Eisen

Iso	JAHR	Zeitraum	MD	Ed	PD
Iso	JAHR	Zeitraum	MD	MeV	PD
54 Fe	5,845 %	stabil mit 28 Neutronen
55 Fe	{syn.}	2,73 a	ε	0,231	55 Mio. €
56 Fe	91,72 %	stabil mit 30 Neutronen
57 Fe	2,2 %	stabil mit 31 Neutronen
58 Fe	0,28 %	stabil mit 32 Neutronen
59 Fe	{syn.}	44.503 d	β -	0,231	59 Co
60 Fe	{syn.}	1,5 × 10 6 a	β -	3.978	60 Co

Einfache physikalische Eigenschaften des Körpers

Normalzustand

Festes ferromagnetisches

Allotrop im Standardzustand

Eisen α ( kubisch zentriert )

Andere Allotrope

Eisen γ ( kubisch flächenzentriert ) δ Eisen ( kubisch raumzentriert )

Volumenmasse

7,874 g · cm -3 bis ( 20 ° C )

Kristallsystem

Kubisch zentriert

Härte

Farbe

Silbrig Weiß; graue Reflexe

1538 °C

2.861 °C

13,8 kJ · mol -1

349,6 kJ · mol -1

7,09 × 10 -6 m 3 · mol -1

Dampfdruck

7,05 Pa

Schallgeschwindigkeit

4910 m · s -1 bis 20 °C

Massenhitze

440 J · kg -1 · K -1

Elektrische Leitfähigkeit

9,93 x 10 6 S · m -1

Wärmeleitfähigkeit

80,2 W · m -1 · K -1

Löslichkeit

Boden. in verdünnter H 2 SO 4 , HCl

Verschiedene

7439-89-6

231-096-4

Vorsichtsmaßnahmen

SGH

Pulverisierter Zustand :

Achtung H228, P210, H228 : Entzündbarer Feststoff
P210 : Von Hitze / Funken / offener Flamme / heißen Oberflächen fernhalten. - Rauchen verboten.

WHMIS

Unkontrolliertes ProduktDieses Produkt wird nicht gemäß den WHMIS-Klassifizierungskriterien kontrolliert.

Transport

3178

UN-Nummer :
3178 : ENTZÜNDBARER FESTSTOFF, ANORGANISCH, NAG-
Klasse:
4.1
Etikett: 4.1 : Entzündbare Feststoffe, selbstzersetzliche Stoffe und desensibilisierte explosive Feststoffe

Einheiten von SI & STP, sofern nicht anders angegeben.

Das Eisen ist das chemische Element der Ordnungszahl 26, das Symbol Fe.

Der Einzelkörper ist das im Alltag am häufigsten vorkommende metallische und ferromagnetische Material , meist in Form verschiedener Legierungen . Reines Eisen ist ein duktiles Übergangsmetall , aber die Zugabe sehr geringer Mengen zusätzlicher Elemente verändert seine mechanischen Eigenschaften erheblich. In Kombination mit Kohlenstoff und anderen zusätzlichen Elementen bildet es Stähle , deren Empfindlichkeit gegenüber thermomechanischen Behandlungen eine weitere Diversifizierung der Materialeigenschaften ermöglicht.

Allgemeines

Eisen gehört zur Gruppe der Ursprungselemente der Übergangsmetalle , es zeigt charakteristische Analogien zu Ruthenium , Osmium , Kobalt und Nickel .

Das Eisen 56 ist das stabilste Nuklid, das am schwersten aus dem Schmelzen des Siliziums durch die Reaktionen α bei der Nukleosynthese resultiert , was tatsächlich zu Nickel-56 führt , das instabil ist und 56 Fe durch zwei Zerfälle β + Schnitt ergibt ; die Elemente höherer Ordnungszahl werden durch energiereichere Reaktionen synthetisiert, die eher während der Explosion von Supernovae auftreten .

Nukleare Eigenschaften

Der Eisenkern 56 hat die niedrigste Masse pro Nukleon aller Nuklide, aber nicht die höchste Bindungsenergie, aufgrund eines etwas höheren Anteils an Protonen als Nickel 62, das die höchste Bindungsenergie hat, höchste Bindungsenergie pro Nukleon.

Eisen 56 ergibt sich aus dem natürlichen Zerfall von Nickel - 56 , einem instabilen Isotop im Kern des massiven Sternen hergestellt durch die Fusion von Silicium 28 während Alpha Kaskadenreaktionen der STOP Nickel gerade weil Letzteres hat den Bindungsenergie Atomkraft. Pro Nukleon: Fortsetzung der Fusion, beispielsweise zur Herstellung von Zink 60 , würde Energie verbrauchen, anstatt sie freizusetzen.

Eisen hat 28 bekannte Isotope mit Massenzahlen von 45 bis 72 sowie sechs Kernisomere . Von diesen Isotopen sind vier stabil, 54 Fe, 56 Fe, 57 Fe und 58 Fe, wobei 56 Fe am häufigsten (91,754%) ist, gefolgt von 54 Fe (5,845 % möglicherweise leicht radioaktiv mit einer Halbwertszeit von mehr als 3 ). 1 × 10 22 Jahre), 57 Fe (2,119%) und 58 Fe (0,282%). Die Standardatommasse von Eisen beträgt 55,845 (2) u .

Das stabilste Radioisotop des Eisens ist 60 Fe mit einer Halbwertszeit von 1,5 Millionen Jahren, gefolgt von 55 Fe (2,7 Jahre), 59 Fe (knapp 44,5 Tage) und 52 Fe (8,5 Stunden).

