ŽELJEZO, Fe  

OPĆENITO O ELEMENTU

Ferrum	Fer	Iron	Željezo	Ferro	Ijzer	Eisen	Ferro	Hierro	Järn

U čistom elementarnom stanju željezo je poput srebra - bijel, razmjerno mekan, kovan metal, kemijski dosta otporan. Dolazi u tri alotropske modifikacije - alfa-željezo, beta-željezo gama-željezo. Alfa-željezo (ferit) postojano do 906°C je magnetično, a u čvrstom stanju može otopiti vrlo malo ugljika. Gama-željezo, postojano od 906°C do 1410°C (talište 1535°C), nemagnetično je i u čvrstom stanju može otopiti mnogo ugljika. Tehničko željezo predstavlja redovito leguru željeza s većim ili manjim količinama ugljika, silicija, mangana, sumpora i fosfora pa mu svojstva uvelike ovise o količini tih sastojina, odnosno primjesa. Dodacima drugih metala, kao kroma, titana, molibdena, nikla, tantala, vanadija, kobalta, niobija, volframa 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 (nerđajući čelici), kemijski je manje otporno nego čisto. Ono na vlažnom zraku rđa, tj. prevlači se slojem hidroksida koji ne štiti metal od daljeg nagrizanja. Željezo grijano na višu temperaturu pokriva se crvenom prevlakom oksida Fe3O4.

Slika 1. - Ova slika je preuzeta sa 
www.chemsoc.org stranice. Prikazuje
Željezo u elementarnom stanju.

 Sitnije čestice željeza mogu na zraku i gorjeti pri čemu frcaju iskre usijanog oksida, a u sasvim finom razdjeljenju željezo je i piroforno, tj. samozapaljivo na zraku. S usijanim željezom vodena para reagira uz postanak oksida Fe3O4 i vodika. Na visokoj temperaturi željezo se direktno spaja s klorom i sa sumporom. U razrijeđenim se kiselinama tehničko željezo lako otapa. Koncentrirana sulfatna kiselina ga ne nagriza (stoga se ona može spremati i prevoziti u željeznim posudama), a u koncentriranoj nitratnoj kiselini željezo postaje pasivno. Željezo je u Zemljinoj kori najrašireniji metalni element, najdublja unutrašnjost Zemlje se pretežno od njega i sastoji, a tako je i sa drugim nebeskim tijelima kako svjedoče meteoriti pali na Zemlju od kojih se polovina sastoji pretežno od željeza. U Zemljinoj kori udio je željeza oko 5%, a u cijeloj Zemlji se računa da je 37%. Na površini Zemlje prirodno željezo je samo izuzetno u elementarnom stanju (telurno željezo na otoku Dikso zapadno od Grenlanda). Na mnogim mjestima Zemljine površine spojeno se željezo nakupilo u većim koncentracijama; stijene koje sadržavaju 20 i više posto željeza mogu služiti kao željezne rude. Najvažnije od njih sadržavaju minerale hematit (Fe2O3), limonit (FeO(OH)) i magnetit (Fe3O4); vrlo rašireni pirit (FeS) i siderit (FeCO3) moraju se 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.
Željezo je važno za život biljaka i životinja: ono je sastojina hemoglobina i kloroplasta pa ga mora sadržavati hrana toplokrvnih životinja kao i zemlja u kojoj rastu biljke. U organizmu odraslog čovjeka ima oko 5,85 g željeza; od toga je 55% vezano za hemoglobin, 10% ga je u mioglobinu i 17% u staničnim heminima; oko 17% željeza nalazi se i u drugim organima (kao feritin i hemosiderin). Preparati željeza ubrajaju se u najstarija ljekovita sredstva; bili su poznati već u rimsko vrijeme. Danas se željezo u obliku topljivih fero-soli najviše upotrebljava za liječenje raznih oblika anemija. Željezo je čovjeku bilo poznato već u prehistorijskim vremenima, a danas je ono kudikamo najvažniji tehnički metal. Od njega se prave mostovi, željeznice, strojevi, brodovi, građevine, itd. kao i bezbroj sitnica potrebnih u svakodnevnom životu: igle, čavli, vijci, pera, kvačice za spise, kutije za konzerve itd.

Slika 2. - Slika je preuzeta iz Microsoft Encarta
Encyclopedia http://encarta.msn.com. Prikazuje hrđu Željeza.

