Žehlička - Iron - Wikipedia

Žehlička,₂₆Fe

Žehlička
Vzhled	lesklá metalíza se šedivým nádechem
Standardní atomová hmotnost Ar, std(Fe)	55.845(2)[1]
Železo v periodická tabulka
Vodík Hélium Lithium Berýlium Bor Uhlík Dusík Kyslík Fluor Neon Sodík Hořčík Hliník Křemík Fosfor Síra Chlór Argon Draslík Vápník Scandium Titan Vanadium Chrom Mangan Žehlička Kobalt Nikl Měď Zinek Gallium Germanium Arsen Selen Bróm Krypton Rubidium Stroncium Yttrium Zirkonium Niob Molybden Technecium Ruthenium Rhodium Palladium stříbrný Kadmium Indium Cín Antimon Telur Jód Xenon Cesium Baryum Lanthan Cer Praseodymium Neodym Promethium Samarium Europium Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium Hafnium Tantal Wolfram Rhenium Osmium Iridium Platina Zlato Rtuť (prvek) Thalium Vést Vizmut Polonium Astat Radon Francium Rádium Actinium Thorium Protactinium Uran Neptunium Plutonium Americium Kurium Berkelium Kalifornium Einsteinium Fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Draslík Meitnerium Darmstadtium Roentgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moscovium Livermorium Tennessine Oganesson – ↑ Fe ↓ Ru mangan ← žehlička → kobalt
Protonové číslo (Z)	26
Skupina	skupina 8
Doba	období 4
Blok	d-blok
Kategorie prvku	Přechodný kov
Konfigurace elektronů	[Ar ] 3d6 4 s2
Elektrony na skořápku	2, 8, 14, 2
Fyzikální vlastnosti
Fáze naSTP	pevný
Bod tání	1811 K. (1538 ° C, 2800 ° F)
Bod varu	3134 K (2862 ° C, 5182 ° F)
Hustota (ur.t.)	7,874 g / cm3
když kapalina (přit.t.)	6,98 g / cm3
Teplo fúze	13.81 kJ / mol
Odpařovací teplo	340 kJ / mol
Molární tepelná kapacita	25,10 J / (mol · K)
Tlak páry P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k naT (K) 1728 1890 2091 2346 2679 3132
Atomové vlastnosti
Oxidační stavy	−4, −2, −1, 0, +1,[2] +2, +3, +4, +5,[3] +6, +7[4] (anamfoterní kysličník)
Elektronegativita	Paulingova stupnice: 1,83
Ionizační energie	1.: 762,5 kJ / mol 2. místo: 1561,9 kJ / mol 3. místo: 2957 kJ / mol (více )
Atomový poloměr	empirické: 126odpoledne
Kovalentní poloměr	Nízké otáčky: 132 ± 15 hodin Vysoká rotace: 152 ± 18 hodin
Spektrální čáry ze železa
Další vlastnosti
Přirozený výskyt	prvotní
Krystalická struktura	​centrovaný na tělo (bcc) A= 286,65 odp
Krystalická struktura	​kubický střed (FCC) mezi 1185–1667 K; A= 364 680 hodin
Rychlost zvuku tenká tyč	5120 m / s (přir.t.) (elektrolytický)
Teplotní roztažnost	11,8 µm / (m · K) (při 25 ° C)
Tepelná vodivost	80,4 W / (m · K)
Elektrický odpor	96,1 nΩ · m (při 20 ° C)
Curie bod	1043 K.
Magnetické objednávání	feromagnetický
Youngův modul	211 GPa
Tažný modul	82 GPa
Hromadný modul	170 GPa
Poissonův poměr	0.29
Mohsova tvrdost	4
Vickersova tvrdost	608 MPa
Brinellova tvrdost	200–1180 MPa
Číslo CAS	7439-89-6
Dějiny
Objev	před 5 000 př
Hlavní izotopy železa
Izotop Hojnost Poločas rozpadu (t1/2) Režim rozpadu Produkt 54Fe 5.85% stabilní 55Fe syn 2,73 r ε 55Mn 56Fe 91.75% stabilní 57Fe 2.12% stabilní 58Fe 0.28% stabilní 59Fe syn 44,6 d β− 59Spol 60Fe stopa 2.6×106 y β− 60Spol
Kategorie: Železo Pohled mluvit Upravit | Reference

Žehlička (/ˈaɪ.rn/) je chemický prvek s symbol Fe (z latinský: ferrum ) a protonové číslo 26. Je to kov který patří k první přechodová řada a skupina 8 z periodická tabulka. to je podle hmotnosti nejběžnější prvek na Země, přímo před kyslík (32,1%, respektive 30,1%), tvořící velkou část Země vnější a vnitřní jádro. Je čtvrtým nejčastějším prvek v zemské kůře.

Ve svém kovovém stavu je železo v zemská kůra, omezeno hlavně na depozici do meteority. Železné rudy, naopak, patří k nejhojnějším v zemské kůře, ačkoli těžba použitelného kovu z nich vyžaduje pece nebo pece schopné dosáhnout 1 500 ° C (2 730 ° F) nebo vyšší, přibližně o 500 ° C (900 ° F) vyšší, než je požadováno pro koruška měď. Lidé tento proces začali ovládat Eurasie jen asi 2 000 př.^{[není ověřeno v těle ]} a používání železa nástroje a zbraně se začal přemisťovat slitiny mědi, v některých regionech pouze kolem 1200 př. Tato událost se považuje za přechod z Doba bronzová do Doba železná. V moderní svět, slitiny železa, jako např ocel, inox, litina a speciální oceli jsou zdaleka nejběžnější průmyslové kovy kvůli jejich mechanickým vlastnostem a nízkým nákladům.

Nedotčené a hladké čisté železné povrchy jsou zrcadlově stříbřitě šedé. Železo však snadno reaguje kyslík a voda dát hnědou až černou hydratovaný oxidy železa, běžně známý jako rez. Na rozdíl od oxidů některých jiných kovů se tvoří pasivující vrstvy, rez zabírá větší objem než kov, a tak se odlupuje a vystavuje čerstvé povrchy korozi.

Tělo dospělého člověka obsahuje asi 4 gramy (0,005% tělesné hmotnosti) železa, většinou v hemoglobin a myoglobin. Tihle dva bílkoviny hrát základní role v obratlovců metabolismus, resp transport kyslíku podle krev a skladování kyslíku v svaly. Chcete-li zachovat potřebné úrovně, lidský metabolismus železa vyžaduje ve stravě minimum železa. Železo je také kov na aktivním místě mnoha důležitých redox enzymy jednat s buněčné dýchání a oxidace a redukce v rostlinách a zvířatech.^[5]

Chemicky jsou nejčastějšími oxidačními stavy železa železo (II) a železo (III). Železo má mnoho dalších vlastností přechodné kovy, včetně druhého skupina 8 prvků, ruthenium a osmium. Železo tvoří sloučeniny v široké škále oxidační stavy, -2 až +7. Železo také tvoří mnoho koordinační sloučeniny; některé z nich, jako např ferrocen, ferrioxalát, a pruská modř, mají významné průmyslové, lékařské nebo výzkumné aplikace.

Vlastnosti

Allotropes

Molární objem vs. tlak pro železo α při pokojové teplotě

Jsou známy nejméně čtyři allotropy železa (lišící se uspořádání atomů v pevné látce), běžně označované jako α, γ, δ a ε.

Nízký tlak fázový diagram čistého železa

První tři formy jsou pozorovány při běžných tlacích. Když roztavené železo ochlazuje kolem bodu mrazu 1538 ° C, krystalizuje do svého δ allotrope, který má centrovaný na tělo (bcc) Krystalická struktura. Jak se dále ochlazuje na 1394 ° C, přechází na svůj allotrope γ-železo, a kubický střed (fcc) krystalová struktura, nebo austenit. Při teplotě 912 ° C a nižší se krystalová struktura opět stává alcropem alfa-železa bcc.^[6]

Rozsáhle byly studovány také fyzikální vlastnosti železa při velmi vysokých tlacích a teplotách,^[7][8] kvůli jejich relevanci pro teorie o jádrech Země a jiných planet. Nad přibližně 10 GPa a teplotami několika stovek kelvinů nebo méně se α-železo mění na jiné šestihranný uzavřený (hcp) struktura, která je také známá jako ε-železo. Γ-fáze s vyšší teplotou se také mění na ε-železo, ale činí to při vyšším tlaku.

