Eisen

In diesem Artikel geht es um das Metall Eisen. Für das Werkzeug namens Eisen siehe Bügeln.

Eisen ist ein chemisches Element und ein Metall. Es ist das zweithäufigste Metall der Erde und das am weitesten verbreitete Metall. Es macht einen Großteil des Erdkerns aus und ist das vierthäufigste Element in der Erdkruste.

Das Metall wird viel verwendet, weil es stark und billig ist. Eisen ist der Hauptbestandteil, der zur Herstellung von Stahl verwendet wird. Roheisen ist magnetisch (wird von Magneten angezogen), und sein Verbundmagnetit ist permanent magnetisch.

In einigen Regionen wurde um 1200 v. Chr. Eisen verwendet. Dieses Ereignis gilt als der Übergang von der Bronze- zur Eisenzeit.

Ein Brocken Eisen
Ein Brocken Eisen

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Eisen ist ein graues, silberfarbenes Metall. Es ist magnetisch, obwohl verschiedene Allotrope von Eisen unterschiedliche magnetische Eigenschaften haben. Eisen ist leicht zu finden, abzubauen und zu schmelzen, weshalb es so nützlich ist. Reines Eisen ist weich und sehr formbar.

Chemische Eigenschaften

Eisen ist reaktiv. Es reagiert mit den meisten Säuren wie Schwefelsäure. Es bildet Eisen(II)-sulfat, wenn es mit Schwefelsäure reagiert. Diese Reaktion mit Schwefelsäure wird zur Reinigung von Metall verwendet.

Eisen reagiert mit Luft und Wasser und bildet Rost. Wenn der Rost abblättert, wird mehr Eisen freigelegt, wodurch mehr Eisen rosten kann. Schließlich wird das ganze Eisenstück weggerostet. Andere Metalle wie Aluminium rosten nicht weg. Eisen kann mit Chrom legiert werden, um rostfreien Stahl herzustellen, der unter den meisten Bedingungen nicht rostet.

Eisenpulver kann mit Schwefel zu Eisen(II)-sulfid, einem harten schwarzen Feststoff, reagieren. Eisen reagiert auch mit den Halogenen unter Bildung von Eisen(III)-Halogeniden, wie Eisen(III)-Chlorid. Eisen reagiert mit den Halogenwasserstoffsäuren unter Bildung von Eisen(II)-Halogeniden wie Eisen(II)-Chlorid.

Chemische Verbindungen

Eisen bildet chemische Verbindungen mit anderen Elementen. Normalerweise oxidiert das andere Element Eisen. Manchmal werden zwei, manchmal drei Elektronen aufgenommen. Verbindungen, bei denen dem Eisen zwei Elektronen abgenommen werden, werden als Eisenverbindungen bezeichnet. Verbindungen, bei denen Eisen drei Elektronen abgenommen werden, werden als Eisenverbindungen bezeichnet. Eisenverbindungen haben Eisen in seiner Oxidationsstufe +2. Eisen(III)-Verbindungen haben Eisen in der Oxidationsstufe +3. Eisenverbindungen können schwarz, braun, gelb, grün oder violett sein.

Eisenhaltige Verbindungen sind schwache Reduktionsmittel. Viele von ihnen sind grün oder blau. Die häufigste Eisenverbindung ist Eisensulfat.

Eisen(III)-Verbindungen sind Oxidationsmittel. Viele von ihnen sind braun. Die gebräuchlichste Eisen(III)-Verbindung ist Eisen(III)-oxid, dasselbe wie Rost. Ein Grund, warum Eisen rostet, liegt darin, dass Eisen(III)-oxid ein Oxidationsmittel ist. Es oxidiert Eisen und lässt es selbst unter Farbe rosten. Deshalb kann das Ganze rosten, wenn ein kleiner Kratzer in der Farbe vorhanden ist.

Eisen(II)-Verbindungen

Verbindungen in der Oxidationsstufe +2 sind schwache Reduktionsmittel. Sie sind normalerweise hell gefärbt. Sie reagieren mit dem Sauerstoff der Luft. Sie sind auch als Eisenverbindungen bekannt.

