Żelazo (Fe)

Żelazo w układzie okresowym

Pierwiastek leży w czwartym okresie, czyli w czwartym poziomym rzędzie tablicy — to oznacza, że jego elektrony rozmieszczone są na 4 powłokach. Znajduje się w 8 grupie (blok d — pierwiastek przejściowy, zapełniana jest podpowłoka d). W tej samej grupie stoją: Ruten, Osm, Has — pierwiastki z jednej grupy mają podobną liczbę elektronów walencyjnych, dlatego zachowują się chemicznie podobnie. W temperaturze pokojowej Żelazo jest ciałem stałym (topnieje w 1538 °C, wrze w 2861 °C).

Żelazo — co to za pierwiastek

Stal całej cywilizacji, a w hemoglobinie powód, że krew jest czerwona.

Właściwości pierwiastka Żelazo

Czyste żelazo jest srebrzystoszarym, dość miękkim metalem — kowalnym i ciągliwym, dającym się walcować na blachę i wyciągać na drut. Topi się dopiero w 1538 °C, wrze w 2861 °C, a jego gęstość wynosi 7,874 g/cm³, więc jest wyraźnie cięższe od glinu. Najbardziej charakterystyczną cechą jest ferromagnetyzm: żelazo przyciąga magnes i samo może się nim stać. Chemicznie to metal umiarkowanie aktywny. W wilgotnym powietrzu utlenia się, tworząc rdzę — uwodniony tlenek żelaza(III), który się łuszczy i odsłania kolejne warstwy metalu. Z kwasem solnym i rozcieńczonym siarkowym reaguje z wydzieleniem wodoru, a w stężonym kwasie azotowym ulega pasywacji i przestaje reagować. W wysokiej temperaturze żelazo zmienia wewnętrzny układ atomów i to na tych przemianach opiera się hartowanie stali.

Zastosowanie pierwiastka Żelazo

Żelazo jest najczęściej używanym metalem świata, ale prawie nigdy nie stosuje się go w czystej postaci — pracuje jako stal, czyli stop żelaza z niewielką ilością węgla. Ze stali są konstrukcje mostów i hal, zbrojenie betonu, szyny, rury, karoserie samochodów, blachy, gwoździe i narzędzia. Dodatek chromu i niklu daje stal nierdzewną na sztućce, garnki i sprzęt medyczny, a dodatek manganu lub wolframu — stale narzędziowe odporne na ścieranie. Żeliwo, stop o większej zawartości węgla, idzie na korpusy maszyn, grzejniki i patelnie. Żelazo jest też podstawą zwykłych magnesów oraz rdzeni w transformatorach i silnikach elektrycznych, bo łatwo się namagnesowuje. W przemyśle chemicznym rozdrobnione żelazo jest katalizatorem syntezy amoniaku. Tlenki żelaza od tysiącleci służą jako pigmenty — czerwień żelazowa i ochra. W organizmie żelazo wchodzi w skład hemoglobiny przenoszącej tlen we krwi, dlatego przy niedokrwistości lekarze zalecają preparaty z żelazem.

Żelazo — najważniejsze związki chemiczne

Tlenek żelaza(III) Fe₂O₃ to główny składnik rudy hematytu i czerwonego pigmentu, a magnetyt Fe₃O₄ jest naturalnie magnetyczny. Piryt FeS₂ o metalicznym połysku bywa nazywany złotem głupców. Siarczan(VI) żelaza(II) FeSO₄ stosuje się w preparatach na niedobór żelaza i do zakwaszania gleby, a chlorek żelaza(III) FeCl₃ oczyszcza ścieki. Wodorotlenek żelaza(II) Fe(OH)₂ jest zielonkawy, a wodorotlenek żelaza(III) Fe(OH)₃ rdzawobrunatny — różnica barw pozwala rozpoznać stopień utlenienia wprost w probówce. W hemoglobinie jon żelaza tkwi w pierścieniu hemu i to on wiąże cząsteczkę tlenu. Syderyt FeCO₃ to kolejna ruda, z której wytapia się metal. Roztwory soli żelaza(II) są bladozielone, a soli żelaza(III) żółtobrunatne, co ułatwia rozpoznanie ich w probówce.

Żelazo — gdzie go spotykasz

• stal
• krew
• magnesy
• szpinak

Żelazo w szkole — co trzeba wiedzieć

Żelazo to metal przejściowy z bloku d, konfiguracja [Ar] 3d⁶ 4s². Na sprawdzianie liczą się przede wszystkim dwie wartościowości, II i III, stąd nazwy tlenek żelaza(II) FeO i tlenek żelaza(III) Fe₂O₃ — rzymska cyfra w nawiasie jest obowiązkowa, jej pominięcie liczy się jako błąd. Drugi stały temat to korozja: rdza powstaje tylko wtedy, gdy jednocześnie obecne są woda i tlen, a chroni się przed nią przez malowanie, cynkowanie albo dołączenie protektora z metalu aktywniejszego. Trzeci to wielki piec, w którym tlenki żelaza redukuje tlenek węgla(II) powstający z koksu. W szeregu aktywności żelazo stoi przed wodorem i przed miedzią, więc wypiera miedź z roztworu siarczanu(VI) miedzi(II) — gwóźdź pokrywa się wtedy miedzianym nalotem.

Żelazo — historia odkrycia

Żelazo znano na długo przed tym, zanim ktokolwiek zaczął spisywać historię chemii, dlatego nie ma ono ani odkrywcy, ani daty odkrycia. Najstarsze przedmioty żelazne wykonano z meteorytów, w których metal występuje w postaci rodzimej — Egipcjanie nazywali je metalem z nieba. Umiejętność wytapiania żelaza z rud odmieniła technikę na tyle, że cała epoka wzięła od niego nazwę. Łacińska nazwa ferrum dała symbol Fe i cały zestaw słów w chemii: ferromagnetyzm, ferryty, dawne określenia soli żelazawych i żelazowych. Przełomem w produkcji był wielki piec, który pozwolił redukować rudę na skalę przemysłową.

Żelazo — skąd wzięła się nazwa

łac. ferrum

Żelazo — izotopy

żelazo-56 najtrwalsze jądro w przyrodzie

Żelazo — bezpieczeństwo

Bezpieczne; nadmiar w organizmie uszkadza wątrobę.

Ciekawostki o pierwiastku Żelazo

• Jądro Ziemi to głównie żelazo — i dlatego mamy pole magnetyczne.
• Żelazo w hemoglobinie sprawia, że krew jest czerwona; u wielu skorupiaków i mięczaków tlen przenosi miedź i ich krew ma barwę niebieskawą.
• Rdza zajmuje więcej miejsca niż metal, z którego powstała, dlatego rozsadza konstrukcje — zardzewiałe zbrojenie potrafi rozłupać beton.
• Szpinak nie jest rekordzistą pod względem zawartości żelaza: ma go tyle, co inne zielone warzywa, a obecny w nim kwas szczawiowy dodatkowo utrudnia wchłanianie.

Najczęstsze pytania o pierwiastek Żelazo