Existují určité kontroverzní experimentální důkazy pro stabilní fázi β při tlacích nad 50 GPa a teplotách nejméně 1 500 K. Předpokládá se, že má ortorombický nebo dvojitá struktura hcp.^[9] (Matoucí je, že termín „β-železo“ se někdy také používá k označení α-železa nad jeho Curieovým bodem, když se změní z feromagnetického na paramagnetický, i když se jeho krystalová struktura nezměnila.^[6])

The vnitřní jádro z Země obecně se předpokládá, že sestává znikl slitina se strukturou ε (nebo β).^[10]

Bod tání a bod varu

Body tání a varu železa spolu s jeho entalpie atomizace, jsou nižší než u dřívějších 3d prvků z skandium na chrom, ukazující snížený příspěvek 3d elektronů ke kovovým vazbám, protože jsou stále více přitahovány do inertního jádra jádrem;^[11] jsou však vyšší než hodnoty pro předchozí prvek mangan protože tento prvek má napůl vyplněnou 3d subshell a jeho d-elektrony proto nejsou snadno delokalizovány. Stejný trend se objevuje pro ruthenium, ale ne pro osmium.^[12]

Teplota tání železa je experimentálně dobře definována pro tlaky menší než 50 GPa. Pro větší tlaky se publikovaná data (od roku 2007) stále liší o desítky gigapascalů a více než tisíc kelvinů.^[13]

Magnetické vlastnosti

Magnetizační křivky 9 feromagnetických materiálů ukazující sytost. 1. Ocelový plech, 2. Křemíková ocel, 3. Litá ocel, 4. Wolframová ocel, 5. Magnetická ocel, 6. Litina, 7. Nikl, 8. Kobalt, 9. Magnetit^[14]

Pod jeho Curie bod 770 ° C se α-železo mění z paramagnetické na feromagnetický: točí se ze dvou nepárových elektronů v každém atomu se obecně vyrovná se spiny svých sousedů, čímž vytvoří celkově magnetické pole.^[15] To se děje proto, že orbitaly těchto dvou elektronů (d_z² ad_{X² − y²}) neukazují na sousední atomy v mřížce, a proto se nepodílejí na kovové vazbě.^[6]

Při absenci vnějšího zdroje magnetického pole se atomy spontánně rozdělí magnetické domény, asi 10 mikrometrů napříč,^[16] takové, že atomy v každé doméně mají paralelní spiny, ale některé domény mají jinou orientaci. Makroskopický kus železa bude mít tedy téměř nulové celkové magnetické pole.

Použití vnějšího magnetického pole způsobí, že domény, které jsou magnetizovány ve stejném obecném směru, rostou na úkor sousedních, které směřují do jiných směrů, čímž posilují vnější pole. Tento efekt se využívá u zařízení, která potřebují směrovat magnetická pole, jako je elektrické transformátory, magnetický záznam hlavy a elektromotory. Nečistoty, závady mřížky, nebo hranice zrn a částic mohou „připnout“ domény v nových pozicích, takže účinek přetrvává i po odstranění vnějšího pole - čímž se železný objekt změní na (trvalý) magnet.^[15]

Podobné chování vykazují některé sloučeniny železa, jako jsou ferity a minerály magnetit, krystalická forma směsného oxidu železa (II, III) Fe
3Ó
4 (ačkoli mechanismus atomového měřítka, ferimagnetismus, je poněkud odlišný). Kousky magnetitu s přirozenou permanentní magnetizací (kamenné kameny ) za předpokladu, že nejdříve kružítko pro navigaci. Částice magnetitu byly značně používány v magnetických záznamových médiích, jako jsou základní paměti, magnetické pásky, diskety, a disky, dokud nebyly nahrazeny kobalt - materiály na bázi.

Izotopy

Železo má čtyři stabilní izotopy: ⁵⁴Fe (5,845% přírodního železa), ⁵⁶Fe (91.754%), ⁵⁷Fe (2,119%) a ⁵⁸Fe (0,282%). Bylo také vytvořeno 20–30 umělých izotopů. Pouze z těchto stabilních izotopů ⁵⁷Fe má jaderná rotace (−​¹⁄₂). The nuklid ⁵⁴Teoreticky může Fe podstoupit dvojitý elektronový záchyt na ⁵⁴Cr, ale proces nebyl nikdy pozorován a pouze spodní hranice poločasu 3,1 × 10²² let.^[17]

⁶⁰Fe je zaniklý radionuklid dlouho poločas rozpadu (2,6 milionu let).^[18] Na Zemi se nenachází, ale jeho konečným produktem rozpadu je vnučka, stabilní nuklid ⁶⁰Ni.^[17] Hodně z minulých prací o izotopovém složení železa se zaměřilo na nukleosyntéza z ⁶⁰Fe prostřednictvím studií o meteority a tvorba rud. V posledním desetiletí došlo k pokroku hmotnostní spektrometrie umožnily detekci a kvantifikaci minutových, přirozeně se vyskytujících variací v poměrech stabilní izotopy ze železa. Hodně z této práce je poháněno Země a planetární věda komunit, ačkoli se objevují aplikace na biologické a průmyslové systémy.^[19]

Ve fázích meteoritů Semarkona a Chervony Kut, korelace mezi koncentrací ⁶⁰Ni vnučka z ⁶⁰Fe a množství stabilních izotopů železa poskytly důkazy o existenci ⁶⁰Fe v době formování sluneční soustavy. Možná energie uvolněná rozpadem ⁶⁰Fe, spolu s tím, co vydal ²⁶Al, přispěl k přetavování a diferenciace z asteroidy po jejich vzniku před 4,6 miliardami let. Hojnost ⁶⁰Ni přítomný v mimozemský materiál může přinést další vhled do původu a rané historie Sluneční Soustava.^[20]

Nejhojnější izotop železa ⁵⁶Fe je zvláště zajímavý pro jaderné vědce, protože představuje nejběžnější koncový bod nukleosyntéza.^[21] Od té doby ⁵⁶Ni (14 částice alfa ) se snadno vyrábí z lehčích jader v alfa proces v jaderné reakce v supernovách (viz proces vypalování křemíku ), je to koncový bod fúzních řetězců uvnitř extrémně hmotné hvězdy, protože přidání další alfa částice, což má za následek ⁶⁰Zn, vyžaduje mnohem více energie. Tento ⁵⁶Ni, který má poločas rozpadu asi 6 dní, se v těchto hvězdách vytváří v množství, ale brzy se rozkládá dvěma po sobě jdoucími pozitronovými emisemi v produktech rozpadu supernovy v zbytek supernovy oblak plynu, nejprve radioaktivní ⁵⁶Co, a pak na stabilní ⁵⁶Fe. Jako takové je železo nejhojnějším prvkem v jádru červené obry, a je nejhojnějším kovem v železné meteority a v hustém kovu jádra planet jako Země.^[22] Je také velmi běžný ve vesmíru, ve srovnání s jinými stájemi kovy přibližně stejné atomová hmotnost.^[22][23] Železo je šesté nejvíce hojný prvek v vesmír a nejběžnější žáruvzdorný živel.^[24]

Další malý energetický zisk lze získat syntézou ⁶²Ni, který má nepatrně vyšší vazebnou energii než ⁵⁶Fe, podmínky ve hvězdách jsou pro tento proces nevhodné. Výroba prvků v supernovách a distribuce na Zemi velmi upřednostňují železo před niklem a v každém případě ⁵⁶Fe má stále nižší hmotnost na nukleon než ⁶²Ni díky vyššímu podílu lehčích protonů.^[25] Proto prvky těžší než železo vyžadují a supernova za jejich vznik, zahrnující rychlé zachycení neutronů spuštěním ⁵⁶Fe jádra.^[22]

V daleká budoucnost vesmíru, za předpokladu, že rozpad protonů nedochází, zima fúze vyskytující se prostřednictvím kvantové tunelování způsobil by splynutí světelných jader v běžné hmotě ⁵⁶Fe jádra. Štěpení a emise alfa částic by pak rozložila těžká jádra na železo a přeměnila všechny objekty hvězdné hmoty na studené koule čistého železa.^[26]

Původ a výskyt v přírodě

Kosmogeneze

Železná hojnost v skalnaté planety jako je Země díky své hojné produkci fúze ve vysoké hmotnosti hvězdy, kde se jedná o poslední prvek vyráběný uvolňováním energie před násilnou explozí typu Ia supernova, který rozptyluje železo do prostoru. Jiné typy supernov neovlivňují významně množství železa (viz supernova s ​​kolapsem jádra ).^[27]

Kovové železo

Leštěný a chemicky leptaný kus železného meteoritu, o kterém se předpokládá, že má podobné složení jako kovové jádro Země, a ukazuje jednotlivé krystaly slitiny železa a niklu (Widmanstatten vzor ).

Kovové nebo nativní železo se zřídka vyskytuje na povrchu Země, protože má tendenci oxidovat. Oba však na Zemi vnitřní a vnější jádro, které tvoří 35% hmotnosti celé Země, jsou považovány za převážně ze slitiny železa, případně s nikl. Předpokládá se, že původem jsou elektrické proudy v kapalném vnějším jádru Zemské magnetické pole. Jiný pozemské planety (Rtuť, Venuše, a Mars ) stejně jako Měsíc se předpokládá, že mají kovové jádro skládající se převážně ze železa. The Asteroidy typu M. také se předpokládá, že jsou částečně nebo většinou vyrobeny ze slitiny kovového železa.