  • Eisen(II)-sulfid, eine glänzende Chemikalie, die mit Säuren reagiert und dabei Schwefelwasserstoff freisetzt, im Boden gefunden
  • Eisen(II)-sulfat, eine blau-grüne kristalline Chemikalie, die durch Reaktion von Schwefelsäure mit Stahl hergestellt wird und zur Reduzierung von Giften wie Chromat in Beton verwendet wird
  • Eisen(II)chlorid, eine blassgrüne kristalline Chemikalie, die durch Reaktion von Salzsäure mit Stahl hergestellt wird
  • Eisen(II)-Hydroxid, ein dunkelgrünes Pulver, das durch Elektrolyse von Wasser mit einer Eisenanode hergestellt wird, reagiert mit Sauerstoff und färbt sich braun
  • Eisen(II)-oxid, schwarz, brennbar, selten

Gemischte Oxidationsstufe

Diese Verbindungen sind selten, nur eine ist häufig. Sie sind im Boden zu finden.

  • Eisen(II,III)-oxid, ein schwarzes Mineral, das als Eisenerz verwendet wird, enthält Eisen in der Oxidationsstufe +2 und +3.

Eisen(III)-Verbindungen

Verbindungen in der Oxidationsstufe +3 sind normalerweise braun. Sie sind Oxidationsmittel. Sie sind korrosiv. Sie sind auch als Eisen(III)-Verbindungen bekannt.

  • Eisen(III)-oxid, Rost, rotbraun, löst sich in Säure auf
  • Eisen(III)chlorid, giftig und ätzend, löst sich in Wasser auf und bildet eine dunkelbraune, saure Lösung. Hergestellt durch Reaktion von Eisen mit Salzsäure und einem Oxidationsmittel
  • Eisen(III)-nitrat, hellviolett, ätzend, verwendet beim Ätzen
  • Eisen(III)-sulfat, selten, hellbraun, löst sich in Wasser auf. Hergestellt durch Reaktion von Eisen mit Schwefelsäure und einem Oxidationsmittel.
Eisen(II)-oxid
Eisen(II)-oxid

Eisen(II)-sulfat
Eisen(II)-sulfat

Eisen(III)chlorid
Eisen(III)chlorid

Wo Eisen gefunden wird

Es gibt sehr viel Eisen im Universum, weil es der Endpunkt der Kernreaktionen in großen Sternen ist. Es ist das letzte Element, das erzeugt wird, bevor der heftige Kollaps einer Supernova das Eisen in den Weltraum streut.

Das Metall ist der Hauptbestandteil des Erdkerns. In der Nähe der Oberfläche findet man es als Eisen- oder Eisen-III-Verbindung. Einige Meteorite enthalten Eisen in Form von seltenen Mineralien. Normalerweise wird Eisen als Hämatiterz im Boden gefunden, das zu einem großen Teil während des Großen Sauerstoffsättigungsereignisses entstanden ist. Eisen kann in einem Hochofen aus dem Erz gewonnen werden. Ein Teil des Eisens wird in Form von Magnetit gefunden.

Es gibt Eisenverbindungen im Fleisch. Eisen ist ein wesentlicher Bestandteil des Hämoglobins in den roten Blutkörperchen.

Eisen herstellen

Eisen wird in großen Fabriken, die Eisenwerke genannt werden, durch Reduktion von Hämatit mit Kohlenstoff (Koks) hergestellt. Dies geschieht in großen Behältern, die als Hochöfen bezeichnet werden. Der Hochofen wird mit Eisenerz, Koks und Kalkstein gefüllt. Ein sehr heißer Luftstrom wird eingeblasen, wo er den Koks zum Verbrennen bringt. Die extreme Hitze lässt den Kohlenstoff mit dem Eisenerz reagieren, wodurch den Eisenoxiden der Sauerstoff entzogen und Kohlendioxid erzeugt wird. Das Kohlendioxid ist ein Gas und verlässt das Gemisch. Mit dem Eisen ist etwas Sand enthalten. Der Kalkstein, der aus Kalziumkarbonat besteht, verwandelt sich in Kalziumoxid und Kohlendioxid, wenn der Kalkstein sehr heiß ist. Das Kalziumoxid reagiert mit dem Sand und bildet eine Flüssigkeit, die Schlacke genannt wird. Die Schlacke wird entwässert, so dass nur noch das Eisen übrig bleibt. Durch die Reaktion verbleibt reines flüssiges Eisen im Hochofen, wo es nach dem Erkalten geformt und gehärtet werden kann. Fast alle Eisenwerke sind heute Teil von Stahlwerken, und fast das gesamte Eisen wird zu Stahl verarbeitet.

Es gibt viele Möglichkeiten, Eisen zu bearbeiten. Eisen kann gehärtet werden, indem ein Stück Metall erhitzt und in kaltes Wasser gespritzt wird. Es kann erweicht werden, indem man es erhitzt und langsam abkühlen lässt. Es kann auch mit einer schweren Presse gestanzt werden. Es kann zu Drähten gezogen werden. Es kann zu Blech gerollt werden.

