Razlike između izmjena na stranici "Željezo"

Idi na navigaciju Idi na pretragu
Dodano 32.112 bajtova ,  prije 5 godina
dopuna
m/м (Bot: Migrating 157 interwiki links, now provided by Wikidata on d:q677 (translate me))
(dopuna)
 
 
'''Željezo''' ili '''Gvožđe''' ('''Fe''', [[latinski]] ''ferrum'') je [[metal (kemija)|metal]] [[8. grupa hemijskih elemenata|VIIIB]] grupe. Postoji 16 [[izotop]]a željeza čije se [[atomska masa|atomske mase]] nalaze između 49 - 63. Postojani [[izotop]]i su: 54, 56, 57 i 58, a najzastupljeniji je izotop 56 (91%).
 
Simbol '''Fe''' dolazi od ''ferrum'', [[Latinski jezik|latinskog]] naziva za željezo. ''Ferat'' je naziv za željezo u anionskom kompleksu. ''Telursko željezo'' je naziv za elementarno željezo, koje je nastalo u Zemljinoj kori.<br />
Ima 16 [[izotop]]a čije se [[atomska masa|atomske mase]] nalaze između 49 - 63. Postojani [[izotop]]i su: 54, 56, 57 i 58. Najzastupljeniji je izotop 56 (91%).
Željezo, kad je potpuno čisto, [[srebro|srebrnkastog]] je sjaja i mekano. Poznato je od pradavnih vremena, a danas sigurno najvažniji tehnički metal koji se upotrebljava na mnogo načina. Najvažnije je od svih [[metal]]a i uglavnom se koristi kao [[čelik]], u kojem ima [[ugljik]]a (do 2,06%). Željezo [[Korozija|hrđa]] na [[Vlažnost zraka|vlažnom zraku]] i otapa se u razrijeđenim [[kiselina]]ma. Željezo je prijelazni metal 8. skupine periodnog sustava elemenata.
Željezo je bilo poznato još prvobitnim civilizacijama.
 
Željezo u prirodi najčešće dolazi kao mineral [[magnetit]]. Kristalizira u obliku crnih kubičnih kristala.<br />
== Zastupljenost i jedinjenja ==
U [[Zemljina kora|Zemljinoj kori]] najrasprostranjeniji metalni [[Kemijski element|element]] i po masenom udjelu odmah je iza [[aluminij]]a. U Zemljinoj kori udio je željeza oko 5%, a u cijeloj Zemlji se računa da je 37%. Najdublja unutrašnjost Zemlje se pretežno od njega i sastoji. Koncentracija željeza u morima je vrlo mala (oko 4x10<sup>-3</sup> ppm).
Elementarno željezo se u prirodi nalazi samo kao meteorno, dospjelo na zemlju iz Svemira i telurno prisutno u Zemljinoj kori od iskonskih vremena. Prisutnost željeza utvrđena je i u sastavu Sunca, Mjesečevim stijenama i drugim [[Nebesko tijelo|nebeskim tijelima]] gdje ga ima oko 14,3%, kako svjedoče [[meteorit]]i pali na [[Zemlja|Zemlju]] od kojih se polovina sastoji pretežno od željeza.<br />
Na površini Zemlje prirodno željezo je samo izuzetno u elementarnom stanju (telurno željezo na [[otok]]u Disko, zapadno od [[Grenland]]a).
 
== Svojstva ==
Zastupljen je u [[Zemlja|zemljinoj]] kori u količini od 0,41% u obliku sledećih [[mineral]]a: crvenog hematita (Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, crnog magnezita (Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>), siderita (<nowiki>FeCO</nowiki><sub>3</sub>), limonita, halkopirita, pirita, arsenopirita...
{{Glavni|Alotropije željeza|Izotopi željeza}}
[[Datoteka:Dijafram Fe-C.jpg|mini|lijevo|300px|Dijagram stanja ([[fazni dijagram]]) željezo – ugljik prikazuje razne alotropije željeza i čelika.]]
 
U elementarnom stanju čisto je željezo: srebrnobijeli, razmjerno mekan, kovan (kovak) [[metal]], kemijski dosta otporan. Također, ono je i feromagnetično, što znači da zadržava magnetska svojstva i prestankom djelovanja magnetskog polja.<br />
Sem ovih [[mineral]]a veliki tehnološki značaj imaju karboniklova kompleksna jedinjenja željeza koja se dobijaju iz hlorida željeza. Ta jedinjenja su katalizatori brojnih organskih reakcija. Zlatan hlorid (II)kiselog ukusa se upotrebljava za suzbijanje malokrvnosti.
Željezo je kemijski vrlo reaktivno i kao '''neplemeniti metal''' otapa se u neoksidirajućim [[kiselina]]ma. Na [[zrak]]u je vrlo nestabilno i relativno brzo [[Oksidacija|oksidira]] ([[korozija]]). U oksidirajućim kiselinama (koncentriranoj [[Sumporna kiselina|sumpornoj]] i [[Dušična kiselina|dušičnoj kiselini]]) površina željeza se ne otapa, nego pasivizira stvaranjem zaštitnog sloja.
Kristalna mu se struktura mijenja s promjenom temperature.
 
Čisto elementarno željezo (Fe°) ima 3 kristalne forme ([[alotropija|alotropske modifikacije]]):
== Biološki značaj ==
* alfa-željezo (α-Fe) ili [[ferit]], stabilno ispod 906 [[Celzijev stupanj|°C]] s volumno centriranom kubičnom [[Kristalna rešetka|kristalnom strukturom]] magnetično je, a u čvrstom stanju može otopiti vrlo malo [[ugljik]]a;
* gama-željezo (γ-Fe) ili [[austenit]], stabilno između 906 i 1403 °C s nemagnetičnom plošno centriranom kubičnom kristalnom strukturom; nemagnetično je i u čvrstom stanju može otopiti mnogo ugljika;
* delta-željezo (δ-Fe) stabilno iznad 1403 °C s volumno centriranom kubičnom kristalnom strukturom. <ref> [http://www.simet.unizg.hr/nastava/predavanja/Fizikalna%20metalurgija%20I.pdf/view] "Fizikalna metalurgija I", dr.sc. Tanja Matković, dr.sc. Prosper Matković, www.simet.unizg.hr, 2011.</ref>
 