Vzácné železné meteority jsou hlavní formou přírodního kovového železa na povrchu Země. Položky vyrobené z za studena meteoritické železo bylo nalezeno na různých archeologických nalezištích z doby, kdy ještě nebylo vyvinuto tavení železa; a Inuit v Grónsko bylo údajně používáno železo z Cape York meteorit pro nástroje a lovecké zbraně.^[28] Asi 1 z 20 meteority se skládají z jedinečných minerálů železo-nikl taenit (35–80% železa) a kamacite (90–95% železa).^[29] Nativní železo se také zřídka vyskytuje v čedičích, které se vytvořily z magmat, která přišla do styku s usazeninami hornin bohatými na uhlík, které snížily kyslík prchavost dostatečně na to, aby železo krystalizovalo. Toto je známé jako Telurické železo a je popsán z několika lokalit, jako je Ostrov Disko v západním Grónsku, Jakutsko v Rusku a Bühl v Německu.^[30]

Minerály pláště

Ferroperiklasa (Mg, Fe) O, pevný roztok periklasa (MgO) a wüstite (FeO), tvoří asi 20% objemu spodní plášť Země, což z něj činí druhou nejhojnější minerální fázi v této oblasti silikátový perovskit (Mg, Fe) SiO₃; to je také hlavní hostitel pro železo ve spodním plášti.^[31] Ve spodní části přechodová zóna pláště, reakce γ- (Mg, Fe)₂[SiO₄] ↔ (Mg, Fe) [SiO₃] + (Mg, Fe) O se transformuje y-olivín do směsi silikátového perovskitu a ferroperiklasy a naopak. V literatuře se tato minerální fáze spodního pláště také často nazývá magnesiowüstite.^[32] Silikátový perovskit může tvořit až 93% spodního pláště,^[33] a forma železo hořečnatého, (Mg, Fe) SiO₃, je považován za nejhojnější minerální na Zemi, tvořící 38% jejího objemu.^[34]

zemská kůra

Okrová cesta dovnitř Roussillon.

Zatímco železo je nejhojnějším prvkem na Zemi, většina tohoto železa je koncentrována v vnitřní a vnější jádra.^[35][36] Zlomek železa, který je v zemská kůra činí pouze asi 5% celkové hmotnosti kůry a je tedy pouze čtvrtým nejhojnějším prvkem v této vrstvě (po kyslík, křemík, a hliník ).^[37]

Většina železa v kůře je kombinována s různými dalšími prvky a tvoří mnoho železné minerály. Důležitou třídou je oxid železa minerály jako např hematit (Fe₂Ó₃), magnetit (Fe₃Ó₄), a siderit (FeCO₃), které jsou hlavní železné rudy. Mnoho vyvřeliny také obsahují sulfidové minerály pyrhotit a pentlandit.^[38][39] V době zvětrávání, železo má tendenci se vyluhovat ze sulfidových usazenin jako síran a ze silikátových usazenin jako hydrogenuhličitan. Oba jsou oxidovány ve vodném roztoku a vysráží se i při mírně zvýšeném pH oxid železitý.^[40]

Tvorba pruhovaného železa v McKinley Park, Minnesota.

Velké zásoby železa jsou pásové železné formace, druh horniny skládající se z opakovaných tenkých vrstev oxidů železa střídajících se s pásy chudých na železo břidlice a chert. V době mezi nimi byly položeny železné pásy 3,700 před miliony let a 1,800 před miliony let.^[41][42]

Materiály obsahující jemně mleté ​​oxidy železa nebo oxidy-hydroxidy, jako např okr, byly použity jako žluté, červené a hnědé pigmenty od prehistorických dob. Přispívají také k barvě různých hornin a jíly, včetně celých geologických útvarů, jako je Malované kopce v Oregon a Buntsandstein ("barevný pískovec", brit Bunter ).^[43] Přes Eisensandstein (A jurský „železný pískovec“, např. z Donzdorf v Německu)^[44] a Koupelnový kámen ve Velké Británii jsou sloučeniny železa zodpovědné za nažloutlou barvu mnoha historických budov a soch.^[45] Přísloví červená barva povrchu Marsu je odvozen z bohaté na oxid železitý regolit.^[46]

Významné množství železa se vyskytuje v minerálu na bázi sulfidu železa pyrit (FeS₂), ale je obtížné z něj extrahovat železo, a proto se nevyužívá. Ve skutečnosti je železo tak běžné, že výroba se obecně zaměřuje pouze na rudy s velmi velkým množstvím.

Podle Panel mezinárodních zdrojů je Zpráva Metal Stocks in Society, globální zásoba železa používaného ve společnosti je 2 200 kg na obyvatele. Vyspělejší země se v tomto ohledu liší od méně rozvinutých zemí (7 000–14 000 vs. 2 000 kg na obyvatele).^[47]

Chemie a sloučeniny

Železo vykazuje charakteristické chemické vlastnosti přechodné kovy, a to schopnost tvořit různé oxidační stavy lišící se kroky jednoho a velmi velkou koordinační a organokovovou chemií: ve skutečnosti to byl objev sloučeniny železa, ferrocen, která způsobila revoluci v druhé oblasti v padesátých letech.^[48] Železo je někdy považováno za prototyp celého bloku přechodných kovů, kvůli jeho hojnosti a nesmírné roli, kterou hrálo v technologickém pokroku lidstva.^[49] Jeho 26 elektronů je uspořádáno v konfigurace [Ar] 3d⁶4 s², z nichž jsou elektrony 3d a 4s relativně blízké v energii, a tak může přijít o proměnný počet elektronů a neexistuje jasný bod, kdy se další ionizace stane nerentabilní.^[12]

Železo tvoří sloučeniny hlavně v oxidační stavy +2 (železo (II), „železné“) a +3 (železo (III), „železitý“). Železo se také vyskytuje v vyšší oxidační stavy, např. fialová železičnan draselný (K.₂FeO₄), který obsahuje železo v +6 oxidačním stavu. Ačkoli oxid železitý (FeO₄) bylo možné tvrdit, že zprávu nebylo možné reprodukovat, a taková látka z odstranění všech elektronů prvku nad předchozí konfigurací inertního plynu (alespoň se železem v +8 oxidačním stavu) byla výpočtově nepravděpodobná.^[50] Jedna forma aniontové [FeO₄]^– se železem v +7 oxidačním stavu, spolu s izomerem železa (V) -peroxo, byl detekován infračervenou spektroskopií při 4 K po kondenzaci laserem odstraněných atomů Fe směsí O₂/ Ar.^[51] Železo (IV) je běžným meziproduktem v mnoha biochemických oxidačních reakcích.^[52][53] Četné organický železo sloučeniny obsahují formální oxidační stavy +1, 0, -1 nebo dokonce −2. Oxidační stavy a další vazebné vlastnosti se často hodnotí pomocí techniky Mössbauerova spektroskopie.^[54] Mnoho sloučeniny smíšené valence obsahují jak železo (II), tak železo (III) centra, jako např magnetit a pruská modř (Fe₄(Fe [CN]₆)₃).^[53] Ta se používá jako tradiční „modrá“ v plány.^[55]

Železo je první z přechodných kovů, které nemohou dosáhnout svého skupinového oxidačního stavu +8, ačkoli jeho těžší kongenery ruthenium a osmium mohou, přičemž ruthenium má větší potíže než osmium.^[6] Ruthenium vykazuje vodnou kationtovou chemii ve svých nízkých oxidačních stavech podobných jako u železa, ale osmium ne, což upřednostňuje vysoké oxidační stavy, ve kterých tvoří aniontové komplexy.^[6] Ve druhé polovině série 3D přechodů svislé podobnosti skupin dolů soutěží s vodorovnými podobnostmi železa s jeho sousedy kobalt a nikl v periodické tabulce, které jsou také feromagnetické na pokojová teplota a sdílejí podobnou chemii. Jako takové jsou železo, kobalt a nikl někdy seskupeny jako železná triáda.^[49]

Na rozdíl od mnoha jiných kovů železo netvoří amalgámy rtuť. Výsledkem je, že se rtuť obchoduje ve standardizovaných baňkách o hmotnosti 76 liber (34 kg) vyrobených ze železa.^[56]

Železo je zdaleka nejreaktivnějším prvkem ve své skupině; je pyroforický, je-li jemně rozmělněn a snadno se rozpouští ve zředěných kyselinách, což dává Fe²⁺. Nereaguje však koncentrovaně kyselina dusičná a další oxidační kyseliny v důsledku tvorby nepropustné oxidové vrstvy, se kterou však mohou reagovat kyselina chlorovodíková.^[6]

Binární sloučeniny

Oxidy a hydroxidy

Železo nebo oxid železitý, FeO.

Oxid železitý nebo železitý Fe
2Ó
3.

Ferosolický nebo oxid železitý (II, III) Fe
3Ó
4.