In den Vereinigten Staaten wurde ein Großteil des Eisens in Minnesota dem Boden entnommen und dann per Schiff nach Indiana und Michigan geschickt, wo es zu Stahl verarbeitet wurde.

Hochofen
Hochofen

Verwendet

Als Metall

Eisen wird mehr als jedes andere Metall verwendet. Es ist stark und billig. Es wird zur Herstellung von Gebäuden, Brücken, Nägeln, Schrauben, Rohren, Trägern und Türmen verwendet.

Eisen ist nicht sehr reaktiv, so dass es leicht und billig aus Erzen gewonnen werden kann. Einmal zu Stahl verarbeitet, ist es sehr stark und wird zur Verstärkung von Beton verwendet.

Es gibt verschiedene Arten von Eisen. Gusseisen ist Eisen, das auf die oben im Artikel beschriebene Weise hergestellt wird. Es ist hart und spröde. Es wird zur Herstellung von Dingen wie Sturmabflussdeckeln, Kanaldeckeln und Motorblöcken (dem Hauptteil eines Motors) verwendet.

Stahl ist die häufigste Form von Eisen. Stähle gibt es in verschiedenen Formen. Baustahl ist Stahl mit einem niedrigen Kohlenstoffanteil. Er ist weich und leicht biegbar, aber er reißt nicht leicht. Er wird für Nägel und Drähte verwendet. Kohlenstoffstahl ist härter, aber spröder. Er wird für Werkzeuge verwendet.

Es gibt andere Stahlsorten. Rostfreier Stahl ist aufgrund des Chromgehalts rostbeständig, und Nickel-Eisen-Legierungen können bei hohen Temperaturen fest bleiben. Andere Stähle können sehr hart sein, abhängig von den zugesetzten Legierungen.

Schmiedeeisen lässt sich leicht formen und zur Herstellung von Zäunen und Ketten verwenden.

Sehr reines Eisen ist weich und kann leicht rosten (oxidieren). Es ist auch ziemlich reaktiv.

Als Verbindungen

Eisenverbindungen werden für verschiedene Dinge verwendet. Eisen(II)-chlorid wird verwendet, um Wasser sauber zu machen. Eisen(III)-chlorid wird ebenfalls verwendet. Eisen(II)-sulfat wird zur Reduktion von Chromaten in Zement verwendet. Einige Eisenverbindungen werden in Vitaminen verwendet.

Eine Brücke aus Eisen
Eine Brücke aus Eisen

Ernährung

Eisenmangel ist der häufigste Nährstoffmangel der Welt.

Unser Körper braucht Eisen, damit Sauerstoff zu unseren Muskeln gelangen kann, denn es ist das Herzstück einiger wichtiger Makromoleküle in unserem Körper, wie zum Beispiel Hämoglobin, die dafür sorgen, dass es besser funktioniert. Viele Getreidearten enthalten einen Eisenzusatz (das Element Metall Eisen). Es wird dem Getreide in Form von winzigen Metallspänen zugesetzt. Manchmal ist es sogar möglich, die Späne zu sehen, indem man einen extrem starken Magneten nimmt und ihn in die Schachtel legt. Der Magnet wird diese Eisenstücke anziehen. Der Verzehr dieser kleinen Metallspäne ist für unseren Körper nicht schädlich.

Eisen steht dem Körper am meisten zur Verfügung, wenn es den Aminosäuren zugesetzt wird - Eisen ist in dieser Form zehn- bis fünfzehnmal besser verdaulich als als Element. Eisen findet sich auch in Fleisch, zum Beispiel im Steak. Eisen, das von Nahrungsergänzungsmitteln bereitgestellt wird, liegt in Form einer Chemikalie vor, wie z.B. Eisen(II)-sulfat, das billig ist und gut absorbiert wird. Der Körper nimmt nicht mehr Eisen auf, als er braucht, und er braucht in der Regel sehr wenig. Das Eisen in den roten Blutkörperchen wird durch ein System recycelt, das alte Zellen abbaut. Der Blutverlust durch Verletzungen oder Parasiteninfektionen kann schwerwiegender sein.

Toxizität

Eisen ist giftig, wenn große Mengen in den Körper aufgenommen werden. Wenn zu viele Eisentabletten eingenommen werden, werden Menschen (vor allem Kinder) krank. Außerdem gibt es eine genetische Störung, die die Regulierung des Eisenspiegels im Körper schädigt.

Es gibt Chemikalien, die sich mit Eisen binden und von Ärzten verschrieben werden können.

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