Vorkommen und natürliche Fülle

Eisen ist das am häufigsten vorkommende Metall in Meteoriten sowie in den Kernen von Planeten wie dem der Erde .

Die mineralischen Eisen werden in der Natur in reiner Form oder, seltener als Legierung mit Nickel (5 bis 18%) Original Meteoriten , sondern auch als terrestrischer Eisen genannt „Erde“. Zu selten und vor allem weit verbreitet, wird es von den Schmieden und Stahlarbeitern künstlich und massiv in bestimmten kaukasischen Zivilisationen seit mehr als drei Jahrtausenden aus seinen Hauptmineralien hergestellt. Chemische und mineralische Kombinationen mit Eisen sind zahlreich, aber echte relativ reine Erze mit hohem Eisengehalt sind viel seltener und oft sehr lokalisiert in den meist bekannten Eisenbergwerken der frühen Antike.

Eisen ist die 6 - te häufigste Element im Universum , wird gebildet , um als „Stellelement“ der Kernfusion , durch die Fusion des Siliziums in massiven Sternen. Während es etwa 5% (Masse) bildet der Erdkruste , den Erdkern ist weitgehend eine Eisen-Nickel - Legierung erachtet werden, 35% der Masse der bildete Erde als Ganze. Eisen ist vielleicht in der Tat, das häufigste Element auf der Erde oder zumindest vergleichbar (in nur 2 - ten Position) Masse an Sauerstoff , sondern nur das 4 th häufigste Element in der Erdkruste.

Konvektionsströme in der äußeren Schicht des Erdkerns (äußerer Kern), einer überwiegend flüssigen „Eisen- Nickel- Legierung“ , gelten als Quelle des Erdmagnetfeldes .

Funktionen in der Biosphäre

Eisen spielt eine wichtige Rolle als Spurenelement oder Mikronährstoff für viele Arten und als Element, das die Amplitude und Dynamik der primären Ozeanproduktivität reguliert , was es zu einem wesentlichen Bestandteil mariner biogeochemischer Kreisläufe und Kohlenstoffsenken macht .

Neuere Daten zeigen, dass der ozeanische Eisenkreislauf, von dem zunächst angenommen wurde, dass er mit dem Eintrag von eisenreichem Staub verbunden war, tatsächlich viel komplexer und biogeochemisch eng mit wichtigen Nährstoffen (kohlenstoffhaltig, stickstoffhaltig) gekoppelt ist. Im Jahr 2017 wurde gezeigt, dass in den eisenarmen Gebieten der Antarktis partikelförmiges Eisen aus der Gesteinsglättung durch Gletscher eine alternative Eisenquelle ist, die Phytoplankton zu nutzen weiß. Studien haben gezeigt, dass einiges Phytoplankton von hohen CO 2 -Werten zu profitieren scheint ., aber dieses CO 2 zu assimilierensie brauchen auch Eisen; es ist seit dem Ende des spekuliert XX - ten Jahrhunderts , dass das Meer mit Eisen Impfen Grenze des Klimawandels helfen könnte. Jetzt entdecken wir, dass dieses Eisen in den meisten Phytoplanktonarten nur in Gegenwart von Karbonaten aufgenommen werden kann. Problem: diese werden durch die durch die Solubilisierung von CO 2 . induzierte Versauerung zerstört im Wasser.

Einfacher Körper

Eisen zeigt einen metallischen Polymorphismus. Allotropie bewirkt jedoch eine grundlegende Änderung der physikalischen Eigenschaften (Ausdehnung, spezifischer Widerstand, spezifische Wärme in Verbindung mit der kristallchemischen Struktur usw. ).

Physikalische Eigenschaften

Es ist ein Metall, das je nach Temperatur einen deutlichen metallischen Polymorphismus zeigt. Die Allotropie unterscheidet:

in normalen Bedingungen von Temperatur und Druck , das heißt bei niedrigeren Temperaturen oder „niedrige Temperatur“ bedeutet eine Feststoff sagen , kristalline Struktur von kubisch raumzentrierte (α Eisen, Struktur bezeichnete Ferrit in dem Stahl). Α Eisen ist stark ferromagnetisch : Die magnetischen Momente von Atomen richten sich unter dem Einfluss eines äußeren Magnetfeldes aus und behalten ihre neue Orientierung nach dem Verschwinden dieses Feldes. Seine Curie-Temperatur beträgt 770 °C . Seine Wärmekapazität beträgt 0,5 kJ kg -1 ° C -1 . Bei Raumtemperatur hat es eine Härte zwischen 4 und 5 auf der Mohs-Skala . Seine Dichte beträgt ca. 7,86 g cm -3 bis 20 °C . Alpha-Eisen zeichnet sich durch eine atomare Sublimationswärme aus, die 99,6 kcal/Grammatom bei Raumtemperatur ( 298 K ) entspricht;
Eisen beta β ist eine flächenzentrierte kubische Struktur, die oberhalb des Curie-Punktes, etwa 770 °C oder 1042 K, erhalten wird . Der Ferromagnetismus von α-Eisen verschwindet ohne atomare Umlagerung;
aus hohen Temperaturen bei Umgebungsdruck, ab 912 °C wird α-Eisen zu einem kubisch-flächenzentrierten Eisen (γ-Eisen, bei Stahl Gefüge oder Austenit genannt ), die Umwandlung beinhaltet eine Variation der inneren Energie von etwa 0,22 kcal / Grammatom auf 1184 K. . Das γ-Eisen ist paramagnetisch ;
über 1394 ° C oder 1665 K wird es wieder ein kubisch zentriertes Gittermineral (δ Eisen); diese Umwandlung impliziert eine Variation der inneren Energie von ungefähr 0,27 kcal/Atomgramm ;
die Umwandlung in ε-Eisen ( kompakte hexagonale Struktur ) erfolgt bei Raumtemperatur bei 130 Kilobar .