Železo se formuje různě sloučeniny oxidu a hydroxidu; nejběžnější jsou oxid železitý (II, III) (Fe₃Ó₄), a oxid železitý (Fe₂Ó₃). Oxid železitý také existuje, i když je nestabilní při pokojové teplotě. Přes jejich jména jsou vlastně všichni nestechiometrické sloučeniny jejichž složení se může lišit.^[57] Tyto oxidy jsou hlavními rudami pro výrobu železa (viz květenství a vysoká pec). Používají se také při výrobě ferity užitečné magnetické úložiště média v počítačích a pigmenty. Nejznámější sulfid je pyrit železa (FeS₂), také známý jako zlato blázna kvůli jeho zlatému lesku.^[53] Není to sloučenina železa (IV), ale ve skutečnosti je to železo (II) polysulfid obsahující Fe²⁺ a S²⁻
₂ ionty zkresleně chlorid sodný struktura.^[57]

Pourbaixův diagram ze železa

Halogenidy

Hydratovaný chlorid železitý (chlorid železitý)

Binární železo a železo halogenidy jsou dobře známé. Halogenidy železa typicky vznikají zpracováním kovového železa odpovídajícím způsobem kyselina halogenovodíková za vzniku odpovídajících hydratovaných solí.^[53]

Fe + 2 HX → FeX₂ + H₂ (X = F, Cl, Br, I)

Železo reaguje s fluorem, chlorem a bromem za vzniku odpovídajících halogenidů železa, chlorid železitý je nejběžnější.^[58]

2 Fe + 3 X₂ → 2 FeX₃ (X = F, Cl, Br)

Jodid železitý je výjimkou, protože je termodynamicky nestálý kvůli oxidační síle Fe³⁺ a vysoká redukční síla I.⁻:^[58]

2 já⁻ + 2 Fe³⁺ → já₂ + 2 Fe²⁺ (E⁰ = +0,23 V)

Jodid železitý, černá pevná látka, není za běžných podmínek stabilní, ale lze jej připravit reakcí pentakarbonyl železa s jód a kysličník uhelnatý v přítomnosti hexan a světlo při teplotě -20 ° C, s vyloučením kyslíku a vody.^[58]

Chemie roztoků

Porovnání barev roztoků ferátu (vlevo) a manganistan (že jo)

The standardní redukční potenciály v kyselém vodném roztoku pro některé běžné ionty železa jsou uvedeny níže:^[6]

Červenofialový čtyřboký ferrát (VI) anion je tak silné oxidační činidlo, že při pokojové teplotě oxiduje dusík a amoniak a dokonce i samotnou vodu v kyselých nebo neutrálních roztocích:^[58]

4 FeO²⁻
₄ + 10 H
₂Ó → 4 Fe³⁺
+ 20 ACH⁻
+ 3 O.₂

Fe³⁺ ion má velkou jednoduchou kationtovou chemii, i když světle fialový hexakvový ion [Fe (H₂Ó)₆]³⁺ je velmi snadno hydrolyzovatelný, když pH stoupne nad 0 následujícím způsobem:^[59]

Modrá zelená síran železnatý heptahydrát

Jak pH stoupá nad 0, tvoří se výše žluté hydrolyzované druhy a jak stoupá nad 2–3, červenohnědý vodík oxid železitý vysráží se z roztoku. Ačkoli Fe³⁺ má d⁵ konfigurace, jeho absorpční spektrum není jako u Mn²⁺ s jeho slabými pásmy d – d, které jsou zakázané, protože Fe³⁺ má vyšší kladný náboj a je více polarizující, což snižuje energii jeho ligandu na kov přenos poplatků absorpce. Všechny výše uvedené komplexy jsou tedy poměrně silně zbarvené, s jedinou výjimkou hexakvového iontu - a dokonce má spektrum dominované přenosem náboje v blízké ultrafialové oblasti.^[59] Na druhé straně světle zelený hexakvonový ion (II) [Fe (H₂Ó)₆]²⁺ nepodléhá znatelné hydrolýze. Oxid uhličitý se nevyvíjí, když uhličitan přidají se anionty, což má za následek bílou barvu uhličitan železitý se vysráží. V přebytku oxidu uhličitého vzniká mírně rozpustný hydrogenuhličitan, který se běžně vyskytuje v podzemních vodách, ale na vzduchu rychle oxiduje za vzniku oxid železitý který odpovídá za hnědé usazeniny přítomné ve velkém počtu proudů.^[60]

Koordinační sloučeniny

Díky své elektronické struktuře má železo velmi velkou koordinační a organokovovou chemii.

Dva enantiomorfy iontu ferrioxalátu

Je známo mnoho koordinačních sloučenin železa. Typickým aniontem se šesti souřadnicemi je hexachloroferrát (III), [FeCl₆]³⁻, nalezený ve smíšeném sůl chlorid tetrakis (methylamonium) hexachloroferát (III).^[61][62] Komplexy s více bidentátními ligandy mají geometrické izomery. Například trans-chlorhydridobis (bis-1,2- (difenylfosfino) ethan) železo (II) komplex se používá jako výchozí materiál pro sloučeniny s Fe (dppe )₂ skupina.^[63][64] Ion ferrioxalát se třemi šťavelan ligandy (zobrazeno vpravo) spirálová chirality s jeho dvěma nepřekládatelnými geometriemi označenými Λ (lambda) pro levou osu šroubu a Δ (delta) pro pravostrannou osu šroubu, v souladu s konvencemi IUPAC.^[59] Draslík ferrioxalát se používá v chemickém průmyslu aktinometrie a spolu s ním sodná sůl podstoupí fotoredukce aplikován ve fotografických procesech starého stylu. The dihydrát z oxalát železitý má polymerní struktura s koplanárními oxalátovými ionty přemosťujícími mezi železnými centry s krystalizační vodou umístěnou tvořící čepice každého osmistěnu, jak je znázorněno níže.^[65]

Krystalová struktura dihydrátu oxalátu železnatého, zobrazující atomy železa (šedé), kyslíku (červené), uhlíku (černé) a vodíku (bílé).

Krevně červený pozitivní test thiokyanátu na železo (III)

Komplexy železa (III) jsou velmi podobné komplexům železa chrom (III) s výjimkou preference železa (III) pro Ó-nebo místo N-dodorové ligandy. Ty mají tendenci být spíše nestabilnější než komplexy železa (II) a často disociují ve vodě. Mnoho komplexů Fe – O vykazuje intenzivní barvy a používá se jako testy fenoly nebo enoly. Například v zkouška na chlorid železitý, používané ke stanovení přítomnosti fenolů, chlorid železitý reaguje s fenolem za vzniku hluboce fialového komplexu:^[59]

3 ArOH + FeCl₃ → Fe (OAr)₃ + 3 HCl (Ar = aryl )

Mezi halogenidovými a pseudohalogenovými komplexy jsou nejstabilnější fluorované komplexy železa (III) s bezbarvým [FeF₅(H₂Ó)]²⁻ je nejstabilnější ve vodném roztoku. Chlorové komplexy jsou méně stabilní a upřednostňují čtyřstěnnou koordinaci jako v [FeCl₄]⁻; [FeBr₄]⁻ a [FeI₄]⁻ se snadno redukují na železo (II). Thiokyanát je běžným testem na přítomnost železa (III), protože tvoří krvavě červenou [Fe (SCN) (H₂Ó)₅]²⁺. Stejně jako mangan (II), většina komplexů železa (III) má vysokou rotaci, výjimkou jsou ty s ligandy, které mají vysoký obsah spektrochemická řada jako kyanid. Příkladem komplexu železa s nízkou rotací (III) je [Fe (CN)₆]³⁻. Kyanidové ligandy lze snadno oddělit v [Fe (CN)₆]³⁻, a proto je tento komplex jedovatý, na rozdíl od komplexu železa (II) [Fe (CN)₆]⁴⁻ nalezený v pruské modré,^[59] který se neuvolňuje kyanovodík kromě případů, kdy jsou přidány zředěné kyseliny.^[60] Železo ukazuje velkou škálu elektroniky stavy rotace, včetně všech možných hodnot kvantového počtu spinů pro prvek d-bloku od 0 (diamagnetický) do⁵⁄₂ (5 nepárových elektronů). Tato hodnota je vždy poloviční oproti počtu nepárových elektronů. Komplexy s nulovým až dvěma nepárovými elektrony jsou považovány za nízkootáčkové a komplexy se čtyřmi nebo pěti jsou považovány za vysoce rotující.^[57]

Komplexy železa (II) jsou méně stabilní než komplexy železa (III), ale přednost Ó-donorové ligandy jsou méně výrazné, takže například [Fe (NH₃)₆]²⁺ je známo, zatímco [Fe (NH₃)₆]³⁺ není. Mají tendenci být oxidovány na železo (III), ale to lze zmírnit nízkým pH a použitými specifickými ligandy.^[60]

Organokovové sloučeniny

Železná penta-
karbonyl

Organická chemie železa je studium organokovové sloučeniny železa, kde jsou atomy uhlíku kovalentně vázány na atom kovu. Je jich mnoho a různorodé kyanidové komplexy, karbonylové komplexy, sendvič a polo sendvičové sloučeniny.

pruská modř

pruská modř nebo „ferokyanid železitý“, Fe₄[Fe (CN)₆]₃, je starý a známý komplex železo-kyanid, který se značně používá jako pigment a v několika dalších aplikacích. Jeho vznik lze použít jako jednoduchý test mokré chemie k rozlišení mezi vodnými roztoky Fe²⁺ a Fe³⁺ jak reagují (respektive) s ferikyanid draselný a ferokyanid draselný tvořit pruskou modrou.^[53]