Spojevi željeza:

 u spojevima je željezo najčešće dvovalentno ili trovalentno (fero- i feri- spojevi). Od željeznih oksida važni su željezo(III)-oksid (Fe2O3) i fero-feri-oksid (Fe3O4 x Fe2O3) koji nastaje kao crveni prah kad se žari Fe(OH)3, Fe(NO3)2 ili Fe2(S04)3. Kao mineral, hematit tvori više ili manje guste stijene, mjestimice i velike crvene kristale. Glavna je sastojina željeznih boja (caput mortuum, kolkotar, oker). Feri-fero-oksid, Fe3O4 = FeO x Fe2O3, nastaje pri žarenju željeza i željeznih oksida na više temperature; kao magnetit najvažnija je ruda, a od njega se prave i elektrode za tehničku elektrolizu; sastojina je termitne smjese. Željezo(II)-hidroksid, Fe(OH)2, ispada kao bijeli do svijetlozeleni talog kad se otopini soli dvovalentnog željeza u odsutnosti kisika doda lužina; na zraku lako prelazi u smeđecrveni željezo(III)-hidroksid, Fe(OH)3. 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(II)-nitrat, Fe(NO3)2, nastaje kada se željezo otapa u razrijeđenoj nitratnoj kiselini; kristalizira iz otopine sa 6 ili 9 molekula vode u bezbojnim kristalima koji se otapaju u vodi i zbog hidrolize daju smeđu otopinu; upotrebljava se u medicini kao adstringens protiv krvarenja u želucu i crijevima; također služi za otežavanje svile, za štavljenje kože, kao močilo u bojadisarstu i bojadisarskom tisku, za proizvodnju berlinskog modrila i dr.            Željezo-karbid, F3C, vrlo tvrd i krt spoj, sastojina je tehničkog željeza (cementit) koja uzrokuje njegovu tvrdoću. Željezo(III)-karbonat, FeCO3, nastaje kao bijel amorfan talog kad se otopina soli dvovalentnog željeza pomiješa s otopinom sode; na zraku gubi ugljik-dioksid i oksidira se na Fe2O3. Prirodni FeCO3, siderit, polako otapa u obliku hidrokarbonata voda koja sadržava ugljik-dioksid; tako nastaju mineralne vode, željezovite kiselice, iz kojih se u doticaju sa zrakom taloži hidroksid. Željezo(II)-klorid, FeCl2 x 4H2O, tvori modrozelene monoklinske kristale koji se na zraku raskvasuju i topljivi su u vodi; dobiva se otapanjem željeza u kloridnoj kiselini ili direktnom sintezom iz elemenata, a služi u proizvodnji bojila kao sredstvo za reduciranje.
Željezo(III)-klorid, FeCl3 dolazi u trgovinu u obliku prljavožutih kristalnih gruda (obično sa 6 molekula vode) koje se na zraku raskvasuju i lako se otapaju u vodi, alkoholu i eteru; dobiva se otapanjem željeza u kloridnoj kiselini uz uvođenje klora; služi kao kemijski reagens, kao močilo u bojadisarstvu za čišćenje površinskih voda, za nagrizanje metala, za proizvodnju tinte, kao oksidacijsko i kondenzacijsko sredstvo i prenosilac klora u sintezi bojila, u medicini kao adstringens (vata za zaustavljanje krvarenja rana) i dr. Željezo(II)-sulfid, FeS, kao mineral pirotin (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 tog plina. Željezo disulfid, FeS2, vrlo je raširen u prirodi kao mineral pirit (manje kao markazit) koji je zlatno žute boje s metalnim sjajem. Iz njega se prženjem dobiva sumpor-dioksid za proizvodnju sulfita i sulfatne kiseline. Željezo (II)-sulfat, FeSO4 x 7H2O, dobiva se u obliku svijetlozelenih monoklinih prizama iz otopine željeza u sulfatnoj kiselini, u tehnici se dobiva i oksidacijom pirita na vlažnom zraku, a otpada u znatnim količinama kao sporedni proizvod pri cementaciji bakra, pri dobivanju kositra, pri proizvodnji krom-alauna i titanskog bjelila; najvažnija je tehnička željezna sol i služi za dobivanje drugih spojeva željeza, također za proizvodnju tinte, za tamanjenje štetnika i korova, u bojadisarstvu i kožarstvu, za dezinfekciju i dezodorizaciju, za konzerviranje drveta, u veterinarskoj medicini kao adstringens itd. Željezo (III)-sulfat, Fe2(SO4)3, 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 nitratnom kiselinom; služi kao močilo u bojadisarstu, u proizvodnji berlinskog modrila i željeznih alauna, koji se upotrebljavaju u bojadisarstu, fotografiji i kemijskoj analizi. Od organskih soli željeza, željezo (II)-acetat, (CH3COO)2Fe x 4H2O, dobiva se otapanjem željeza u octenoj kiselini, a upotrebljava se u bojadisarstvu kao močilo i u medicini kao adstringens; željezo-amonij-oksalat, (NH4)3Fe(C2O4) x 3H2O, zeleni, u vodi lako topljivi kristali koji na svjetlu gube oksalnu kiselinu oksidacijom na CO2, pri čemu trovalentno željezo prelazi u dvovalentno. To se svojstvo upotrebljava za mjerenje količine svjetla i za kopiranje nacrta i sl. U istu svrhu, a i kao lijek protiv slabokrvnosti, upotrebljava se i željezo(II)-citrat.

 ŽELJEZO, Fe