Die reine Substanz schmilzt bei 1538 ° C mit einer latenten Schmelzwärme in der Größenordnung von 3,7 kcal / Grammatom . Das Sieden von Eisen, gekennzeichnet durch eine latente Siedewärme in der Größenordnung von 84,18 kcal/Atom-Gramm, tritt um 2860 °C auf , in der Praxis für einen mehr oder weniger unreinen einfachen Körper zwischen 2750 °C und 3000 °C .

Chemische Eigenschaften

Eisen ist in Wasser und in Basen unlöslich. Es wird von Säuren angegriffen.

Eisenchemie

Eisen hat im Wesentlichen drei Oxidationsgrade :

0 im einfachen Körper Eisen und seine Legierungen ;
+ II in Eisenverbindungen (Eisenion Fe 2+ in ionischen Verbindungen);
+ III in Eisen (III ) -Verbindungen (Eisen-Ion Fe 3+ in ionischen Verbindungen).

Metalloxidation

Eisen oxidiert in Verbindung mit Sauerstoff je nach Bedingungen zu drei Eisenoxiden :

das Eisen(II)-oxid FeO (" Eisenoxid ");
das Eisen(III)-oxid Fe 2 O 3(" Eisen ( III)-oxid ");
das Eisenoxid (II, III) Fe 3 O 4(" Magnetisches Oxid ").

An der Luft in Gegenwart von Feuchtigkeit korrodiert es unter Bildung von Rost , bestehend aus hydratisierten Eisenoxiden und Oxyhydroxiden , die geschrieben werden können Fe 2 O 3 · n H 2 O und FeO (OH) · n H 2 Obeziehungsweise. Da Rost ein poröses Material ist, kann sich die Oxidationsreaktion zum Kern des Metalls ausbreiten, im Gegensatz zu beispielsweise Aluminium, das eine dünne Schicht aus undurchlässigem Oxid bildet.

Die Mößbauer-Spektroskopie bietet ein leistungsfähiges Werkzeug zur Unterscheidung verschiedener Grade der Eisenoxidation. Mit dieser Technik ist es möglich, eine quantitative Analyse in Gegenwart einer Mischung von Eisenphasen durchzuführen.

Eisenionen in wässriger Lösung

In wässriger Lösung liegt das chemische Element Eisen in ionischer Form mit zwei Hauptvalenzen vor:

Fe 2+ (die Eisen (II) ion, früher genannt Eisen ). Je nach chemischer Umgebung in Lösung kann es unterschiedliche Farben annehmen. Die durch Auflösen von Mohr's Salz erhaltene Lösung hat beispielsweise eine blassgrüne Farbe. Eine solche Lösung ist bei einem pH-Wert unter 6 stabil. Bei einem pH-Wert über diesem Wert wird Eisen(II)-Hydroxid Fe (OH) 2 Präzipitat;
Fe 3+ (die Eisen (III) ion, früher genannt Ferri ). Eisen(III)-chlorid-Lösungen sind orange, Eisen(III)-nitrat-Lösungen sind farblos. Diese Lösungen müssen einen pH-Wert unter 2 haben, da Eisen(III)-Hydroxid Fe (OH) 3 ist schlecht löslich.

Niederschlag

Eine bestimmte Anzahl von Ionen führt zur Ausfällung von Eisenionen in Lösung. Das Hydroxid- Ion HO - ist eines davon (siehe oben). Das Sulfidion S 2− ermöglicht die Bildung von Eisen(II) -Sulfid FeS, Eisen(III)-Sulfid und Fe 2 S 3für nicht zu sauren pH-Wert. Tatsächlich muss eine angemessene Menge an Sulfidionen vorhanden sein, was bei einem sauren pH-Wert nicht der Fall ist, da das Sulfidion dann in seiner zweisäuren Form vorliegt, Schwefelwasserstoff H 2 S.

Oxidation-Reduktion von Eisenionen

Die Bezugspotentiale von Eisenpaaren sind :

Fe 2+ / Fe: E ° = −0,44 V Fe 3+ / Fe 2+ : E ° = +0,77 V

Dies weist darauf hin, dass metallisches Eisen in wässrigen Medien nicht stabil ist. Je niedriger der pH-Wert, desto schneller oxidiert es.

Dies weist auch darauf hin, dass in Gegenwart von gelöstem Sauerstoff ( E ° (O 2/ H 2 O) = 1,3 V ), auch Eisen(II)-Ionen sind nicht stabil.

Diese Referenzpotentiale ändern sich in Abhängigkeit von den in Lösung vorhandenen Ionen, insbesondere wenn die Stabilitätskonstanten der entsprechenden Fe(II)- und Fe(III)-Komplexe deutlich unterschiedlich sind.

Redox ist eine Möglichkeit Eisen(II)-Ionen zu titrieren, zum Beispiel durch Cer(IV)-Ionen (Ce 4+ / Ce 3+ Paar ) oder durch Permanganat MnO 4 - Ionen (MnO 4 - / Mn 2 Paar + in schwefelsaurem Medium) ).

Die Reduktion von Eisenionen zu metallischem Eisen ist zwar möglich, erfolgt jedoch selten aus wässriger Lösung.