Alfa-željezo je [[feromagnetizam|feromagnetično]] do [[Curieva temperatura|Curieve temperature]] od 770 °C (1043 K). Pri temperaturi 770 °C gubi [[Feromagnetizam|feromagnetska svojstva]], ali ne mijenja strukturu, pa se ponekad pogrešno naziva i beta-željezo.
Željezo je neophodno za očuvanje zdravlja. [[Atom]] željeza se nalazi u mnogim [[enzimim]]a: hemoglobinu, mioglobinu ... Potrebe za željezom se razlikuju u zavisnosti od starosti, težine, pola, zdravlja minimalne količine koje je potrebno dnevno unijeti kreću se u širokim okvirima. Kod odraslih osoba od 10 miligrama dnevno do 20 kod žena, dok je za vrijeme dojenja potrebno 30. Iako čovjekov organizam ima solidne mehanizme za regulaciju količine željeza, u nekim situacijama može doći do oboljenja hemohromatoze. To oboljenje se javlja usljed prevelike doze željeza u organizmu. Velike količine željeza(II) su otrovne. Soli željeza(III-VI) su bezopasne, zato što ih organizam ne apsorbuje.
 
Željezo ima 9 [[Izotopi željeza|izotopa]] ([[Relativna atomska masa|maseni broj]] od 52 do 60) i četvrti je element po udjelu u [[Zemljina kora|zemljinoj kori]]. U [[priroda|prirodi]] se željezo nalazi kao smjesa četiri stabilna izotopa: željezo-54 (5,8%), željezo-56 (91,72%), željezo-57 (2,2%) i željezo-58 (0,28%), a ostali su izotopi [[Radioaktivnost|radioaktivni]], s kratkim [[Vrijeme poluraspada|vremenom poluraspada]], osim izotopa željezo-60 (t<sub>1/2</sub> = 3x10<sup>5</sup> [[godina]]). Izotop željezo-56 poznat je kao [[nuklid]] s najstabilnijom jezgrom, jer ima najveću [[Nuklearna energija vezanja|nuklearnu energiju vezanja]].
Pravilna koncentracija željeza u krvi:
* srednja vrednost
** muškarci 21,8 mikro [[mol (jedinica)|mol]] po [[litar|litru]], 120 mikro [[gram]]a po decilitru
** žene 18,5 mikro mol po litru, 100 mikro grama po decilitru
* minimalne i maksimalne koncentracije:
** muškarci 17,7 - 35,9 mikro mol po litru, 90 - 200 mikro grama po decilitru
** žene 11,1 - 30,1 mikro mol po litru, 60 - 170 mikro grama po decilitru
 
Kao biogeni element, željezo spada u grupu [[Esencijalni nutrijent|esencijalnih elemenata]] gdje sudjeluje u prijenosu kisika. Željezo je važno za [[život]] [[Biljke|biljaka]] i [[Životinje|životinja]] i nalazi se u sastavu [[hemoglobin]]a i [[kloroplast]]a u krvi, pa ga mora sadržavati [[hrana]] toplokrvnih životinja, kao i [[tlo|zemlja]] u kojoj rastu biljke. U organizmu odraslog [[čovjek]]a ima oko 5,85 [[gram]]a željeza; od toga je 55% vezano za hemoglobin, 10% ga je u mioglobinu i 17% u [[stanica|staničnim]] heminima; oko 17% željeza nalazi se i u drugim organima (kao [[feritin]] i hemosiderin). Preparati željeza ubrajaju se u najstarija [[Travarstvo|ljekovita sredstva]]; bili su poznati već u [[Antički Rim|rimsko vrijeme]]. Danas se željezo u obliku topljivih ferosoli najviše upotrebljava za liječenje raznih oblika [[anemija]]. Manjak željeza dovodi do anemije, a višak može izazvati oštećenje [[jetra|jetre]] i [[bubreg]]a. Za neke spojeve željeza se sumnja da su [[Kancerogen|kancerogeni]]. <ref> [http://www.zzjzpgz.hr/nzl/4/zeljezo.htm] "Elementi u tragovima - željezo", Iz knjige: prof. dr. Roko Živković "Dijetoterapija", www.zzjzpgz.hr, 2011.</ref>
 
Sitnije čestice željeza mogu na zraku i gorjeti, pri čemu frcaju iskre usijanog [[Željezovi oksidi|oksida]], a u sasvim finom razdjeljenju željezo je i [[Piroforni metali|piroforno]], tj. samozapaljivo na zraku. S usijanim željezom [[vodena para]] reagira uz postanak oksida Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub> ([[magnetit]]) i [[vodik]]a. Na visokoj temperaturi željezo se direktno spaja s [[klor]]om i sa [[sumpor]]om. U razrijeđenim se kiselinama tehničko željezo lako otapa. Koncentrirana [[sumporna kiselina]] ga ne nagriza (stoga se ona može spremati i prevoziti u željeznim posudama), a u koncentriranoj [[dušična kiselina|dušičnoj kiselini]] željezo postaje pasivno.<br />
== Osobine ==
Željezo izravno reagira s većinom nemetala pri umjerenim temperaturama. Osim s kisikom reagira s [[ugljik]]om, [[sumpor]]om, [[klor]]om, [[fosfor]]om i drugima.
 
