 u. Najpowszechniejszy izotopem jest 56Fe (91,72%).

Symbol Fe
Nazwa w jęz. angielskim   iron
Nazwa w jęz. łacińskim  ferrum
Stan skupienia (w warunkach standardowych) ciało stałe
Charakter chemiczny metal
Liczba atomowa 26
Masa atomowa [u] 55,845(2)
Numer grupy, okres, blok energetyczny VII, IV, d
Stopnie utlenienia  −II, −I, 0, I, II, III, IV, V, VI
Konfiguracja elektronowa uproszczona [Ar]3d64s2
Zapełnienie powłok elektronowych 2, 8, 14, 2
Elektroujemność wg Paulinga 1,83
Temperatura topnienia [oC] 1538
Temperatura wrzenia [oC] 2861
Ciepło właściwe [J/(kg•K)] 449
Gęstość  [kg/m3] 7874

Właściwości fizyko-chemiczne

Żelazo w warunkach standardowych (tj. temp. - 273,15K, ciśnienie - 105Pa)  ma postać metalicznego ciała stałego o lśniącym, srebrnym kolorze i o gęstości 7874kg/m3. Jego temperatura topnienia wynosi 1538 ºC a wrzenia 2861ºC.

Żelazo bardzo łatwo reaguje z tlenem i wodą (utlenia się), dając tlenki żelaza tj. powszechne znaną rdzę. Tlenki żelaza wykazują właściwości amfoteryczne, tzn. mają zdolność do reagowania z kwasami jak i zasadami.

Występowanie w przyrodzie

Żelazo stanowi większość wewnętrznego i zewnętrznego jądra Ziemi i jest czwartym najczęściej występującym pierwiastkiem skorupy ziemskie, chociaż rzadko spotyka się je w czystej formie (czyste żelazo jest składnikiem meteorów). Skałami, zbudowanymi ze związków żelaza są m.in. hematyt, magnetyt, limonit  i piryt.

Wydobycie

Rocznie wydobycie rud żelaza liczone jest w miliardach ton. W 2017 r. wyniosło 2,4 mld ton, z czego 800 mln ton wydobyto w samej Australii. Znaczne ilości żelaza pozyskuje się równie w Chinach, Brazylii czy Indiach. W Polsce złoża żelaza występują w pobliżu Suwałk, lecz ze względu na ochronę środowiska nie są one wykorzystywane. 

Zastosowanie i znaczenie

Z powodu powszechności występowania już w czasach prehistorycznych żelazo było wykorzystywane do tworzenia narzędzi (najstarsze odkryte żelazne przedmioty datowane są na 4 tysiąclecie p.n.e.). Najczęściej w postaci stopów z węglem tj. stali lub żeliwa. Żelazo nadal jest ważnym surowcem w przemyśle metalurgicznym. Ze względu na niski koszt i dużą wytrzymałość jego stopy są wykorzystywane do budowy elementów konstrukcyjnych budynków, samochodów, statków i wielu innych.

Żelazo spełnia również ważne role w świecie organizmów żywych. Jest składnikiem wielu białek m.in. hemoglobiny, mioglobiny czy enzymów łańcucha oddechowego. Jest ważnym mikroelementem. U zwierząt jego niedobór może prowadzić do niedokrwistości, u roślin zaburza przebieg fotosyntezy.