Železo je jedním z nejdůležitějších prvků, které lidstvo využívá již tisíce let. Tento kov, známý také pod svým latinským názvem Ferrum a chemickou značkou Fe, patří mezi přechodné kovy periodické tabulky. V přírodě se vyskytuje hojně a je základní složkou mnoha slitin včetně oceli. Díky svým chemickým a mechanickým vlastnostem má železo široké využití v průmyslu, ale také v biologických procesech živých organismů. Železo je tady s námi snad od počátku věků.
Výskyt a Získávání Železa
Železo je (po kyslíku, křemíku a hliníku) čtvrtým nejrozšířenějším prvkem v zemské kůře (6,2 %). Vzhledem ke stabilitě jeho jader je značně rozšířeno i ve vesmíru (zjištěnému obsahu 0,5 % železa v měsíčním prachu odpovídá množství 1012 tun tohoto kovu na povrchu Měsíce). Železo se (s výjimkou meteoritického) vyskytuje pouze ve sloučeninách, především oxidech, oxid-hydroxidech, uhličitanech a sulfidech. Jeho nejrozšířenějšími minerály jsou hematit (krevel) Fe2O3, magnetit Fe3O4, siderit (ocelek) FeCO3, limonit (hnědel) FeO(OH) a pyrit FeS2. V současné době se těžba omezuje jen na rudy s nejvyšším obsahem kovu (největší současné naleziště hematitu s obsahem 70 % Fe je v Austrálii).
Průmyslově se železo získává z rud - hlavně hematitu a magnetitu - pomocí redukce ve vysoké peci, kde se při vysokých teplotách ruda redukuje uhlíkem na kovové železo. Tím vzniká surové železo, které se pak dále zpracovává například na ocel v tzv. kyslíkových konvertorech.
Fyzikální a Chemické Vlastnosti Železa
Železo je kovový prvek s atomovým číslem 26, jeho chemický vzorec v elementární formě je jednoduše Fe. Má typickou stříbrošedou barvu, kovový lesk a je pevné při pokojové teplotě. Taje při relativně vysoké teplotě asi 1 538 °C a vře při 2 862 °C. Mezi důležité fyzikální vlastnosti patří magnetičnost - železo patří mezi feromagnetické materiály. Chemicky je poměrně reaktivní: na vzduchu může snadno oxidovat a tvořit oxidy, známé jako rez.
Železo je neušlechtilý, měkký a kujný kov existující ve třech alotropických modifikacích. α-železo (BCP) je stálé do 906 °C, γ-železo (CCP) do 1401 °C a δ-železo (CCP) nad touto teplotou. Železo je ferromagnetické do 768 °C (Curieův bod), a v teplotním intervalu 768 až 906 °C se proto označuje jako β-železo, i když jeho struktura se od α-modifikace neliší.
Čtěte také: O výskytu niklu
Železo je reaktivní prvek, v jemně práškovité formě je pyroforické. Při vyšších teplotách reaguje s mnoha kovy i nekovy (síra, fosfor, chlor, uhlík). S dusíkem tvoří dva intersticiální nitridy (Fe2N a Fe4N), s kyslíkem tři oxidy (FeO, Fe2O3 a Fe3O4) s blízce příbuznými krystalovými strukturami a charakterem berthollidů. Železo se snadno se rozpouští ve zředěných kyselinách, hydroxidy na něj nepůsobí.
Koroze Železa
Vážným technickým a ekonomickým problémem je koroze (rezavění) železa na vlhkém vzduchu spojená s tvorbou oxidu železitého: 4 Fe + 2 H2O + 3 O2 → 2 Fe2O3.H2O. V podstatě jde o rozpouštění železa ve vodě za uvolnění vodíku: Fe + 2 H3O+ → Fe2+ + H2 + 2 H2O a následnou oxidaci vodíku a kationtu železnatého dikyslíkem. Z elektrochemického hlediska je koroze podmíněna vznikem lokálních galvanických článků. Rezavění urychluje snížení pH a přítomnost oxidu uhličitého. Možnou ochranou proti korozi jsou nátěry, pokovení povrchu ušlechtilejšími kovy, fosfátování nebo pasivace vytvořením vrstvičky oxidu ponořením do kyseliny dusičné.
Výroba a Zpracování Železa
V praxi je ekonomicky nejvýznamnější vysokopecní hutnický způsob využívající redukce kyslíkatých rud uhlíkem, i když čistota získaného kovu není vysoká. Surové železo obsahuje 2 až 10 % příměsí (uhlík, síru, fosfor, mangan). Šedá litina obsahuje uhlík ve formě grafitu, bílá ve formě karbidu Fe3C. Litina obsahuje ≈ 1,7 % uhlíku, ocel méně než 1,7 %. Při obsahu uhlíku pod 0,2 % se hovoří o kujném železe. Zkujňování železa snižováním obsahu uhlíku jeho spalováním v proudu vzduchu nebo kyslíku je spojeno i s odstraněním dalších nežádoucích příměsí. Provádí se bessemerací (1856), Siemens-Martinovým (1860) nebo zásaditým kyslíkovým konvertorovým (1952) procesem. Ve všech postupech hraje důležitou roli vyzdívka konvertorů, s níž nečistoty zreagují a odstraní se v podobě strusky. Tvrdost a kujnost získaného kovu se mimo regulace obsahu uhlíku ovlivňuje i následným termickým zpracováním (kalení, temperování). Vysoce čisté železo se získá termickým rozkladem pentakarbonylu [Fe(CO)5].