==Kemijski spojevi željeza==
Čisto željezo je sjajan, srebrnast, mekan metal koji veoma lako podleže [[korozija|koroziji]].
<div style="float: right; margin: 5px;">
{| class="wikitable"
! Oksidacijska <br/>stanja !! Predstavnici kemijskih spojeva
|-
| −2 || rijetki - Na<sub>2</sub>[Fe(CO)<sub>4</sub>]; atomska ljuska d10
|-
| −1 || rijetki – [Fe<sub>2</sub>(CO)<sub>8</sub>]<sup>2</sup>; atomska ljuska d9
|-
| 0 || [Fe(CO)5<sub></sub>]; atomska ljuska d8
|-
| 1 || rijetki – Na<sub>2</sub>[Fe(NO)(OH<sub>2</sub>)<sub>5</sub>]; atomska ljuska d7
|-
| 2 (dvovalentno<br/> željezo)|| FeO, FeS<sub>2</sub>, Fe(OH)<sub>2</sub>, [Fe(OH<sub>2</sub>)<sub>6</sub>]<sup>2</sup> + (voda), FeF<sub>2</sub>,<br/> [Fe(η-C<sub>5</sub>H<sub>5</sub>)<sub>2</sub>] itd.; atomska ljuska d6
|-
| 3 (trovalentno<br/> željezo)|| Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>, FeF<sub>3</sub>, FeCl<sub>3</sub>, Fe(OH)(O),<br/> [Fe(OH<sub>2</sub>)<sub>6</sub>]<sup>3</sup>+ (voda) itd.; atomska ljuska d5
|-
| 4 || rijetko, neki kompleksi; atomska ljuska d4
|-
| 5 || [FeO<sub>4</sub>]<sup>3</sup> (?); atomska ljuska d3
|-
| 6 || K<sub>2</sub>[FeO<sub>4</sub>]; atomska ljuska d2
|}</div>
 
U [[Kemijski spojevi|kemijskim spojevima]] je željezo najčešće [[Valencija (kemija)|dvovalentno]] ili trovalentno (fero- i feri- spojevi).
Vijekovima se koristi u obliku legura kao što su [[čelik]], legure sa [[mangan]]om, [[hrom]]om, [[molibden]]om, [[vanadijum]]om i mnogim drugim elementima.
 
Željezo pravi spojeve u kojima ima [[Valencija (kemija)|oksidacijski broj]] +2, +3 i +6, a u najvažnijima i najvećem broju spojeva ima oksidacijski broj +2 (fero) i +3 (feri). Stanje +2 je najstabilnije. Šesterovalentno željezo je ferat [[ion]] FeO<sub>4</sub> - koji je postojan samo u [[Baza (kemija)|lužnatom]] mediju, a u [[kiselina|kiselom mediju]] se raspada na Fe<sup>3</sup>+ i [[kisik]], uz nešto [[ozon]]a. <ref> [http://www.pse.pbf.hr/hrvatski/elementi/fe/index.html] "ŽELJEZO, Fe", www.pse.pbf.hr, 2011.</ref>
== Alotropske modifikacije ==
 
Nestabilniji Fe<sup>2+</sup> ion u vodenoj se otopini u prisustvu kisika lako oksidira u Fe<sup>3+</sup> ion.<br />
Željezo se javlja u 2 alotropske modifikacije:
Željezo zbog svog negativnog standardnog elektrodnog potencijala Fe2+/Fe, otapa se u kiselinama uz razvijanje [[vodik]]a.<br />
* željezo α
Ioni Fe<sup>2+</sup> i Fe<sup>3+</sup> imaju izraženu sposobnost stvaranja kompleksa koordinacijskog broja 6. Otopina iona Fe<sup>2+</sup> je svijetlo zelene boje. Otopina iona Fe<sup>3+</sup> je žute boje, osim bromida koji je crvene. [[Dimetil-glioksim]] oboji otopinu Fe<sup>2+</sup> iona u crveno.<ref name="Hrvatska enciklopedija">[[Hrvatska enciklopedija (LZMK)]]; broj 11 (Tr-Ž), str. 478. Za izdavača: Leksikografski zavod Miroslav Krleža, Zagreb 2009.g. ISBN 978-953-6036-41-7</ref>
* željezo γ
 
===Željezovi spojevi s kisikom===
Od [[Željezovi oksidi|željezovih oksida]] važni su:
 
*[[Željezov(III) oksid]] (Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>) i fero-feri-oksid (Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub> x Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>), koji nastaje kao crveni prah kad se žari Fe(OH)<sub>3</sub>, Fe(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub> ili Fe<sub>2</sub>(SO<sub>4</sub>)<sub>3</sub>. Kao [[Minerali|mineral]], [[hematit]] tvori više ili manje guste stijene, mjestimice i velike crvene [[kristal]]e. Glavna je sastojina željeznih boja (caput mortuum, kolkotar, [[oker]]).
Samo alotropska modifikacija α posjeduje feromagnetične osobine
 
* '''Feri-fero-oksid''', Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub> = FeO x Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, nastaje pri žarenju željeza i željeznih oksida na višim temperaturama. Kao [[magnetit]] najvažnija je ruda ([[mineralne sirovine]]), a od njega se prave i elektrode za tehničku [[Elektroliza|elektrolizu]]. Sastojina je [[Termit (pirotehnika)|termitne smjese]].
Željezo α u alotropsku modifikaciju željeza γ prelazi na temperaturi od 723&nbsp;°C pri hlađenju ili 728&nbsp;°C pri zagrijavanju.
 
* [[Željezov(II) hidroksid]], Fe(OH)<sub>2</sub>, ispada kao bijeli do svijetlozeleni talog kad se otopini [[soli]] dvovalentnog željeza u odsutnosti [[kisik]]a doda [[lužina]]. Na zraku lako prelazi u smeđecrveni '''željezov(III) hidroksid''', Fe(OH)<sub>3</sub>. Taj se taloži (s promjenjivim količinama apsorbirane vode) kao crvenosmeđi hladetinasti talog, kad se otopini soli trovalentnog željeza doda lužina. Sastojina je različitih minerala i [[stijena]] (hidrohematit, turgit, limonit, ksantosiderit, getit, stilpnosiderit, [[oker]], lepidokrokit).
Željezo γ u željezo δ prelazi pri temperaturi od 1400&nbsp;°C.
[[Datoteka:Iron(III) chloride hexahydrate.jpg|mini|desno|250px|Hidratizirani željezov(III) klorid.]]
[[Datoteka:Prussian blue.jpg|mini|desno|250px|Berlinsko modrilo je [[pigment]] kemijske formule Fe<sub>7</sub>(CN)<sub>18</sub>.]]
[[Datoteka:HematiteUSGOV.jpg|mini|desno|250px|[[Hematit]] je željezov oksidni [[minerali|mineral]], kemijske formule α-Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, najstabilniji je i najrasprostranjeniji od svih željezovih oksida.]]
[[Datoteka:magnetit.jpg|mini|desno|250px|[[Magnetit]], kemijska formula Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>, je crni ferimagnetički željezov oksid.]]
 