Další starý příklad sloučeniny organického železa je pentakarbonyl železa, Fe (CO)₅, ve kterém je neutrální atom železa vázán na atomy uhlíku pěti kysličník uhelnatý molekuly. Sloučenina může být použita k výrobě karbonylové železo prášek, vysoce reaktivní forma kovového železa. Termolýza dává pentakarbonyl železa triiron dodekakarbonyl, Fe
3(CO)
12, a se shlukem tří atomů železa v jádru. Collmanovo činidlo, tetrakarbonylferát disodný, je užitečné činidlo pro organickou chemii; obsahuje železo v oxidačním stavu -2. Cyklopentadienyliron dikarbonyl dimer obsahuje železo ve vzácném oxidačním stavu +1.^[66]

Strukturní vzorec ferrocenu a práškového vzorku

Mezníkem v této oblasti byl objev pozoruhodně stabilní v roce 1951 sendvičová směs ferrocen Fe (C.
5H
5)
2tím, že Paulson a Kealy^[67] a nezávisle na Mlynář a další,^[68] jehož překvapivá molekulární struktura byla určena až o rok později Woodward a Wilkinson^[69] a Fischer.^[70]Ferrocen je stále jedním z nejdůležitějších nástrojů a modelů v této třídě.^[71]

Jako železo se používají organokovové druhy katalyzátory. The Knölkerův komplex například je a přenosová hydrogenace katalyzátor pro ketony.^[72]

Průmyslové použití

Sloučeniny železa vyráběné v největším měřítku v průmyslu jsou síran železnatý (FeSO₄·7H₂Ó ) a chlorid železitý (FeCl₃). První z nich je jedním z nejběžněji dostupných zdrojů železa (II), ale je méně stabilní vůči vzdušné oxidaci než Mohrova sůl ((NH₄)₂Fe (SO₄)₂· 6H₂Ó). Sloučeniny železa (II) mají tendenci být ve vzduchu oxidovány na sloučeniny železa (III).^[53]

Etymologie

„iren“, staré anglické slovo pro „železo“

Protože železo se používá tak dlouho, má mnoho jmen. Zdroj jeho chemického symbolu Fe je latinské slovo ferruma jeho potomci jsou názvy prvku v Románské jazyky (například, francouzština fer, španělština hierro, a italština a portugalština ferro).^[73] Slovo ferrum sám možná pochází z Semitské jazyky, přes Etruské, z kořene, který také vedl k Stará angličtina bræs "mosaz ".^[74] Anglické slovo žehlička nakonec pochází z Proto-germánský * isarnan, který je také zdrojem německého názvu Eisen. Bylo to s největší pravděpodobností vypůjčené od keltský * isarnon, který nakonec pochází Protoindoevropský * je- (e) ro- „mocný, svatý“ a nakonec * eis „silný“, odkazující na sílu železa jako na kov.^[75] Kluge se týká * isarnon do illyrické a latinské ira, 'hněv').^{[Citace je zapotřebí ]} The Balto-slovanský názvy železa (např. ruština железо [zhelezo], polština żelazo, Litevský geležis) jsou jediní, kteří pocházejí přímo z protoindoevropanů *G^helg^h- "žehlička".^[76] V mnoha z těchto jazyků slovo pro žehlička mohou být také použity k označení jiných předmětů ze železa nebo oceli, nebo obrazně kvůli tvrdosti a pevnosti kovu.^[77] The čínština kravata (tradiční 鐵; zjednodušený 铁) pochází z Proto-čínsko-tibetský * hliek,^[78] a byl zapůjčen do japonský jako 鉄 tetsu, který má také nativní čtení kurogane „black metal“ (podobný tomu, jak se na železo odkazuje v anglickém slově kovář ).^[79]

Dějiny

Vývoj metalurgie železa

Železo je jedním z prvků, které antický svět nepochybně zná.^[80] Bylo to zpracované, nebo zpracovaný, po tisíciletí. Železné předměty vysokého věku jsou však mnohem vzácnější než předměty ze zlata nebo stříbra kvůli snadnosti, s jakou železo koroduje.^[81] Tato technologie se vyvíjela pomalu ai po objevení tavení trvalo mnoho století, než železo nahradilo bronz jako kov pro nástroje a zbraně.

Meteoritické železo

Železná harpunová hlava z Grónsko. Železná hrana pokrývá a narval harpuna kel pomocí meteoritového železa z Cape York meteorit, jeden z největších známých meteoritů železa.

Korálky vyrobené z meteorické železo v roce 3500 př. n.l. nebo dříve byly nalezeny v egyptské Gerze G.A. Wainwright.^[82] Korálky obsahují 7,5% niklu, což je podpis meteorického původu, protože železo nacházející se v zemské kůře má obecně jen nepatrné nečistoty niklu.

Meteorické železo bylo vysoce ceněné díky svému původu v nebesích a často se používalo kování zbraní a nástrojů.^[82] Například a dýka vyrobený z meteorického železa byl nalezen v hrobce Tutanchamon obsahující podobné podíly železa, kobaltu a niklu jako meteorit objevený v této oblasti, uložený starou meteorickou sprchou.^[83][84][85] Předměty, které Egypťané pravděpodobně vyráběli ze železa, pocházejí z let 3000 až 2500 před naším letopočtem.^[81]

Meteoritické železo je srovnatelně měkké a tažné a snadno kovaný za studena ale při zahřátí může křehnout kvůli nikl obsah.^[86]

Tepané železo

Symbol pro Mars byl používán od starověku k reprezentaci železa.

The železný sloup Dillí je příkladem metod těžby a zpracování železa rané Indie.

První výroba železa začala v Střední doba bronzová, ale trvalo několik století, než železo vytlačilo bronz. Ukázky tavené železo z Asmar, Mezopotámie a Tall Chagar Bazaar v severní Sýrii byly vyrobeny někdy mezi lety 3000 a 2700 před naším letopočtem.^[87] The Chetité založil říši na severu-centrální Anatolie kolem 1600 před naším letopočtem. Zdá se, že jako první chápou produkci železa z jeho rud a ve své společnosti si ho vysoce cení.^[88] The Chetité začaly tavit železo mezi lety 1500 a 1200 př. n.l. a tato praxe se rozšířila na zbytek Blízkého východu poté, co jejich říše padla v roce 1180 př. n.l.^[87] Následující období se nazývá Doba železná.

Artefakty taveného železa se nacházejí v Indie datovat se od 1800 k 1200 BC,^[89] a v Levant asi od roku 1500 př. n.l. Anatolie nebo Kavkaz ).^[90][91] Údajné reference (srov historie metalurgie v jižní Asii ) žehlit v indickém Védy byly použity pro tvrzení o velmi raném použití železa v Indii, respektive k dnešnímu dni texty jako takové. The rigveda období ayas (kov) pravděpodobně odkazuje na měď a bronz, zatímco železo nebo śyāma ayas, doslovně „black metal“, první je zmíněn v post-rigvedic Atharvaveda.^[92]

Některé archeologické důkazy naznačují, že se v něm tavilo železo Zimbabwe a jihovýchodní Afrika již v osmém století před naším letopočtem.^[93] Práce se železem byla představena Řecko na konci 11. století před naším letopočtem, ze kterého se rychle rozšířila po celé Evropě.^[94]

Železný srp ze starověkého Řecka.

Šíření železářství ve střední a západní Evropě je spojeno s keltský expanze. Podle Plinius starší, používání železa bylo v USA běžné římský éra.^[82] Roční produkce železa v římská říše se odhaduje na 84750 t,^[95] zatímco podobně zalidněná a moderní Han Čína vyráběla kolem 5000 t.^[96] V Číně se železo objevuje pouze kolem 700–500 před naším letopočtem.^[97] Tavení železa mohlo být do Číny zavedeno prostřednictvím Střední Asie.^[98] Nejstarší důkazy o použití a vysoká pec v Číně se datuje do 1. století našeho letopočtu,^[99] a kupolové pece byly používány již v Období válčících států (403–221 př. N. L.).^[100] Během roku 2006 bylo používání vysoké a kupolové pece velmi rozšířené Píseň a Dynastie Tchang.^[101]

Během průmyslové revoluce v Británii Henry Cort začal rafinovat železo z prasečí železo na tepané železo (nebo železná tyč) využívající inovativní výrobní systémy. V roce 1783 si dal patentovat kaluže proces pro rafinaci železné rudy. To bylo později vylepšeno ostatními, včetně Joseph Hall.^[102]

Litina

Litina byl poprvé vyroben v Čína během 5. století před naším letopočtem,^[103] ale byl až do středověku stěží v Evropě.^[104][105] Nejdříve artefakty z litiny byly objeveny archeology v dnešní moderní době Kraj Luhe, Jiangsu v Číně. Litina byla použita v starověká Čína pro válčení, zemědělství a architekturu.^[106] Během středověký období byly v Evropě nalezeny prostředky na výrobu tepaného železa z litiny (v této souvislosti známé jako prasečí železo ) použitím parní kovárny. U všech těchto procesů dřevěné uhlí bylo požadováno jako palivo.^[107]

Coalbrookdale v noci, 1801. Vysoké pece osvětlují město na výrobu železa Coalbrookdale.

