żelazo

fot. Archiwum Ilustracji WN PWN SA © Wydawnictwo Naukowe PWN

żelazo, Fe, ferrum,

pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 26;

Symbol: Fe

Nazwa łacińska: Ferrum

Liczba atomowa: 26

Pierwiastek promieniotwórczy: nie

Grupa układu okresowego pierwiastków: 8 — żelazowce

Odkrycie: starożytność

względna masa atomowa 55,847; żelazo zapoczątkowuje grupę żelazowców; metal ciężki, trudno topliwy, niezbyt twardy, ciągliwy, o barwie białoszarej; temperatura topnienia 1535°C, temperatura wrzenia 2750°C, gęstość 7,874 g/cm³; poniżej temperatury topnienia mięknie i daje się obrabiać plastycznie; występuje w odmianach alotropowych: α — odmiana trwała do temperatury 906°C, wykazuje właściwości ferromagnetyczne, zanikające w temperaturze 760°C (temperatura Curie), γ — paramagnetyk, istnieje w temperaturze 906–1400°C, δ — odmiana trwała w zakresie temperatury od 1400°C do temperatury topnienia. W suchym powietrzu żelazo nie ulega zmianom dzięki pasywacji, w wilgotnym powietrzu i w zetknięciu z roztworami elektrolitów ulega korozji (żelazo reaguje z wytworzeniem uwodnionych tlenków, węglanów i innych soli — tzw. rdzewienie żelaza). Żelazo roztwarza się w kwasach nieutleniających i rozcieńczonych utleniających; w stężonych kwasach azotowym i siarkowym ulega pasywacji; rozdrobnione jest piroforyczne (samorzutnie zapala się na powietrzu); w ciekłym żelazie rozpuszczają się: tlen, azot, wodór i węgiel; ogrzewane reaguje m.in. z tlenem, fluorowcami, siarką, fosforem, krzemem; występuje na stopniach utlenienia: głównie III (związki najtrwalsze) i II, rzadko IV, V i VI; tworzy sole podwójne i związki koordynacyjne (w niektórych związkach koordynacyjnych przyjmuje stopnie utlenienia także od –II do I).

Żelazo jest makroelementem; ok. 60% obecnego w organizmie ludzkim żelaza wchodzi w skład hemoglobiny, żelazo jest też składnikiem metaloprotein biorących udział w procesach utleniania-redukcji w komórkach; niedobór żelaza jest przyczyną niedokrwistości. Żelazo jest 4. pierwiastkiem pod względem rozpowszechnienia w skorupie ziemskiej, jego zawartość ocenia się na ok. 7% masowych; przyjmuje się, że stanowi główny składnik jądra Ziemi; w innych geosferach też odgrywa rolę podstawową. Jest także głównym składnikiem meteorytów żelaznych (syderyty). Głównymi minerałami rudnymi żelaza są: magnetyt i hematyt, także limonit, syderyt, szamozyt, turyngit; żelazo rodzime jest spotykane bardzo rzadko (bazalty wyspy Disko). Żelazo otrzymuje się przez redukcję rud tlenkowych koksem. Czyste żelazo ma małe znaczenie praktyczne; głównie jest stosowane w postaci stopów (z węglem i innymi składnikami), stanowiących podstawowy materiał konstrukcyjny (żelaza stopy). Pierwszym etapem otrzymywania stopów żelaza jest wytapianie z rud surówki, prowadzone w wielkim piecu; następnie z surówki wytwarza się stal, staliwo, żelazostopy, żeliwo. Chemicznie czyste żelazo otrzymuje się przez redukcję tlenków żelaza wodorem; w najczystszej postaci uzyskuje się je w wyniku rozkładu karbonylku żelaza Fe(CO)₅ (żelazo o zawartości zanieczyszczeń poniżej 0,01% jest używane w produkcji rdzeni elektromagnesów). Żelazem nazywa się także stal o bardzo małej zawartości węgla i innych składników (jak żelazo armco). Związki żelaza są stosowane w bardzo wielu dziedzinach przemysłu i techniki, m.in. jako pigmenty, zaprawy w farbiarstwie, katalizatory, odczynniki w analizie chemicznej. Żelazo jest znane od najdawniejszych czasów; już w IV tysiącleciu p.n.e. znane było żelazo pochodzenia meteorytowego; od pierwszej połowy 3000 p.n.e. datują się próby hutniczego przerobu rud na Bliskim Wschodzie; rozwój produkcji oraz zastosowanie żelaza wiążą się z rozwojem hutnictwa żelaza i produkcji stali oraz innych stopów tego metalu.