===Željezovi spojevi s dušikom===
 
* [[Željezov(II) nitrat]], Fe(NO<sub>3</sub>)<sub>2</sub>, nastaje kada se željezo otapa u razrijeđenoj [[dušična kiselina|dušičnoj kiselini]] koja je potrebno da bude vruća. Hladna koncentrirana HNO<sub>3</sub> ne otapa željezo jer na površini nastaje zaštitni sloj oksida.
:[[Kristal]]izira iz otopine sa 6 ili 9 [[molekula]] [[voda|vode]] u bezbojnim kristalima koji se otapaju u vodi i zbog [[Hidroliza|hidrolize]] daju smeđu [[Otopine|otopinu]]. Upotrebljava se u [[medicina|medicini]] kao adstringens protiv krvarenja u [[Želudac|želucu]] i [[Debelo crijevo|crijevima]]. Također služi za otežavanje [[Svila|svile]], za štavljenje kože, kao močilo u [[Bojilo|bojadisarstu]] i bojadisarskom tisku, za proizvodnju berlinskog modrila i dr. Željezov(II) nitrat otopljen u vodi otopina poprimi zelenu boju.
 
* [[Željezov(III) nitrat]], željezova je sol kemijske formule Fe(NO<sub>3</sub>)<sub>3</sub>. Budući je higroskopan, često se nalazi u nonahidratnom obliku, Fe(NO<sub>3</sub>)<sub>3</sub> x 9H<sub>2</sub>O), koji je kristalna tvar bezbojne do blijedo ljubičaste boje. Nastaje reakcijom željeza ili željezovih oksida s dušičnom kiselinom.
 
===Željezovi spojevi s ugljikom===
 
* '''Željezov karbid''' ili [[cementit]], F<sub>3</sub>C, vrlo tvrd i krt spoj, sastojina je tehničkog željeza koja uzrokuje njegovu [[Tvrdoća|tvrdoću]].
 
* [[Željezov(II) karbonat]] (FeCO<sub>3</sub>, [[siderit]]) je poznata karbonatna ruda željeza, nalazi se u prirodi kao mineral siderit.
:Nastaje kao bijel amorfan talog kad se otopina soli dvovalentnog željeza (bilo koje željezove(II) soli) pomiješa s otopinom sode bikarbone.
:Na zraku gubi ugljikov dioksid i oksidira se na Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>.<br />
:U vodi ima topljivost: 3,13 x 10<sup>-11</sup>. U vodi koja sadrži otopljeni ugljikov dioksid polako se otapa u obliku hidrokarbonata (Fe(HCO3)2), sastojaka mnogih temeljnih i mineralnih voda. Tako nastaju mineralne vode (voda koja sadržava ugljikov dioksid), željezovite kiselice. Iz njih se u dodiru sa zrakom taloži smeđi oksidihidrat, pa stoga prirodne vode s mnogo željeza nisu prikladne za piće i u industrijske svrhe.
 
===Željezovi spojevi s halogenim elementima===
 
* '''Željezovi(II) halogenidi''' su FeBr<sub>2</sub>, FeF<sub>2</sub>, FeI<sub>2</sub> i FeCl<sub>2</sub> i svi su topljive soli, dok su '''željezovi(III) halogenidi''' FeF<sub>3</sub>, FeCl<sub>3</sub> i FeBr<sub>3</sub>, od kojih je '''željezov(III) fluorid''' neznato topljiv.
 
* [[Željezov(II) klorid]], FeCl<sub>2</sub> x 4H<sub>2</sub>O, tvori modrozelene monoklinske kristale koji se na zraku raskvasuju i topljivi su u vodi; dobiva se otapanjem željeza u [[Klorovodična kiselina|klorovodičnoj kiselini]] ili direktnom sintezom iz elemenata. Služi kao reducens u proizvodnji bojila, kao sredstvo za reduciranje. Iskristalizira kao hidrat iz otopine dobivene otapanjem željeza u solnoj kiselini. Razrijeđena otopina je žuta, a koncentriranije budu crvene. Bezvodni se dobije grijnjem željeza u atmosferi klorovodika. Dobiva se otapanjem željeza u klorovodičnoj kiselini ili direktnom sintezom iz elemenata. Željezo na zraku brzo zahrđa jer je vlažno i puno elektrolita. Otud zelena boja željezovim(II) solima, osim hidroksida i sulfida.
 
* [[Željezov(III) klorid]] heksahidrat (ili tetrahidrat, FeCl<sub>3</sub> x 6 H<sub>2</sub>O). Hidratiziran je žute boje. Na zraku se raskvasuje, pa je lako topljiv u vodi, [[alkohol]]u i [[eter]]u. Rabi se kao kemijski reagens, kao koagulans u čišćenju površinskih voda, oksidacijsko i kondenzacijsko sredstvo, kao prenosilac [[klor]]a u sintezi bojila, močilo u bojadisarstvu pri bojenju tekstila, za nagrizanje metala (izradba tiskanih pločica u elektrotehnici), u medicini kao adstrigens (vata za zaustavljanje krvarenja rana), itd..<br />
:Dolazi u trgovinu u obliku prljavožutih kristalnih gruda (obično kao heksahidrat - sa 6 molekula vode).
:'''Bezvodni klorid''' je higroskopna tvar. Nastaje žarenjem željeza u struji suhog klora ili otapanjem željeza u klorovodičnoj kiselini uz uvođenje klora. Kristalizira iz vodene otopine dobivene otapanjem željezovog(III) oksida u solnoj kiselini.
 