Středověký vysoké pece byly asi 3 metry vysoké a byly vyrobeny z nehořlavé cihly; nucený vzduch byl obvykle zajišťován ručně ovládanými měchy.^[105] Moderní vysoké pece se mnohem zvětšily a jejich krb má průměr čtrnáct metrů, což jim umožňuje každý den vyrábět tisíce tun železa, ale v zásadě fungují stejným způsobem jako ve středověku.^[107]

V roce 1709 Abraham Darby I. založil a Kola -pálená vysoká pec na výrobu litiny, která nahrazuje dřevěné uhlí, i když nadále používá vysoké pece. Následná dostupnost levného železa byla jedním z faktorů vedoucích k Průmyslová revoluce. Na konci 18. století začala litina pro určité účely nahrazovat tepané železo, protože byla levnější. Obsah uhlíku v železa nebyl implikován jako důvod rozdílů ve vlastnostech tepaného železa, litiny a oceli až do 18. století.^[87]

Vzhledem k tomu, že se železo stalo levnějším a hojnějším, stalo se také hlavním konstrukčním materiálem po vybudování inovativního první železný most v roce 1778. Tento most dodnes stojí jako pomník roli železa, které hrálo v průmyslové revoluci. Poté se železo používalo na kolejích, lodích, lodích, vodovodech a budovách, stejně jako v železných válcích v parní stroje.^[107] Železnice byly ústředním bodem formování moderny a myšlenek pokroku^[108] a různé jazyky (např. francouzština, španělština, italština a němčina) označují železnice jako železná cesta.

Ocel

Ocel (s menším obsahem uhlíku než surové železo, ale více než kované železo) byla poprvé vyrobena ve starověku pomocí a květenství. Kováři v Luristan v západní Persii vyráběli dobrou ocel do roku 1000 před naším letopočtem.^[87] Pak vylepšené verze, Wootzova ocel Indií a Damašková ocel byly vyvinuty kolem roku 300 př. n.l. a 500 n.l. Tyto metody byly specializované, a tak se ocel stala hlavní komoditou až v padesátých letech 19. století.^[109]

Nové způsoby jeho výroby nauhličování železné tyče v cementační proces byly navrženy v 17. století. V Průmyslová revoluce, byly vyvinuty nové způsoby výroby tyčového železa bez dřevěného uhlí, které byly později použity k výrobě oceli. V pozdních 1850s, Henry Bessemer vynalezl nový způsob výroby oceli zahrnující vyfukování vzduchu roztaveným surovým železem za účelem výroby měkké oceli. Díky tomu byla ocel mnohem hospodárnější, což vedlo k tomu, že kované železo se již nevyrábí ve velkém množství.^[110]

Základy moderní chemie

V roce 1774 Antoine Lavoisier použil k výrobě reakci vodní páry s kovovým železem uvnitř železné trubice vodík ve svých experimentech vedoucích k demonstraci zachování hmoty, který pomohl změnit chemii z kvalitativní vědy na kvantitativní.^[111]

Symbolická role

"Gold gab ich für Eisen"-" Dal jsem zlato za železo ". Německo-americký brož z první světové války.

Železo hraje v mytologii určitou roli a našlo si různé využití jako metafora a v folklór. The řecký básník Hesiod je Práce a dny (řádky 109–201) uvádí různé věky člověka pojmenoval podle kovů, jako je zlato, stříbro, bronz a železo, aby vysvětlil po sobě jdoucí věky lidstva.^[112] Doba železná úzce souvisela s Římem, a to v Ovidiových Proměny

Cnosti v zoufalství opustily Zemi; a zkaženost člověka se stává univerzální a úplnou. Tvrdá ocel tehdy uspěla.

— Ovid, Proměny „Kniha I, doba železná, řádek 160 a násl

Příklad důležitosti symbolické role železa lze nalézt v Německá kampaň z roku 1813. Frederick William III uveden do provozu poté první Železný kříž jako vojenské vyznamenání. Berlínské železné šperky dosáhla svého vrcholu produkce mezi 1813 a 1815, kdy pruská královská rodina vyzval občany, aby darovali zlaté a stříbrné šperky pro vojenské účely. Nápis Gold gab ich für Eisen (I gave gold for iron) was used as well in later war efforts.^[113]

Production of metallic iron

Železný prášek

Laboratorní trasy

For a few limited purposes when it is needed, pure iron is produced in the laboratory in small quantities by reducing the pure oxide or hydroxide with hydrogen, or forming iron pentacarbonyl and heating it to 250 °C so that it decomposes to form pure iron powder.^[40] Another method is electrolysis of ferrous chloride onto an iron cathode.^[114]

Main industrial route

Nowadays, the industrial production of iron or steel consists of two main stages. In the first stage, iron ore is snížena s Kola v vysoká pec, and the molten metal is separated from gross impurities such as silicate minerals. This stage yields an alloy—prasečí železo —that contains relatively large amounts of carbon. In the second stage, the amount of carbon in the pig iron is lowered by oxidation to yield wrought iron, steel, or cast iron.^[116] Other metals can be added at this stage to form legované oceli.

17th century Chinese illustration of workers at a blast furnace, making wrought iron from pig iron^[117]

How iron was extracted in the 19th century

Blast furnace processing

The blast furnace is loaded with iron ores, usually hematit Fe
2Ó
3 nebo magnetit Fe
3Ó
4, together with coke (uhlí that has been separately baked to remove volatile components). Air pre-heated to 900 °C is blown through the mixture, in sufficient amount to turn the carbon into kysličník uhelnatý:^[116]

2 C + O₂ → 2 CO

This reaction raises the temperature to about 2000 °C The carbon monoxide reduces the iron ore to metallic iron^[116]

Fe₂Ó₃ + 3 CO → 2 Fe + 3 CO₂

Some iron in the high-temperature lower region of the furnace reacts directly with the coke:^[116]

2 Fe₂Ó₃ + 3 C → 4 Fe + 3 CO₂

A tok jako vápenec (uhličitan vápenatý ) nebo dolomit (calcium-magnesium carbonate) is also added to the furnace's load. Its purpose is to remove silicaceous minerals in the ore, which would otherwise clog the furnace. The heat of the furnace decomposes the carbonates to oxid vápenatý, which reacts with any excess oxid křemičitý vytvořit a struska složen z křemičitan vápenatý CaSiO
3 or other products. At the furnace's temperature, the metal and the slag are both molten. They collect at the bottom as two immiscible liquid layers (with the slag on top), that are then easily separated.^[116] The slag can be used as a material in silnice construction or to improve mineral-poor soils for zemědělství.^[105]

This heap of iron ore pellets will be used in steel production.

Výroba oceli

A pot of molten iron being used to make steel

In general, the pig iron produced by the blast furnace process contains up to 4–5% carbon, with small amounts of other impurities like sulfur, magnesium, phosphorus, and manganese. The high level of carbon makes it relatively weak and brittle. Reducing the amount of carbon to 0.002–2.1% by mass-produces ocel, which may be up to 1000 times harder than pure iron. A great variety of steel articles can then be made by práce za studena, válcování za tepla, kování, obrábění, etc. Removing the other impurities, instead, results in cast iron, which is used to cast articles in slévárny; for example stoves, pipes, radiators, lamp-posts, and rails.^[116]

Steel products often undergo various tepelné úpravy after they are forged to shape. Žíhání consists of heating them to 700–800 °C for several hours and then gradual cooling. It makes the steel softer and more workable.^[118]

Direct iron reduction

Owing to environmental concerns, alternative methods of processing iron have been developed. "Direct iron reduction " reduces iron ore to a ferrous lump called "sponge" iron or "direct" iron that is suitable for steelmaking.^[105] Two main reactions comprise the direct reduction process:

Natural gas is partially oxidized (with heat and a catalyst):^[105]

2 CH₄ + O.₂ → 2 CO + 4 H₂

Iron ore is then treated with these gases in a furnace, producing solid sponge iron:^[105]

Fe₂Ó₃ + CO + 2 H₂ → 2 Fe + CO₂ + 2 H₂Ó

Oxid křemičitý is removed by adding a vápenec flux as described above.^[105]

Thermite process

Ignition of a mixture of aluminium powder and iron oxide yields metallic iron via the termitová reakce:

Fe₂Ó₃ + 2 Al → 2 Fe + Al₂Ó₃

Alternatively pig iron may be made into steel (with up to about 2% carbon) or wrought iron (commercially pure iron). Various processes have been used for this, including parní kovárny, kaluže pece, Bessemerovy převaděče, otevřené pece, základní kyslíkové pece, a elektrické obloukové pece. In all cases, the objective is to oxidize some or all of the carbon, together with other impurities. On the other hand, other metals may be added to make alloy steels.^[107]

Aplikace

As structural material

Iron is the most widely used of all the metals, accounting for over 90% of worldwide metal production. Its low cost and high strength often make it the material of choice material to withstand stress or transmit forces, such as the construction of machinery and strojové nástroje, kolejnice, automobily, trupy lodí, concrete reinforcing bars, and the load-carrying framework of buildings. Since pure iron is quite soft, it is most commonly combined with alloying elements to make steel.^[119]

Mechanické vlastnosti

The mechanical properties of iron and its alloys are extremely relevant to their structural applications. Those properties can be evaluated in various ways, including the Brinell test, Rockwell test a Vickersův test tvrdosti.