Eisenionenkomplexierung

Viele Eisenkomplexe in wässriger Lösung werden durch einfache Zugabe des Liganden (bei korrektem pH) leicht gebildet. Zu den häufigsten Komplexen gehören solche mit Liganden:

CN- Cyanid- Ion -

für Fe (II): Fe (CN) 64- , Hexacyanoferrat(II)-Ion, diamagnetisch , gelb; für Fe (III): Fe (CN) 63- , Hexacyanoferrat(III)-Ion, paramagnetisch , orange;

Diese Komplexe ermöglichen die Herstellung von Preußischblau ;

Fluorid - Ionen - F -

für Fe (III): FeF 2+ , farbloses Fluorofer (III)-Ion

In der analytischen Chemie ermöglicht dieser Komplex die Farbmarkierung von Eisen(III)-Ionen;

1,10-Phenantrolin (abgekürzt o-phen)

für Fe (II): Fe (ophen) 3 2+ , rot, Triorphophenantrolinefer (II) Ionen für Fe (III): Fe (ophen) 3 3+ , grün, Triorphophenantrolinefer (III) Ionen

Das aus diesen beiden Komplexen bestehende Redoxpaar wird als Oxidations-Reduktions-Titrationsindikator verwendet;

Thiocyanat - Ionen , SCN -

für Fe (III): Fe (SCN) 2+ , blutrot, Thiocyanatofer (III)-Ion

Dieser Komplex ermöglicht es dank seiner charakteristischen Farbe, eine kleine Menge an Eisen(III)-Ionen in Lösung hervorzuheben.

Organometallische Chemie

Der erste metallorganische Komplex, der 1951 als solcher isoliert wurde, war ein Eisenkomplex: Ferrocen . Es besteht aus einem Eisen(II)-Ion mit zwei Cyclopentadienyl-Ionen C 5 H 5- . Seitdem wurden viele andere Komplexe hergestellt, die entweder von Ferrocen abgeleitet sind oder ganz anderer Natur sind.

Einlagen

Das meiste Eisen in der Kruste verbindet sich mit Sauerstoff und bildet Eisenoxiderze wie Hämatit ( Fe 2 O 3), Magnetit ( Fe 3 O 4) und der Limonit ( Fe 2 O 3 · n H 2 O). Magnetisches Oxid oder Magnetit Fe 3 O 4 ist seit der griechischen Antike bekannt. Es hat seinen Namen vom Berg Magnetos (der große Berg), einem griechischen Berg, der besonders reich an diesem Mineral ist .

Etwa einer von zwanzig Meteoriten enthält Taenit , die einzigartige Eisen-Nickel-Minerallegierung (35-80% Eisen) und Kamazit (90-95% Eisen). Obwohl selten, sind Eisenmeteorite eine Quelle für vernickeltes Eisen, wobei dieses meteorische Eisen, das auf die Erdoberfläche gelangt, der Ursprung der Stahlindustrie im etymologischen Sinne ist; Die andere natürliche Quelle für leicht vernickeltes Eisenmetall sind Lagerstätten von Tellureisen oder nativem Eisen von Mineralogen, die seltener sind.

Die rote Farbe der Marsoberfläche ist auf einen Regolith zurückzuführen, der reich an amorphem Hämatit ist ; der rote Planet ist gewissermaßen ein "rostiger Planet".

90 % der Eisenerzvorkommen der Welt befinden sich in einer dünnen Schicht, die sehr reich an Fe (II) ist, der gebänderten Eisenschicht. In den frühen Stadien des Lebens, im Archäischen Äon um −2 bis −4 Ga , leben Cyanobakterien in Fe(II)-Ozeanen. Wenn sie mit der Photosynthese beginnen, wird der produzierte Sauerstoff gelöst und reagiert mit Fe(II) zu Fe(III)-Oxiden, die sich am Meeresboden niederschlagen. Nach dem Verzehr von Fe(II) wird Sauerstoff in den Ozeanen und dann in der Atmosphäre angereichert und stellt dann ein Gift für das Urleben dar. So findet man systematisch die Bänder des gebänderten Eisens zwischen den geologischen Schichten der kristallinen Massive (Schiefer, Gneisen usw. ) und den dolomitischen Kalksteinschichten (Korallen), die die Voralpenmassive bilden.

Geschichte der Eisenmetallurgie

Eisen wurde bereits in der bekannte Chalcolithic durch telluric Eisenzentren und vor allem Eisenmeteoriten oft schon von hohen Qualität legiert, und es ist nicht sicher , dass seine Metallurgie vertraulich blieb so oft , bis die geschätzt XII th Jahrhundert vor Christus. AD , eine Periode , die Markierungen genau der Start der „ Eisenzeit “ um den XV - ten Jahrhundert vor Christus. n. Chr. hatten die Hethiter in Anatolien eine ziemlich gute Beherrschung der Schmiedekunst entwickelt, deren Tradition ihren Ursprung in der Kaukasus- Region bestimmt , und diese Technik scheint auch in Nordindien , insbesondere in Uttar Pradesh, recht früh bekannt gewesen zu sein .

In der hellenistischen Welt ist Eisen das Attribut von Hephaistos , dem griechischen Gott der Metallurgie und der Vulkane. Bei den Römern, immer von Vulcan, dem kursiven Avatar von Hephaistos, geschmiedet, ist es ein fürstliches Attribut des Mars. Die Alchemisten gaben dem Eisen den Namen Mars, den Kriegsgott in der römischen Mythologie .