===Željezovi spojevi sa sumporom===
 
* [[Željezo(II) sulfid]] (FeS) u prirodi dolazi kao mineral pirhotin (brončane boje), dobiva se u obliku tamnosivih ili crnih gruda, ploča ili štapića s metalnim sjajem time što se rastavljena smjesa željeza i sumpora lijeva na odgovarajuću površinu ili u kalup; u razrijeđenim kiselinama otapa se uz razvijanje sumporovodika H2S, pa se u laboratoriju upotrebljava za dobivanje toga plina.<br />
:Sulfid ion (S<sub>2</sub><sup>-</sup>) taloži crni talog u neutralnoj otopini, koji nije topljiv u vodi, ali je topljiv u kiselinama:
:Fe<sup>2+</sup> + S<sup>2-</sup> --> FeS<br />
:FeS + 2 H<sup>+</sup> --> Fe<sup>2+</sup> + H<sub>2</sub>S
 
* [[Željezov disulfid]] (FeS<sub>2</sub>) poznata je sulfidna ruda željeza i vrlo je raširen u prirodi kao mineral [[pirit]] (manje kao [[markazit]]) koji je zlatnožute boje s metalnim sjajem. Iz njega se prženjem dobiva sumporov dioksid za proizvodnju [[sulfit]]a (time i [[Sumporasta kiselina|sumporaste kiseline]]) i sulfatne kiseline.<br />
:1. Sumporovodik u kiseloj otopini reducira željezo uz izlučivanje sumpora:<br />
:2 Fe<sup>3+</sup> + H<sub>2</sub>S <--> 2 Fe<sup>2+</sup> + S<sub>2</sub>H<sup>+</sup><br />
:2. Amonijev sulfid ((NH<sub>4</sub>)<sub>2</sub>S) taloži crni talog koji je topljiv u kiselini:<br />
:2 Fe<sup>3+</sup> + 3S<sup>2-</sup> <--> Fe<sub>2</sub>S<sub>3</sub>
:Fe<sub>2</sub>S<sub>3</sub> + 6 HCl --> 2 FeCl<sub>3</sub> + 3 H<sub>2</sub>S
 
* [[Željezov(II) sulfat]], FeSO<sub>4</sub> x 7H<sub>2</sub>O, dobiva se u obliku svijetlozelenih monoklinih prizama iz otopine željeza u sumpornoj kiselini; u tehnici se dobiva i oksidacijom pirita na vlažnom zraku, a otpada u znatnim količinama kao sporedni proizvod pri cementaciji [[Bakar (element)|bakra]], pri dobivanju [[kositar|kositra]], pri proizvodnji [[krom]] alauna i [[Titanij|titanskog]] bjelila; najvažnija je tehnička željezna sol i služi za dobivanje drugih spojeva željeza, također za proizvodnju tinte, za uništavanje štetnika (insekticid) i korova, u bojadisarstvu i kožarstvu, za dezinfekciju i dezodorizaciju, za konzerviranje drveta, u [[Veterina|veterinarskoj]] medicini kao adstringens itd.
 
* [[Željezov(III) sulfat]], Fe<sub>2</sub>(SO4)<sub>3</sub>, tvori bijeli ili sivobijeli prah koji se u vodi polako topi, a na zraku se raskvasuje dajući smeđu tekućinu; dobiva se tako da se kisela otopina zelene galice oksidira dušičnom kiselinom; služi kao močilo u bojadisarstu, u proizvodnji berlinskog modrila i željeznih alauna, koji se upotrebljavaju u bojadisarstvu, fotografiji i kemijskoj analizi.
 
* '''Amonijev željezov(II) sulfat heksahidrat''' (NH<sub>4</sub>)<sub>2</sub>Fe(SO<sub>4</sub>) x 36H<sub>2</sub>O poznat je kao '''Mohrova sol'''.
 
===Organski željezovi spojevi===
 
* [[Željezov(II) acetat]], (CH<sub>3</sub>COO)<sub>2</sub>Fe x 4H<sub>2</sub>O (ili Fe(C<sub>2</sub>H<sub>3</sub>O<sub>2</sub>)<sub>2</sub> ili Fe(CH<sub>3</sub>COO)<sub>2</sub>) dobiva se otapanjem željeza u [[Octena kiselina|octenoj kiselini]], a upotrebljava se u bojadisarstvu kao močilo i u medicini kao adstringens.
:2CH<sub>3</sub>COOH + Fe --> (CH<sub>3</sub>COO)<sub>2</sub> Fe + H<sub>2</sub>
 
* [[Željezov(III) acetat]] (Fe(CH<sub>3</sub>COO)<sub>3</sub>) u vodi tvori crveni talog. Inače tako se općenito dokazuje Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> (--> 6CH<sub>3</sub>COOH + 2Fe --> 2(CH<sub>3</sub>COO)<sub>3</sub>Fe + 3H<sub>2</sub>)
 
* [[Željezov amonijev oksalat]], (NH<sub>4</sub>)<sub>3</sub>Fe(C<sub>2</sub>O<sub>4</sub>) x 3H<sub>2</sub>O, zeleni, u vodi lako topljivi kristali koji na svjetlu gube [[Oksalna kiselina|oksalnu kiselinu]] oksidacijom na CO<sub>2</sub>, pri čemu trovalentno željezo prelazi u dvovalentno. To se svojstvo upotrebljava za mjerenje količine [[svjetlost|svjetla]] i za kopiranje nacrta i sl. U istu svrhu, a i kao lijek protiv [[Anemija|slabokrvnosti]], upotrebljava se i '''željezov(II) citrat'''.
 
== Upotreba ==
Željezo je najkorišteniji od svih metala i njegova proizvodnja čini 95% (maseno) od ukupne svjetske proizvodnje metala. Razlog tome je kombinacija niske cijene i pogodnih fizičkih svojstava, zbog čega je željezo neizostavni materijal u [[automobil]]skoj industriji, [[brodogradnja|brodogradnji]] i [[Građevinarstvo|graditeljstvu]].
 