The properties of pure iron are often used to calibrate measurements or to compare tests.^[121][122] However, the mechanical properties of iron are significantly affected by the sample's purity: pure, single crystals of iron are actually softer than aluminium,^[120] and the purest industrially produced iron (99.99%) has a hardness of 20–30 Brinell.^[123]

An increase in the carbon content will cause a significant increase in the hardness and tensile strength of iron. Maximum hardness of 65 R_C is achieved with a 0.6% carbon content, although the alloy has low tensile strength.^[124] Because of the softness of iron, it is much easier to work with than its heavier kongenery ruthenium a osmium.^[12]

Iron-carbon phase diagram

Types of steels and alloys

α-Iron is a fairly soft metal that can dissolve only a small concentration of carbon (no more than 0.021% by mass at 910 °C).^[125] Austenit (γ-iron) is similarly soft and metallic but can dissolve considerably more carbon (as much as 2.04% by mass at 1146 °C). This form of iron is used in the type of nerezová ocel used for making cutlery, and hospital and food-service equipment.^[16]

Commercially available iron is classified based on purity and the abundance of additives. Prasečí železo has 3.5–4.5% carbon^[126] and contains varying amounts of contaminants such as síra, silicon and fosfor. Pig iron is not a saleable product, but rather an intermediate step in the production of cast iron and steel. The reduction of contaminants in pig iron that negatively affect material properties, such as sulfur and phosphorus, yields cast iron containing 2–4% carbon, 1–6% silicon, and small amounts of mangan.^[116] Pig iron has a bod tání in the range of 1420–1470 K, which is lower than either of its two main components, and makes it the first product to be melted when carbon and iron are heated together.^[6] Its mechanical properties vary greatly and depend on the form the carbon takes in the alloy.^[12]

"White" cast irons contain their carbon in the form of cementit, or iron carbide (Fe₃C).^[12] This hard, brittle compound dominates the mechanical properties of white cast irons, rendering them hard, but unresistant to shock. The broken surface of a white cast iron is full of fine facets of the broken iron carbide, a very pale, silvery, shiny material, hence the appellation. Cooling a mixture of iron with 0.8% carbon slowly below 723 °C to room temperature results in separate, alternating layers of cementite and α-iron, which is soft and malleable and is called perlit for its appearance. Rapid cooling, on the other hand, does not allow time for this separation and creates hard and brittle martenzit. The steel can then be tempered by reheating to a temperature in between, changing the proportions of pearlite and martensite. The end product below 0.8% carbon content is a pearlite-αFe mixture, and that above 0.8% carbon content is a pearlite-cementite mixture.^[12]

v šedé železo the carbon exists as separate, fine flakes of grafit, and also renders the material brittle due to the sharp edged flakes of graphite that produce koncentrace stresu sites within the material.^[127] A newer variant of gray iron, referred to as tvárná litina, is specially treated with trace amounts of hořčík to alter the shape of graphite to spheroids, or nodules, reducing the stress concentrations and vastly increasing the toughness and strength of the material.^[127]

Tepané železo contains less than 0.25% carbon but large amounts of slag that give it a fibrous characteristic.^[126] It is a tough, malleable product, but not as fusible as pig iron. If honed to an edge, it loses it quickly. Wrought iron is characterized by the presence of fine fibers of struska entrapped within the metal. Wrought iron is more corrosion resistant than steel. It has been almost completely replaced by měkká ocel for traditional "wrought iron" products and kovářství.

Mild steel corrodes more readily than wrought iron, but is cheaper and more widely available. Uhlíková ocel contains 2.0% carbon or less,^[128] s malým množstvím mangan, síra, fosfor, and silicon. Slitinové oceli contain varying amounts of carbon as well as other metals, such as chrom, vanadium, molybden, nickel, wolfram, etc. Their alloy content raises their cost, and so they are usually only employed for specialist uses. One common alloy steel, though, is nerezová ocel. Recent developments in ferrous metallurgy have produced a growing range of microalloyed steels, also termed 'HSLA ' or high-strength, low alloy steels, containing tiny additions to produce high strengths and often spectacular toughness at minimal cost.^{[128][129][130]}

Foton koeficient útlumu hmoty na železo.

Apart from traditional applications, iron is also used for protection from ionizing radiation. Although it is lighter than another traditional protection material, Vést, it is much stronger mechanically. The attenuation of radiation as a function of energy is shown in the graph.^[131]

The main disadvantage of iron and steel is that pure iron, and most of its alloys, suffer badly from rez if not protected in some way, a cost amounting to over 1% of the world's economy.^[132] Malování, galvanizace, pasivace, plastic coating and bluing are all used to protect iron from rust by excluding voda and oxygen or by katodická ochrana. The mechanism of the rusting of iron is as follows:^[132]

Cathode: 3 O₂ + 6 hodin₂O + 12 e⁻ → 12 OH⁻

Anode: 4 Fe → 4 Fe²⁺ + 8 e⁻; 4 Fe²⁺ → 4 Fe³⁺ + 4 e⁻

Overall: 4 Fe + 3 O₂ + 6 hodin₂O → 4 Fe³⁺ + 12 OH⁻ → 4 Fe(OH)₃ or 4 FeO(OH) + 4 H₂Ó

The electrolyte is usually síran železnatý in urban areas (formed when atmospheric oxid siřičitý attacks iron), and salt particles in the atmosphere in seaside areas.^[132]

Sloučeniny železa

Although the dominant use of iron is in metallurgy, iron compounds are also pervasive in industry. Iron catalysts are traditionally used in the Proces společnosti Haber-Bosch for the production of ammonia and the Fischer-Tropschův proces for conversion of carbon monoxide to uhlovodíky for fuels and lubricants.^[133] Powdered iron in an acidic solvent was used in the Redukce Bechamp snížení nitrobenzen na anilin.^[134]

Oxid železitý smíchaný s hliník powder can be ignited to create a termitová reakce, used in welding large iron parts (like kolejnice ) and purifying ores. Iron(III) oxide and oxyhidroxide are used as reddish and ocher pigmenty.

Chlorid železitý finds use in water purification and čištění odpadních vod, in the dyeing of cloth, as a coloring agent in paints, as an additive in animal feed, and as an leptadlo pro měď při výrobě desky plošných spojů.^[135] It can also be dissolved in alcohol to form tincture of iron, which is used as a medicine to stop bleeding in kanáry.^[136]

Síran železnatý is used as a precursor to other iron compounds. Je také zvyklý snížit chromate in cement. It is used to fortify foods and treat anémie z nedostatku železa. Síran železitý is used in settling minute sewage particles in tank water. Chlorid železitý is used as a reducing flocculating agent, in the formation of iron complexes and magnetic iron oxides, and as a reducing agent in organic synthesis.^[135]

Biological and pathological role

Iron is required for life.^{[5][137][138]} The klastry železo-síra are pervasive and include dusičnan, the enzymes responsible for biological fixace dusíkem. Iron-containing proteins participate in transport, storage and used of oxygen.^[5] Iron proteins are involved in elektronový přenos.^[139]

Struktura Heme b; in the protein additional ligand (s) would be attached to Fe.

Examples of iron-containing proteins in higher organisms include hemoglobin, cytochrom (vidět high-valent iron ), a kataláza.^[5][140] The average adult human contains about 0.005% body weight of iron, or about four grams, of which three quarters is in hemoglobin – a level that remains constant despite only about one milligram of iron being absorbed each day,^[139] because the human body recycles its hemoglobin for the iron content.^[141]

Biochemie

Iron acquisition poses a problem for aerobic organisms because ferric iron is poorly soluble near neutral pH. Thus, these organisms have developed means to absorb iron as complexes, sometimes taking up ferrous iron before oxidising it back to ferric iron.^[5] In particular, bacteria have evolved very high-affinity sekvestrace agents called siderofory.^{[142][143][144]}

After uptake in human buňky, iron storage is precisely regulated.^[5][145] A major component of this regulation is the protein transferin, which binds iron ions absorbed from the duodenum and carries it in the krev to cells.^[5][146] Transferrin contains Fe³⁺ in the middle of a distorted octahedron, bonded to one nitrogen, three oxygens and a chelating uhličitan anion that traps the Fe³⁺ ion: it has such a high stability constant that it is very effective at taking up Fe³⁺ ions even from the most stable complexes. At the bone marrow, transferrin is reduced from Fe³⁺ a Fe²⁺ and stored as feritin to be incorporated into hemoglobin.^[139]