Bis zur Mitte des Mittelalters , Europa raffinierten Eisen mittels Hochöfen , die nicht produzierten Gusseisen ; der technische Hochofen , der selbst erzeugt Roheisen aus Kohle und Eisenerz wurde in der entwickelten China in der Mitte des V th Jahrhundert vor Christus. AD . Es ist in Westeuropa von der Mitte des gemeinsamen XV - ten Jahrhunderts .

Der Westen erfindet die Technik mehr als tausend Jahre nach China unabhängig neu. Laut dem alten Doxographen Theophrastus war es Délas, ein Phryger , der das Eisen erfunden hat.

Die winzigen Veränderungen der massiven Metallteile durch die körperliche Arbeit des Schmieds (Hämmern, Erhitzen, Oberflächenlegierungen usw. ) sind für den Chemiker von sehr geringer Bedeutung . Die Eisenchemie vergisst weitgehend die überaus feine Wertschätzung von Schmieden oder Schmiedeteichen während der langen technischen Geschichte des Eisens.

Eisenindustrie

Eisenerzabbau

Die wichtigsten Eisenerz produzierenden Länder im Jahr 2013 sind:

	Land	Erz (Millionen Tonnen)	% Welt Eisenerz	Eisengehalt (Millionen Tonnen)	% Welt Eisengehalt
1	China	1450.0	45,9	436.0	29,5
2	Australien	609.0	19.3	377,0	25,5
3	Brasilien	386,27	12.2	245,67	16,6
4	Indien	150,0	4.7	96,0	6,5
5	Russland	105,0	3.3	60,7	4.1
6	Südafrika	71,53	2.3	45,7	3.1
7	Ukraine	81,97	2.6	45,1	3.0
8	Vereinigte Staaten	53,0	1.7	32,8	2.2
9	Kanada	42,8	1,4	26.0	1,8
10	Iran	50,0	1,6	24,0	1,6
11	Schweden	26.04	0.8	17.19	1,2
12	Kasachstan	25,5	0.8	14,5	1.0
13	Chile	17.11	0,5	9.09	0,6
14	Mauretanien	13,0	0,4	7.8	0,5
fünfzehn	Mexiko	14,5	0,5	7,53	0,5
16	Venezuela	10.58	0,3	6.58	0,4
17	Malaysia	10,0	0,3	5,7	0,4
18	Peru	6.79	0,2	4,55	0,3
19	Mongolei	6.01	0,2	3.79	0,3
20	Truthahn	4.45	0,1	2.98	0,2
Welt insgesamt		3 160	100	1.480	100

Die wichtigsten Eisenerz produzierenden Unternehmen der Welt im Jahr 2008 sind:

BHP Billiton und Rio Tinto (39,6% des Weltmarktes 2008 geschätzt, im Falle einer Fusion);
Vale (ehemals CVRD) (Brasilien) (35,7%);
Rio Tinto (allein 24%);
BHP Billiton (16% allein);
Fortescue (5,4%);
Kumba (5,2%);
andere (LKAB, SNIM, CVG Ferrominera, Hierro Peru, Kudremukh, CAP) (13,7 %).

2007 produzierte China ein Drittel des weltweiten Stahl- und 50 % der Eisenerzexporte.

Recycling

Die meisten Metalle auf Eisenbasis sind magnetisch. Diese Eigenschaft vereinfacht ihre Sortierung. In der zweiten Hälfte des XX - ten Jahrhunderts, die niedrigen Kosten für Schrott macht Elektrostahlwerke wettbewerbsfähiger als Öfen ups .

Stahlindustrie

Eisen wird industriell gewonnen, indem die im Erz enthaltenen Eisenoxide mit Kohlenmonoxid (CO) aus Kohlenstoff reduziert werden ; dies kann seit der Eisenzeit bis zum 19. Jahrhundert in einigen Teilen der Welt erreicht werden, indem das Erz mit Holzkohle in einem Ofenboden oder Bodenhaus reduziert wird . Wir erhalten, ohne eine flüssige Phase zu durchlaufen, eine heterogene Masse aus Eisen, Stahl oder sogar Gusseisen, vermischt mit Schlacke , genannt „ Lupe “, „Massiot“ oder „Eisenschwamm“. Um das Metall für die Bearbeitung von Objekten geeignet zu machen, kann die „Lupe“ zerbrochen und nach Art des Kohlenstoffgehalts sortiert oder einfach direkt in der Schmiede verdichtet werden .

Mit der Entwicklung von Mühlen und Wasserkraft konnte sich die technische Linie des Hochofens entwickeln und wurde im Allgemeinen zu Lasten der des Hochofens aufgezwungen. Der wesentliche Unterschied bei diesem Verfahren besteht darin, dass die Reduktion von Eisenoxiden gleichzeitig mit dem Schmelzen erfolgt . Das Metall entsteht in flüssiger Phase als Gusseisen, das einen Teil des Kohlenstoffs aus dem Koks aufgenommen hat und leichter schmilzt als Eisen (niedrigere Schmelztemperatur von mindestens 200 °C ). Aber das Gusseisen muss dann zu Eisen verarbeitet werden.

Durch die Zugabe von Kieselsäure zum Kalkstein- Gangerz oder Kalkstein zum kieselhaltigen Gangerz sind wir auch zum Hochofen gegangen: Ein genaues Verhältnis von Kieselsäure und Kalkstein ergibt eine leicht schmelzbare Schlacke, die natürlich flüssiges Gusseisen trennt . Lange Zeit wurden die Hochöfen mit Holzkohle betrieben. Der härtere und reichlichere Koks ermöglichte es, viel höhere Hochöfen zu bauen, aber eine mit Schwefel beladene Schmelze zu produzieren .