Tehničko željezo predstavlja redovito leguru željeza s većim ili manjim količinama [[ugljik]]a, [[silicij]]a, [[mangan]]a, [[sumpor]]a i [[fosfor]]a, pa mu svojstva uvelike ovise o količini tih sastojina, odnosno primjesa. Dodacima drugih metala, kao [[krom]]a, [[titanij]]a, [[molibden]]a, [[nikal|nikla]], [[tantal]]a, [[vanadij]]a, [[kobalt]]a, [[niobij]]a, [[volfram]]a i dr., svojstva željeza se mogu i dalje modificirati u širim granicama nego bilo kojeg drugog tehničkog metala. Stoga danas ima na tisuće vrsta tehničkih željeza za najrazličitije namjene. Tehničko željezo, osim vrsta koje su posebnim dodacima (napose nikla i kroma) učinjene kemijski otpornima ([[nehrđajući čelik]]), kemijski je manje otporno nego čisto. Ono na vlažnom zraku hrđa, tj. prevlači se slojem hidroksida koji ne štiti metal od daljeg nagrizanja. Željezo grijano na višu temperaturu pokriva se crvenom prevlakom oksida Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>.
[[Datoteka:SagradaFamiliaRoof2.jpg|mini|desno|250px|Primjena željeza je prvenstveno u obliku [[čelik]]a.]]
[[Datoteka:QtubIronPillar.JPG|mini|desno|250px|Oko godine 400. sagrađen je [[željezni stup u Delhiju]], visok 7 metara i težak više od 6 tona, koji i dan danas odolijeva monsunskim kišama i koroziji.]]
[[Datoteka:Widmanstatten hand.jpg|mini|desno|250px|Kada se [[metalni meteoriti]] poliraju i jetkaju, pokazuju poznate Widmanstättenove figure.]]
===Čelik===
{{Glavni|Čelik}}
 
Primjena željeza je prvenstveno u obliku [[čelik]]a, a manje kao [[sirovo željezo|sirovog]] ili [[lijevano željezo|lijevanog željeza]]. Čelik je legura željeza s 0,05 do 2,06% [[ugljik]]a. To je najvažniji tehnološki i konstrukcijski materijal, a do danas je poznato više od tisuću vrsta čelika. Odlikuju se velikom [[Vlačna čvrstoća|čvrstoćom]], [[tvrdoća|tvrdoćom]], žilavošću, mogućnošću lijevanja i mehaničke obrade, te velikom elastičnošću.
 
== Povijest ==
{{Glavni|Povijest metalurgije željeza}}
 
Arheološki dokazi upotrebe "[[meteorit]]skog željeza" za izradu sitnog nakita i oružja sežu do 5. tisućljeća pr.Kr., u današnjem [[Iran]]u i vrhovi koplja, koji datiraju iz 4. tisućljeća pr.Kr. iz [[Drevni Egipat|drevnog Egipta]]. Zapisi [[hijeroglifi]]ma iz 2. stoljeća pr.n.e govore o "crvenom balonu s neba", što se odnosi na [[Metalni meteoriti|meteoritsko željezo]]. Ovo se je željezo koristilo kao ukrasni dio na vrhovima [[Koplje|koplja]]. To željezo ljudi tada nisu dobivali lijevanjem ili taljenjem željeznih ruda, nego su ga obrađivali kao što su obrađivali kamen.
 
Negdje između 3. i 2. tisućljeća pr. Kr. pronalaze se ostaci obrađenog željeza u području [[Mezopotamija|Mezopotamije]], [[Anatolija|Anatolije]] i [[Egipat|Egipta]]. Ovakvi rani počeci obrađenog željeza razlikuju se od željeza meteoritskog porijekla, jer ne sadrže [[nikal]] u svom sastavu. Čini se da su ljudi tada ovo željezo koristili isključivo u religijske svrhe, a željezo je tada bilo vrijednije od [[zlato|zlata]] i vjerojatno je nastalo kao višak kod proizvodnje [[bronca|bronce]].
 
Između 16. i 12. stoljeća pr. Kr. željezo se počinje snažnije koristiti; doduše i u to vrijeme bronca je se još uvijek snažno koristila. No od 1200. pr. Kr. počinje prijelaz [[Brončano doba|brončanog doba]] u [[željezno doba]]. Smatra se da ovaj prijelaz ljudskog društva nije potaknula premoć i kvaliteta jednog materijala nad drugim, nego nedostatak [[kositar|kositra]] (koji je naime neophodan za dobivanje bronce). Ovi prvi koraci obrade željeza na počecima željeznog doba uključivali su i korištenje [[Drveni ugljen|drvenog ugljena]] tijekom obrade, a rezultat ovakve obrade željeza bio je prvi proizvedeni [[čelik]] (površinski sloj željeza). Hlađenjem ovako obrađenog željeza (u pravilu pomoću neke tekućine) dobiveni materijal dobivao je elastičnost i čvrstoću, koja je bila nadmoćna osobinama nad broncom.
 
Željezo se počelo dobivati iz [[Mineralne sirovine|ruda]], najvjerojatnije [[hematit]]a (Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>), oko 1500. pr. Kr., najprije u Anatoliji, današnjoj [[Mala Azija|Maloj Aziji]], kao tzv. “spužvasto željezo”. U to vrijeme, zbog nedovoljne temperature primitivnih peći, nije bilo moguće dobivanje lijevanog željeza, već je nastajalo “spužvasto željezo”, koje se kovanjem pretvaralo u upotrebljiv metal. Nalazišta u Uru ([[Irak]]), te u Egiptu svjedoče o ranom dobivanju željeza iz ruda. Željezo je u to vrijeme bilo nevjerojatno važan strateški materijal. Smatra se, da je pleme [[Hetiti|Hetita]] iz Male Azije postiglo svoju veliku vojnu moć upravo zbog rane proizvodnje željeznog oružja. U to je vrijeme cijena željeza bila veća od cijene zlata, a način njegovog dobivanja čuvao se kao najstroža tajna.
 
U [[Stara Grčka|staroj Grčkoj]] željezno doba počinje oko 1300. pr. Kr., a 1200. pr. Kr. željezo je već poznato u čitavom “starom svijetu”. Očvršćavanje željeza zakaljivanjem bilo je poznato oko 900. pr. Kr, a također i oporavljanje (popuštanje) zagrijavanjem. O tome svjedoče nalazi i pisani dokumenti iz [[Antički Rim|Rima]], [[Halštatska kultura|Halstatta]] ([[Njemačka]]) i [[Latenska kultura|La Tene]] ([[Francuska]]).
 
