železo

Železo (lat. Ferrum) je chemický prvok v Periodickej tabuľke prvkov, ktorý má značku Fe a protónové číslo 26. Železo je pomerne měkký, striebrosivý kov. Patrí medzi prechodné prvky. Chemicky je pomerne reaktívne, reaguje s kyselinami za uvolňování vodíka. Působením vzdušnej vlhkosti a kyslíka sa oxiduje za vzniku zmesi hydratovaných oxidov a hydroxidov železa, nazývaných hrdza. Tento proces je velký problém pro priemysl, nakoľko železo je jeden z nejpoužívanejších kovů. Ako ochrana se používají různé nátery, pasivace působením kyseliny fosforečné (vznik pevné vrstvičky fosforečnanů), pokovování, atd.

Zlúčeniny

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

Železo jako prechodný prvok tvorí množstvo komplexů, v nich vystupuje nejčastěji v koordinačných číslach 4 a 6. Komplexy železa jsou poměrně stabilní. Z nejznámějších uvedeme hexakyanoželeznatan draselný (žltá krvná sůl) K₄[Fe (CN)₆], hexakyanoželezitan draselný (červená krvná sůl) 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 jsou velmi silné oxidovadla.

Výskyt

Železo je jedným z nejrozšířenějších prvků v zemském tělese (5 hm. %). Jeho distribuce však není rovnoměrná, směrem od povrchu k jadru jeho obsah narůstá, samotné jadro je tvořeno zliatinou niklu a železa v poměru ~85 % Fe: ~6 % Ni. V přírodě se železo vyskytuje v různých, nejčastěji mafických horninách – bazalt a minerálech – pyroxény, amfiboly, olivín. Významné minerály železných rud, z kterých se železo průmyslově vyrábí jsou: hematit, limonit, v magnetit, siderit^[1]. Mnohé jiné minerály obsahují také železo, ale jeho extrakce z nich není rentabilní resp. energeticky velmi náročná, např. pyrit. Svetově nejvýznamnějšími ložiskami železných rud jsou takzvané páskované železné formace.

Výskyt čistého železa je vzácný (některé náleziska v Grónsku a Švédsku). Nachází se také tzv. železných meteoritech, v podobě slitin s niklem.

Výroba

Bližší informace v hlavním článku: surové železo

Hala železné rudy.

Železo je lidstvu známo už od starověku (halštadská a laténská doba), jeho větší průmyslová produkce se začala až v 18. stoloví. Na výrobu se používají už vyšší spomenuté rudy (hematit, magnetit, siderit, limonit).

Výroba je založená na redoxních reakcích s oxidem uhelnatým, resp. uhlíkem v tzv. vysokých pecích. Do vysoké pece se dávkují upravené rudy, koks a vápenec, příp. oxid křemičitý. Teplota v peci je okolo 1 800 °C a probíhá tam několik procesů:

spalování koksu za vzniku oxidu uhličitého, alebo uhoľnatého

C + O₂ → CO₂

2C + O₂ → 2CO

redukce železa oxidem uhelnatým

3 CO + Fe₂O₃ → 2 Fe + 3 CO₂

prípadně uhlíkem

3 C + Fe₂O₃ → 2 Fe + 3 CO

vznik trosky (ochrana roztaveného železa před spátnou oxidací)

CaO + SiO₂ → CaSiO₃

Celý proces probíhá nepřetržitě, do horní části se přidává ruda, koks, troskotvorné přísady a ze spodní části se v pravidelných intervalech odpouštějí roztavené železo (odpich železa).

Pyrit se nepoužívá jako surovina na výrobu železa, nakoľko obsahuje síru, která vytváří nežádoucí sulfidy.

Použitie

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

Odstraňovaním uhlíka zo surového železa se získává ocel, která je neporovnatelně lepší spracovatelná, je kujná, ohybná. Prísadami iných kovů (mangan, chrom, vanad, wolfram, kobalt a i.) se upravují různé mechanické vlastnosti oceli (pevnost, tvrdost, chemická odolnost a mnoho dalších). S ocelí se setkáváme v každodenním životě (doprava, priemysel, stroje, stavebníctvo).

Více informací o použití železa naleznete v kategoriích Liatiny a Ocel

Biologický význam

Železo je důležitý biogenní prvek. Ako centrálny atóm organokovového komplexu hemu, zabudovaného do bielkoviny hemoglobinu hrá dôležitú úlohu v organizme teplokrvných živočíchov pri transporte kyslíka z plic do buniek.

Hemoglobin je viazaný v červených krvinkách. Kyslík je na hemoglobin viazaný koordinační vazbou. Problém nastává, pokud se do plic dostane ligand s větší vazbovou energií (oxid uhoľnatý), který vytlačí kyslík a dochází k zablokování jeho přenosu.

Hlavním zdrojem železa v potravě jsou vnitřnosti (pečeň, srdce) a maso, ale také strukoviny a listová zelenina.