Um ein schmiedefähiges Metall zu erhalten, ist es notwendig , das Gusseisen zu veredeln . Dieser Schritt, der in einem Stahlwerk durchgeführt wird , besteht im Wesentlichen darin, das Gusseisen zu entkohlen, um eine kohlenstoffärmere Legierung zu erhalten: Eisen oder Stahl. Im Konverter wird das Gusseisen in Stahl umgewandelt . In diesem Tank wird Sauerstoff auf oder in das Gusseisen geblasen , um den Kohlenstoff zu entfernen .

Wenn die Entfernung von Kohlenstoff durch Verbrennung mit Sauerstoff die Hauptstufe bei der Raffination von Roheisen ist, wird das Stahlwerk außerdem:

Entfernen des Schwefels aus dem dem Hochofen zugeführten Koks; durch Einspritzen von Calciumcarbid , Magnesium und/oder Soda bildet Schwefel Sulfide, die zwischen der Schlacke des Gusseisens schwimmen; diese Schlacke wird dann mit einem Schaber entfernt;
Verbrennen des im Gusseisen gelösten Siliziums ; diese Verbrennung ist die erste chemische Reaktion, die in einem Konverter abläuft ; es folgt sofort die Verbrennung von Kohlenstoff ;
Entfernen von Phosphor aus dem Erz; wie Schwefel, dieses andere versprödende Element, geht man durch Reaktion mit Kalk im Konverter zu P 2 O 5 über, das, indem es in die Schlacke gelangt, durch Abtrennung vom flüssigen Eisen entfernt wird; die Entphosphorungsreaktion ist die dritte und letzte im Konverter angestrebte chemische Reaktion .

In einigen Fällen führten der Überfluss an Erdgas oder die Schwierigkeit, das Eisenerz an den Hochofen anzupassen, zur Einführung des sogenannten „ Direktreduktionsverfahrens “. Das Prinzip besteht darin, das in den Erzen enthaltene Eisen zu reduzieren, ohne die Schmelzstufe (wie in einem Hochofen) zu durchlaufen, indem man reduzierende Gase verwendet, die aus Kohlenwasserstoffen oder Kohle gewonnen werden . Es wurde eine Vielzahl von Methoden entwickelt. Im Jahr 2010 stammten 5 % des produzierten Stahls aus Eisen, das durch Direktreduktion gewonnen wurde.

Legierungen

Eisen wird im reinen Zustand kaum verwendet (außer zur Lösung bestimmter Schweißbarkeitsprobleme, insbesondere bei nichtrostenden Stählen ). Das Schmelzen und Stahl ( 1000 Mt ) sind die wichtigsten Legierungen:

Gusseisen enthält 2,1% bis 6,67% Kohlenstoff ;
Stahl enthält 0,025% bis 2,1% Kohlenstoff, wobei Eisen das Hauptelement in seiner Zusammensetzung ist;
unter 0,025% Kohlenstoff spricht man von „Industrieeisen“.

Die Zugabe verschiedener Zugabeelemente ermöglicht die Gewinnung von Gusseisen und Sonderstählen, wobei jedoch Kohlenstoff das Element mit dem größten Einfluss auf die Eigenschaften dieser Legierungen bleibt.

Rostfreie Stähle verdanken ihre Korrosionsbeständigkeit dem Vorhandensein von Chrom, das durch Oxidation einen dünnen Schutzfilm bildet.

Produkte

Der Name "Draht" bedeutet nicht reinen Eisendraht, Draht ist in der Tat aus Weichstahl, sehr formbar.

Metallisches Eisen und seine Oxide sind seit Jahrzehnten fix analoge oder digitale Informationen auf geeignete Medien (verwendete Magnetbänder, Audio- und Videokassetten, Disketten ). Der Einsatz dieser Materialien wird jedoch heute durch Verbindungen mit besserer Permittivität , beispielsweise in Festplatten, verdrängt .

Biochemische Verwendung

Eisen ist ein essentielles Element im menschlichen Körper. In den ersten Lebensjahren eines Kindes ist der Bedarf an Eisen in der Nahrung sehr hoch, bei Schmerzen durch Nahrungsmangel ( Eisenmangelanämie ). Darüber hinaus ist eine Überdosierung von Eisen auch gesundheitsschädlich. Tatsächlich würde zu viel Eisen das Risiko für Hepatitis und Krebs erhöhen und könnte an der Parkinson-Krankheit beteiligt sein .

Bioanorganischer Komplex

Das Hämoglobin des Blutes ist ein Metalloprotein, das aus einem Eisen(II)-Komplex besteht. Dieser Komplex ermöglicht es den roten Blutkörperchen , Sauerstoff von der Lunge zu den Zellen im Körper zu transportieren. Die Löslichkeit von Sauerstoff im Blut reicht in der Tat nicht aus, um die Zellen effizient zu versorgen. Dieser Komplex besteht aus einem Fe(II)-Kation, das von den vier Stickstoffatomen komplexiert ist eines Porphyrins und durch den Stickstoff eines zur Proteinkette gehörenden Histidinrestes . Die sechste Eisenkomplexierungsstelle ist entweder frei oder von einem Sauerstoffmolekül besetzt.

Bemerkenswert ist, dass Eisen (II) ein Sauerstoffmolekül bindet, ohne oxidiert zu werden. Dies ist auf die Hemmung von Eisen durch das Protein zurückzuführen.