Željezo je čovjeku bilo poznato već u [[Prapovijest|prapovijesnim]] vremenima, a danas je ono kudikamo najvažniji tehnički metal. Od njega se prave [[most]]ovi, [[Željeznica|željeznice]], [[strojevi]], [[brod]]ovi, [[Građevine|građevine]], itd. kao i bezbroj sitnica potrebnih u svakodnevnom životu: [[Igla|igle]], [[Čavao|čavli]], [[Vijak|vijci]], [[Pero (strojni dio)|pera]], kvačice za spise, kutije za konzerve itd.
 
==Dobivanje željeza==
[[Datoteka:Alto horno antiguo Sestao.jpg|mini|desno|250px|Visoka peć u mjestu Sestao, [[Španjolska]].]]
[[Datoteka:Pig iron.jpg|mini|desno|250px|[[Sirovo željezo]] je zbog većeg sadržaja nečistoća i ugljika, jako krhko i nepodesno za obradu ili primjenu.]]
[[Datoteka:Bessemer converter.jpg|mini|desno|250px|Bessemerovi konverteri za dobivanja čelika.]]
[[Datoteka:VysokePece1.jpg|mini|desno|250px|Rad u blizini visoke peći Třinec.]]
Za dobivanje željeza danas se uglavnom koriste [[Oksidi|oksidne]], a rjeđe [[Karbonati|karbonatne]] [[rude]]. Crvena željezna ruda sadrži mineral [[hematit]]. Druge rude sadrže mineral [[magnetit]], koji je crne boje i [[magnet]]ičan. Željezo rijetko nalazimo u elementarnom obliku koji se nalazi u okolici vulkana i u meteorima. Velike količine željeza korištene od željeznog doba, u prvom tisućljeću prije Krista, dobivene su taljenjem željeznih [[minerali|minerala]], kao što je [[Hematit|hematit]].
 
Iz oksidnih ruda željezo se dobiva redukcijom ruda koksom, odnosno ugljikovim(II) oksidom ([[ugljikov monoksid]]) u [[visoka peć|visokim pećima]]. Iz ruda koje su siromašne željezom (npr. limonita), željezo se dobiva tzv. kiselim taljenjem i Kruppovim postupkom.
 
===Dobivanje željeza u visokim pećima===
 
Kroz gornji otvor [[visoka peć|visoke peći]] (grotlo), peć se naizmjenično puni slojevima koksa i rude s talioničkim dodacima. Ovisno o rudi, talionički dodatak je [[vapnenac]] ili [[dolomit]] (ako su rude kisele, jer jalovine sadrže [[Silikati|silikate]] i [[aluminij]]ev oksid) ili [[kvarc]]ni [[pijesak]] (ako su rude alkaline, jer jalovine sadrže [[kalcij]]ev oksid). Najdonji sloj koksa se zapali, a dovodi mu se vruć zrak (do 800 °C) obogaćen [[kisik]]om. Pri tom koks izgara dajući najprije [[Ugljikov(IV) oksid|CO<sub>2</sub>]], a zatim prolaskom kroz sljedeći sloj koksa prelazi u [[Ugljikov(II) oksid|CO]]:
 
:2 C + O<sub>2</sub> → 2 CO
 
Nastali [[ugljikov(II) oksid]] (ugljikov monoksid) glavno je redukcijsko sredstvo koje postupno, ovisno o temperaturi pojedinih zona peći, sve više reducira [[Željezovi oksidi|okside željeza]], dok konačno ne nastane tzv. [[spužvasto željezo]], a sve reakcije se sumarno mogu svesti na:
 
:Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> + 3 CO → 2 Fe + 3 CO<sub>2</sub>
 
Reakcijama oslobođeni CO<sub>2</sub> (koji nastaje raspadom [[Karbonati|karbonata]]) reagira s ugrijanim koksom dajući ponovo CO, koji se u manje vrućim dijelovima peći raspada na CO<sub>2</sub> i fino dispergirani [[ugljik]], koji se otapa u spužvastom željezu. Ugljik tako snizuje [[talište]] reduciranog željeza na 1100 - 1200 °C. Rastaljeno željezo se, zbog veće gustoće, slijeva polagano u donji dio peći i skuplja se na dnu odakle se ispušta u kalupe ili vagonete kojima se odvozi na daljnju preradu. Tekuća i lakša [[troska]] pliva na rastaljenom željezu i ispušta se kroz nešto više smješten ispust.
 
Proizvodi koji nastaju u visokoj peći su:
* [[Sirovo željezo]]. Polaganim hlađenjem dobiva se sivo sirovo željezo iz kojeg se izlučio [[grafit]]. Naglim hlađenjem dobiva se bijelo sirovo željezo iz kojeg se grafit nije stigao izlučiti. Međutim, sirovo željezo obično se ne hladi nego odmah prerađuje u [[čelik]]e.
 
* [[Troska]] ili zgura, koja je uglavnom kalcijev alumosilikat, upotrebljava se za proizvodnju [[cement]]a i kao [[Toplinska izolacija|izolacijski materijal]].
 
* '''Grotleni plin''' nastaje kao proizvod navedenih procesa [[gorenje|gorenja]], a sastoji se od [[dušik]]a, ugljikovog dioksida, ugljikovog monoksida, [[vodik]]a i [[metan]]a. Koristi se za zagrijavanje zraka koji se upuhuje u peć.
 
===Sirovo željezo===
 
[[Sirovo željezo]] je zbog većeg sadržaja nečistoća i ugljika, jako krhko i nepodesno za obradu ili primjenu. Može se koristiti samo za lijevanje najgrubljih masivnih predmeta (npr. postolja), koji nisu mehanički ili toplinski opterećeni. Da bi se dobilo kvalitetnije željezo ili čelik, sirovo se željezo prerađuje, što uključuje smanjenje sadržaja svih primjesa i podešavanje željenog sadržaja ugljika, koji bitno određuje kvalitetu čelika. [[Čelik]]om se smatra legura željeza od 0,05 do 2,06% ugljika. Pročišćeno sirovo željezo koje sadrži više od 1,7%, a manje od 2,5% ugljika obično zovemo [[lijevano željezo]], a koristi se za izradu masivnijih željeznih odljevaka za razna postolja, nosače, kostrukcijsko i građevinsko željezo itd. Mješanjem sirovog željeza s talinom kvarcnog pijeska i pretaljivanjem te smjese u pećima obloženim Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>, u talini se dobiva spužvasto, porozno željezo, u kojem prisutni Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> oksidira većinu primjesa. Dobiva se tzv. profilno željezo jer se direktno iz peći, pod [[tlak]]om koji istiskuje silikatnu masu s otopljenim primjesama, izvlače profilni proizvodi željeza ([[cijev]]i, [[tračnice]], šipke itd.).
 