Využití Železa
Vzhledem k rozsahu použití je železo základním kovem současné civilizace. Železo má klíčový význam v mnoha oblastech lidské činnosti. Nejrozšířenější je ve formě slitin, zejména oceli, která vzniká legováním železa s uhlíkem a dalšími prvky, aby se zlepšila její pevnost, tvrdost nebo odolnost vůči korozi. Železo hraje také důležitou roli ve výrobě magnetů, návodových neutronových materiálech v jaderné energetice, a dokonce i jako katalyzátor v některých chemických reakcích.
Železo je jedním z nejdéle využívaných kovů, jehož zpracování začalo již před 5000 lety a výrazně ovlivnilo vývoj civilizace. Nejstarší nálezy člověkem zpracovaného železa pocházejí z území Mezopotámie, Iránu a Egypta z doby před 5000 až 7000 lety. Jde většinou o železo meteorického původu, tedy z meteoritů, které dopadly v minulosti na Zemi. Časem (přibližně před 4500 lety) se začalo železo vyrábět redukcí z rudy. Objev výroby a využití železa byly jedním z nejvýznamnějších mezníků vzniku současné civilizace. Železo mělo ve své době všestranné využití a v kombinaci s dalšími kovy ve formě slitiny tvoří základ obrovskému množství nástrojů a prostředků, které používáme i v současnosti.
Čtěte také: Využití kovových beden na odpad
Recyklace Oceli
Ocel je nejvíce recyklovaný materiál na světě. Lze ji 100% recyklovat a opětovně využít, aniž by ztratila své vlastnosti. Zhruba polovina evropské oceli se vyrábí z železného šrotu, který třídíme a odkládáme do sběrných dvorů. Ta druhá polovina se získává z železné rudy, která je náročná na životní prostředí a celkově mění naši krajinu. Celosvětová poptávka po oceli neustále roste. Přestože zatím bylo oceli vyprodukováno obrovské množství, většina je stále v oběhu. Nejběžnější ocelové výrobky určené k recyklování jsou plechovky, automobily, různá zařízení a ocel ze zbouraných budov. Můžeme odhadnout, že průměrné zařízení se skládá z 65 % z oceli. Auta obsahují až 66 % oceli. Ocel je možné recyklovat v ocelárnách metodou oxidace v kyslíkových konvertorech. Kov do komunálního odpadu nepatří.
Železo jako Biogenní Prvek
Železo je také významný biogenní prvek. To znamená, že je nutný pro náš život. V organizmu se podílí na přenášení kyslíku buňkám prostřednictvím červených krvinek. Tímto procesem umožňuje nejen lidem, ale také mnoha dalším organizmům život. V biologii je železo nepostradatelné - tvoří klíčovou složku hemoglobinu, který umožňuje přenos kyslíku v krvi.
Železo a jeho Vliv na Životní Prostředí
Železo ve své elementární formě nepatří mezi toxické kovy, při běžné manipulaci není škodlivé. Nicméně u rozpustných solí železa (např. síranu železnatého) může docházet k podráždění pokožky nebo sliznic. Z ekologického hlediska se železo chová relativně stabilně, i když jeho nadměrná těžba a zpracování vede k významným energetickým a emisním nárokům. Důležité je zmínit i dopady koroze, která nejen ničí kovové konstrukce, ale také může kontaminovat půdu nebo vodu produkty rzi.
Železo v Kultuře a Historii
Slovo "železo" je zakořeněné hluboko v našem jazyce a kultuře - mluvíme o "železné oponě", "železném muži" nebo "železné vůli". Železo bylo známé už ve starověku - první důkazy o jeho užívání sahají do 3. tisíciletí př. n. l.
Železo je jeden z nejdůležitějších prvků pro lidstvo i živou přírodu. Jako surovina pro výrobu oceli má nezastupitelné místo v průmyslu a stavebnictví. Současně je nezbytné i pro správné fungování lidského organismu.
Čtěte také: Železo v přírodě: Podrobný přehled
tags: #železo #kov #vlastnosti
Oblíbené příspěvky:
Kontakt
Zelaná Hrebová, z.s.
[email protected]
IČ: 06244655
Paskovská 664/33
Ostrava-Hrabová
72000
Bc. Jana Veclavaková, DiS.
tel. 774 454 466
[email protected]
Jaena Batelk, MBA
tel. 733 595 725
[email protected]