Im Essen

Eisen ist ein Spurenelement und gehört zu den essentiellen Mineralsalzen in Lebensmitteln , kann aber in einigen Formen giftig sein. Ein Eisenmangel ist eine Quelle von Blutarmut und kann die kognitive und sozio-emotionale Entwicklung des Gehirns des Kindes beeinträchtigen oder die Auswirkungen bestimmter Vergiftungen ( z. B. Bleivergiftungen ) verstärken.

Eisen ist für den Sauerstofftransport und die Bildung roter Blutkörperchen im Blut unerlässlich . Es ist ein wesentlicher Bestandteil der Mitochondrien , da es in der Zusammensetzung des Häms von Cytochrom c . Es spielt auch eine Rolle bei der Bildung neuer Zellen , Hormone und Neurotransmitter . Das in Pflanzen enthaltene Eisen (sog. „Nicht-Häm“ -Eisen ) Fe 3+ oder Eisen(III) wird vom Körper weniger gut aufgenommen als das in rohen Lebensmitteln tierischen Ursprungs enthaltene („Häm“-Eisen) Fe 2+ oder Eisen Eisen . Beim Kochen von Fleisch wird ein Teil des Häm-Eisens in Nicht-Häm-Eisen umgewandelt, das weniger bioverfügbar ist . Die Eisenaufnahme wird jedoch verbessert, wenn es mit bestimmten Nährstoffen wie Vitamin C oder Zitronensaft verzehrt wird. Zitronensaft auf Ihr Essen zu geben ist daher eine ausgezeichnete kulinarische Angewohnheit, wenn Sie Eisenmangel haben; andererseits ist eine Vitamin-C-Ergänzung nutzlos, wenn man nicht an Vitamin-C-Mangel leidet (der extreme Mangel ist Skorbut), auch wenn dies nicht zu einer Hypervitaminose führen kann, da Vitamin C wasserlöslich ist (und daher sein Überschuss durch Schwitzen abgebaut wird) und Harnwege). Wie Rindfleisch sind Insekten eine gute Eisenquelle.

Andererseits wird seine Aufnahme durch den Konsum von Tee und/oder Kaffee gehemmt, da Tannine (Polyphenole) Eisenchelatoren sind. Deshalb wird Risikopersonen (Jugendliche, Schwangere, Frauen im gebärfähigen Alter, Vegetarier) und Tee- oder Kaffeetrinkern empfohlen, ihn eine Stunde vor einer Mahlzeit oder zwei Stunden danach zu trinken.

Die Ansammlung von Eisen im Körper führt zum Zelltod. Forscher des Inserm vermuten deshalb, dass das überschüssige Eisen an der Degeneration von Nervenzellen bei Parkinson-Patienten beteiligt sein könnte.

Für Frauen in den Wechseljahren und erwachsene Männer beträgt die empfohlene tägliche Eisenaufnahme 10 mg ; dieser Nährstoffbedarf beträgt 16 bis 18 mg für Frauen von der Pubertät bis zur Menopause .

In der Apotheke

Eisen wird als Medizin verwendet. Es wird bei Eisenmangel (sogenannter "Eisenmangel") angewendet, der Asthenie oder sogar Eisenmangelanämie verursachen kann . Es kann oral oder als Injektion verabreicht werden.

Weltproduktion

Die weltweite Eisenerzproduktion belief sich 2010 auf 2,4 Milliarden Tonnen, hauptsächlich angetrieben von China (37,5 %), vor Australien (17,5 %), Brasilien (15 , 4 %), Indien (10,8 %), Russland (4,2 %) und der Ukraine (3,0%); Die weltweiten Eisenerzreserven werden auf 180 Milliarden Tonnen geschätzt, die 87 Milliarden Tonnen Eisen enthalten und hauptsächlich von der Ukraine (16,7%), Brasilien (16,1%) und Russland (13,9%) gehalten werden. China produzierte 2010 60 % des weltweiten metallischen Eisens (etwa 600 Millionen von 1 Milliarde Tonnen) und 45 % des Weltstahls (etwa 630 Millionen von 1,4 Milliarden Tonnen), vor Japan (8,2 % des Eisens und 7,9 % weltweit produzierten Stahls).