Primjese znatno utječu na fizikalna svojstva željeza. Talište čistog željeza je 1535°C, a željeza sa svega 0,83% ugljika 740°C.
Sastav sirovog željeza:
 
w(Fe) = 90%,<br />
w(C) = 2 - 5%,<br />
w(Si) = 0,2 – 4%,<br />
w(P) = 0,1 – 3%,<br />
w(Mn) = 1,5 – 6%,<br />
w(S) = 0,01 – 0,05%.
 
===Proizvodnja čelika===
Postoji više postupaka prerade željeza u čelike, a najčešći su: <ref> "Strojarski priručnik", Bojan Kraut, Tehnička knjiga Zagreb 2009.</ref>
* neposrednim propuhivanjem [[kisik]]a ili [[zrak]]a obogaćenog kisikom kroz rastaljeno željezo u konverterima. Najviše se koriste Bessemerov i Thomasov postupak. Razlikuju se u tome što se Thomasovim postupkom iz sirova željeza može ukloniti i fosfor.
 
* posrednom [[Oksidacija|oksidacijom]] koja se provodi u Siemens - Martinovim pećima. Kod ovog postupka oksidaciju vrši kisik iz plinova iznad taline.
 
* LD postupkom s čistim kisikom (99,9%), u kojem se kisik ne provodi kroz talinu, nego provodi kroz vodom hlađenu kapljastu cijev, koja seže do jednog metra iznad taline. Danas se ovaj postupak sve više primjenjuje.
 
* elektrolučni postupak u kojem se sirovo željezo tali [[Električni luk|električnim lukom]]. Ovo je moderniji postupak dobivanja legiranih čelika u kojima je udio drugih metala veći od 5%.
 
==Nalazišta==
 
Željeza ima u sastavu Mjeseca, Sunca i drugih nebeskih tijela kao i na Zemlji gdje je najrasprostranjeniji metal. Zemljina se jezgra najvećim dijelom sastoji od kovinasta željeza, s nešto [[nikal|nikla]], a upravo taj sastav željeza u vanjskoj tekućini jezgre i u njezinim čvrstim unutrašnjim dijelovima daje Zemlji njezino '''magnetno polje'''. Može se naći kao i [[minerali|mineral]], ali rijetko, jer željezo se spremno spaja s [[kisik|kisikom]] i [[voda|vodom]] pa stvara [[oksidi|okside]] i druge minerale. Povremeno se nalazi u nekim promijenjenim [[bazalt|bazaltima]], gdje su željezni minerali svedeni na urođeno željezo.
 
''Željezni cvijet'' ili ''željezni šešir'' nazivaju rudari dijelove ležišta željezne rude (pirita, hematita, magnetita, siderita), gdje su one prešle u limonite.
 
U prirodi (na mnogim mjestima Zemljine površine) spojeno se željezo nakupilo u većim koncentracijama, a stijene koje sadržavaju 20% i više željeza mogu služiti kao željezne rude. Najčešće i najvažnije rude od njih sadržavaju minerale [[hematit]] (Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> x H<sub>2</sub>O), najmanje zastupljen limonit (FeO(OH) x nH<sub>2</sub>O) i [[magnetit]] (Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>) koje su oksidne rude, te vrlo rašireni pirit (FeS<sub>2</sub>) koji je sulfidna ruda, te siderit (FeCO<sub>3</sub>) koja je karbonatna ruda. [[Vivijanit]] je kristal, željezni fosfat. Željezo još nalazimo i u silikatnim rudama (spojevima).
 
Sve rude se moraju pržiti prije preradbe u sirovo željezo da prijeđu u oksid. Iz rude se sirovo željezo dobiva preradbom u visokoj peći. Tako dobiveno sirovo željezo upotrebljava se manjim dijelom za proizvodnju predmeta lijevanjem, a većim dijelom prerađuje se u čelik.
 
 
== Zanimljivosti ==
 
*Za dobivanje 1 tone sirovog željeza potrebno je: 1,65 t rude s dodatcima, 0,5 t koksa, 1,5 – 2,5 t vrućeg zraka i 10 m<sup>3</sup> vode za hlađenje. Pritom još nastaje: 0,3 t troske, 3 - 3,5 t grotlenih plinova i prašine.
 
*[[Eiffelov toranj]] sagrađen je 1889. Povodom svjetske izložbe u [[Pariz]]u. Iako je Aleksandar Gustav Eiffel (1832.-1923.) imao najviše usjeha u projektiranju čeličnih mostova, njegov najznačajniji projekt je poznati pariški čelični toranj koji je po njemu dobio ime. Sa četiri rešetkasta nosača uzdiže se do visine oko 300 metara, a teži 9 700 tona. Čelični nosači spajaju tri platforme na visinama 58, 116 i 276 metara koje su posjetiteljima pristupačne dizalom ili stubama. S jedne od turistički najpoznatijih građevina na svijetu pruža se pogled oko 140 km u daljinu. Na tornju se nalazi [[Meteorološka postaja|meteorološka postaja]], a služi i kao [[Antena|antenski stup]].
 
==Izvori==
 
*Hrvatska enciklopedija, Broj 11 (Tr-Ž), str. 400.. Za izdavača: Leksikografski zavod Miroslav Krleža, Zagreb 2000.g. ISBN 953-6036-32-0 .
 
{{izvori}}
{{Wječnik}}
{{Kemijski elementi}}
 
[[Kategorija:Kemijski elementi]]
[[Kategorija:Metalurgija]]
 
<!-- interwiki -->
 
{{Link FA|eo}}
{{Link FA|af}}

Navigacijski meni