Hinweise und Referenzen

(en) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics , CRC Press Inc,2009, 90 th ed. , 2804 S. , Hardcover ( ISBN 978-1-420-09084-0 )
(in) Beatriz Cordero Verónica Gómez, Ana E. Platero-Prats, Marc Revés Jorge Echeverría, Eduard Cremades, Flavia und Santiago Barragan Alvarez , „ Kovalente Radien revisited “ , Dalton Transactions , 2008, s. 2832-2838 ( DOI 10.1039 / b801115j )
(in) David R. Lide, CRC Handbook of Chemistry and Physics , TF-CRC,2006, 87 th ed. ( ISBN 0849304873 ) , p. 10-202
(in) Metals Handbook , Vol. 2 , No. 10: Materialcharakterisierung , ASM International,1986, 1310 S. ( ISBN 0-87170-007-7 ) , p. 343
(in) Thomas R. Dulski, Ein Handbuch für die chemische Analyse von Metallen , vol. 25, ASTM International,1996, 251 S. ( ISBN 0803120664 , online lesen ) , p. 71
Chemical Abstracts Datenbank abgefragt über SciFinder Web 15. Dezember 2009 (Suche Ergebnisse )
SIGMA-ALDRICH
" Eisen " in der Datenbank für chemische Produkte Reptox des CSST (Quebec-Organisation für Arbeitssicherheit und Gesundheitsschutz), abgerufen am 25. April 2009
(in) The Most Tightly Bound Nuclei („Die am engsten gebundenen Nuklide“).
Alessandro Tagliabue, The integral role of iron in ocean biogeochemistry , Nature , 543, 51–59, 2. März 2017, DOI : 10.1038 / nature21058 ( Abstract )
Kristen French, Eisenchemie ist wichtig für die Kohlenstoffaufnahme im Ozean , 26. Juni 2017, Earth Institute, Columbia University
The State of Greenhouse Gases in the Atmosphere Based on Global Observations bis 2013 (Zugriff am 11. September 2014), siehe insbesondere Kap. Ozeanversauerung , s. 4 .
(in) RL und HG Clendenen Drickamer, " Die Wirkung des Drucks auf die Volumen- und Gitterparameter von Ruthenium und Eisen " , Journal of Physics and Chemistry of Solids , vol. 25, n o 8,1964, s. 865-868 ( DOI 10.1016 / 0022-3697 (64) 90098-8 ).
(in) Ho-Kwang Mao, William A. Bassett und Taro Takahashi, „ Auswirkung des Drucks auf die Kristallstruktur und Gitterparameter von Eisen bis 300 kbar “ , Journal of Applied Physics , vol. 38, n o 1,1967, s. 272-276 ( DOI 10.1063 / 1.1708965 ).
" Hephaistos, der griechische Gott des Feuers und des Eisens " , auf mythology.ca
Plinius der Ältere , Naturgeschichte [ Detail der Ausgaben ] [ online lesen ] : Buch VII
William S. Kirk , „ USGS Minerals Information: Iron Ore “, unter minerals.usgs.gov (Zugriff am 23. Oktober 2016 )
Bernstein Forschung in Les Echos , 5. Februar 2008, S. 35
Alain Faujas, "Eisenerz wird 2008 um mindestens 65% zunehmen", Le Monde , 20. Februar 2008, veröffentlicht am 19. Februar 2008, [ online lesen ]
Überschüssiges Eisen im Zusammenhang mit der Parkinson-Krankheit , Google / AFP , 28. Oktober 2008
R. Colin Carter, Joseph L. Jacobson, Matthew J. Burden, Rinat Armony-Sivan, Neil C. Dodge, Mary Lu Angelilli, Betsy Lozoff und Sandra W. Jacobson, Eisenmangelanämie und kognitive Funktion im Säuglingsalter , Pädiatrie , August 2010, Bd. 126, n o 2, E427-E434, Zusammenfassung
Gladys O. Latunde-Dada , Wenge Yang und Mayra Vera Aviles , „ In-vitro-Eisenverfügbarkeit von Insekten und Rinderfilet “, Journal of Agricultural and Food Chemistry , vol. 64, n o 44,9. November 2016, s. 8420–8424 ( ISSN 0021-8561 , DOI 10.1021 / acs.jafc.6b03286 , online gelesen , abgerufen am 16. November 2016 )
Siehe zum Beispiel das Handbuch Ferrostrane ( Feredetat von Natrium ) von Teofarma oder Timoferol ( Vitamin C + Fe) von Elerte.
" Eisenmangelanämie " , auf Passsante.net ,August 2011(Zugriff am 23. April 2015 )
" Überschüssiges Eisen in Nervenzellen, die an der Parkinson-Krankheit beteiligt sind " , auf Inserm ,28. Oktober 2008(Zugriff am 23. April 2015 )
(in) " Eisenerz " , USGS Minerals.
(in) http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/iron_&_steel/mcs-2011-feste.pdf „ Eisen und Stahl “], USGS Minerals.

Siehe auch

Literaturverzeichnis

Elie Bertrand, Universal Dictionary of Clean Fossils, and Accident Fossils, das eine Beschreibung von Land, Sand, Salzen enthält… , bei Louis Chambeau, Avignon, 1763, 606 p. , insbesondere der Eiseneintrag p. 239-256 .
Robert Luft, Dictionary of Pure Simple Substances in Chemistry , Nantes, Association Cultures et Techniques,1997, 392 S. ( ISBN 978-2-9510168-3-5 ), insbesondere Kap. 26 Eisen p. 132-134 .
Bruce Herbert Mahan , Chimie , InterEdition, Paris, 1977, 832 S. ( Trans. Von der Universität Chemie , 2 th ed. , Addison-Wesley Publishing Company, Massachusetts, 1969 ( ISBN 978-2-7296-0065-5 ) ), insbesondere p. 673-676 .
Paul Pascal , P. Bothorel, Adolphe Pacault, Guy Pannetier (Hrsg.), Neue Abhandlung über Mineralchemie: Eisen und Eisenkomplexe , vol. 17-18, Masson, 1958.

Zum Thema passende Artikel

Externe Links

Descriptive Chemistry of Iron Summary, University of Maine Faculty of Science
Feile auf Eisen: Eisen fällt von der Maske , Futura-Sciences
(de) Mineralogie des Elements Eisen: Sur Mindat
(de) „ Technische Daten für Eisen “ (abgerufen am 12. August 2016 ) , mit den bekannten Daten für jedes Isotop in Unterseiten

fünfzehn

Hallo

Sein

NICHT

Geboren

N / A

Oder

Sie

ich

Das

Diese

Uhr

Hätten

Gott

Lesen

Ihre

Knochen

Beim

Das

Könnten

Bin

Vgl

Ist

Nein

Berg

119

120

121

122

123

124

125

126

127

128

129

130

131

132

133

134

135

136

137

138

139

140

141

142

Alkalimetalle	alkalische Erde	Lanthanoide	Übergangsmetalle	Schlechte Metalle	Metal- loids	Nicht Metalle	Halo- Gene	edler Gase	Nicht klassifizierte Artikel
		Aktiniden
		Superactiniden