The most commonly known and studied bioinorganic iron compounds (biological iron molecules) are the hem proteiny: examples are hemoglobin, myoglobin, a cytochrom P450.^[5] These compounds participate in transporting gases, building enzymy, and transferring elektrony.^[139] Metaloproteiny are a group of proteins with metal ion kofaktory. Some examples of iron metalloproteins are feritin a rubredoxin.^[139] Many enzymes vital to life contain iron, such as kataláza,^[147] lipoxygenázy,^[148] a IRE-BP.^[149]

Hemoglobin is an oxygen carrier that occurs in červené krvinky and contributes their color, transporting oxygen in the arteries from the lungs to the muscles where it is transferred to myoglobin, which stores it until it is needed for the metabolic oxidation of glukóza, generating energy.^[5] Here the hemoglobin binds to oxid uhličitý, produced when glucose is oxidized, which is transported through the veins by hemoglobin (predominantly as hydrogenuhličitan anions) back to the lungs where it is exhaled.^[139] In hemoglobin, the iron is in one of four heme groups and has six possible coordination sites; four are occupied by nitrogen atoms in a porfyrin ring, the fifth by an imidazol nitrogen in a histidin residue of one of the protein chains attached to the heme group, and the sixth is reserved for the oxygen molecule it can reversibly bind to.^[139] When hemoglobin is not attached to oxygen (and is then called deoxyhemoglobin), the Fe²⁺ ion at the center of the heme group (in the hydrophobic protein interior) is in a high-spin configuration. It is thus too large to fit inside the porphyrin ring, which bends instead into a dome with the Fe²⁺ ion about 55 picometers above it. In this configuration, the sixth coordination site reserved for the oxygen is blocked by another histidine residue.^[139]

When deoxyhemoglobin picks up an oxygen molecule, this histidine residue moves away and returns once the oxygen is securely attached to form a vodíková vazba s tím. This results in the Fe²⁺ ion switching to a low-spin configuration, resulting in a 20% decrease in ionic radius so that now it can fit into the porphyrin ring, which becomes planar.^[139] (Additionally, this hydrogen bonding results in the tilting of the oxygen molecule, resulting in a Fe–O–O bond angle of around 120° that avoids the formation of Fe–O–Fe or Fe–O₂–Fe bridges that would lead to electron transfer, the oxidation of Fe²⁺ Fe³⁺, and the destruction of hemoglobin.) This results in a movement of all the protein chains that leads to the other subunits of hemoglobin changing shape to a form with larger oxygen affinity. Thus, when deoxyhemoglobin takes up oxygen, its affinity for more oxygen increases, and vice versa.^[139] Myoglobin, on the other hand, contains only one heme group and hence this cooperative effect cannot occur. Thus, while hemoglobin is almost saturated with oxygen in the high partial pressures of oxygen found in the lungs, its affinity for oxygen is much lower than that of myoglobin, which oxygenates even at low partial pressures of oxygen found in muscle tissue.^[139] As described by the Bohrův efekt (pojmenoval podle Christian Bohr, otec Niels Bohr ), the oxygen affinity of hemoglobin diminishes in the presence of carbon dioxide.^[139]

A heme unit of human karboxyhemoglobin, zobrazující karbonylový ligand at the apical position, trans to the histidine residue.^[150]

Kysličník uhelnatý a fluorid fosforitý are poisonous to humans because they bind to hemoglobin similarly to oxygen, but with much more strength, so that oxygen can no longer be transported throughout the body. Hemoglobin bound to carbon monoxide is known as karboxyhemoglobin. This effect also plays a minor role in the toxicity of kyanid, but there the major effect is by far its interference with the proper functioning of the electron transport protein cytochrome a.^[139] The cytochrome proteins also involve heme groups and are involved in the metabolic oxidation of glucose by oxygen. The sixth coordination site is then occupied by either another imidazole nitrogen or a methionin sulfur, so that these proteins are largely inert to oxygen – with the exception of cytochrome a, which bonds directly to oxygen and thus is very easily poisoned by cyanide.^[139] Zde dochází k přenosu elektronů, protože železo zůstává v nízké rotaci, ale mění se mezi oxidačními stavy +2 a +3. Protože redukční potenciál každého kroku je o něco větší než předchozí, energie se uvolňuje krok za krokem a lze ji tedy ukládat do adenosintrifosfát. Cytochrom a je mírně odlišný, protože se vyskytuje na mitochondriální membráně, váže se přímo na kyslík a přenáší protony i elektrony, a to následovně:^[139]

4 Cytc²⁺ + O.₂ + 8 hodin⁺
_uvnitř → 4 Cytc³⁺ + 2 H₂O + 4H⁺
_mimo

Ačkoli jsou hemové proteiny nejdůležitější třídou proteinů obsahujících železo, železo-sirné proteiny jsou také velmi důležité, protože se podílejí na přenosu elektronů, což je možné, protože železo může existovat stabilně buď v oxidačních stavech +2 nebo +3. Ty mají jeden, dva, čtyři nebo osm atomů železa, které jsou přibližně čtyřboká koordinovány se čtyřmi atomy síry; kvůli této čtyřboké koordinaci mají vždy železo s vysokou rotací. Nejjednodušší z těchto sloučenin je rubredoxin, který má pouze jeden atom železa koordinovaný se čtyřmi atomy síry z cystein zbytky v okolních peptidových řetězcích. Další důležitou třídou proteinů železo-síra je ferredoxiny, které mají více atomů železa. Transferrin nepatří do žádné z těchto tříd.^[139]

Schopnost moře mušle k udržení přilnavosti na skalách v oceánu je usnadněno jejich používáním organokovový vazby na bázi železa v jejich bílkovinách kutikuly. Na základě syntetických replik se zvýšila přítomnost železa v těchto strukturách modul pružnosti 770 krát, pevnost v tahu 58krát a houževnatost 92krát. Množství stresu potřebného k jejich trvalému poškození se zvýšilo 76krát.^[151]

Výživa

Strava

Železo je všudypřítomné, ale patří mezi ně zejména bohaté zdroje železa v potravě červené maso, ústřice, čočka, fazole, drůbež, Ryba, listová zelenina, řeřicha, tofu, cizrna, černooký hrášek, a blackstrap melasa.^[5] Chléb a cereálie k snídani jsou někdy konkrétně obohaceny železem.^[5][152]

Železo poskytl doplňky stravy se často vyskytuje jako fumarát železitý, Ačkoli síran železnatý je levnější a vstřebává se stejně dobře.^[135] Elementární železo nebo redukované železo, přestože je absorbováno pouze na jednu třetinu až dvě třetiny účinnosti (ve vztahu k síranu železnatému),^[153] se často přidává do potravin, jako jsou snídaňové cereálie nebo obohacená pšeničná mouka. Železo je tělu nejvíce dostupné, když chelátovaný na aminokyseliny^[154] a je také k dispozici pro běžné použití železný doplněk. Glycin, nejlevnější aminokyselina, se nejčastěji používá k výrobě doplňků glycinátu železa.^[155]

Dietní doporučení

Americký lékařský institut (IOM) v roce 2001 aktualizoval Odhadované průměrné požadavky (EARs) a Doporučené dietní příspěvky (RDA) na železo.^[5] Aktuální EAR pro železo pro ženy ve věku 14–18 let je 7,9 mg / den, 8,1 pro věk 19–50 let a 5,0 po něm (po menopauze). U mužů je EAR 6,0 mg / den ve věku od 19 let. RDA je 15,0 mg / den pro ženy ve věku 15–18 let, 18,0 pro 19–50 a 8,0 poté. U mužů 8,0 mg / den ve věku od 19 let. RDA jsou vyšší než EAR, aby bylo možné určit částky, které pokryjí lidi s nadprůměrnými požadavky. RDA pro těhotenství je 27 mg / den a pro laktaci 9 mg / den.^[5] Pro děti ve věku 1–3 roky 7 mg / den, 10 ve věku 4–8 let a 8 ve věku 9–13 let. Pokud jde o bezpečnost, nastavuje také IOM Přípustná horní úroveň příjmu (UL) pro vitamíny a minerály, pokud jsou dostatečné důkazy. V případě železa je UL stanovena na 45 mg / den. Souhrnně se EAR, RDA a UL označují jako Referenční dietní příjem.^[156]

The Evropský úřad pro bezpečnost potravin (EFSA) označuje kolektivní soubor informací jako dietní referenční hodnoty, s referenčním příjmem populace (PRI) místo RDA a průměrným požadavkem místo EAR. AI a UL jsou definovány stejně jako ve Spojených státech. U žen je PRI 13 mg / den ve věku 15–17 let, 16 mg / den u žen ve věku od 18 let, které jsou před menopauzou a 11 mg / den po menopauze. Pro těhotenství a kojení 16 mg / den. U mužů je PRI 11 mg / den ve věku od 15 let. U dětí ve věku od 1 do 14 let se PRI zvyšuje ze 7 na 11 mg / den. Hodnoty PRI jsou vyšší než americké RDA, s výjimkou těhotenství.^[157] EFSA přezkoumala stejnou bezpečnostní otázku a nestanovila UL.^[158]

Kojenci mohou vyžadovat doplňky železa, pokud jsou kravským mlékem krmeným z lahve.^[159] Časté dárci krve jsou vystaveni riziku nízké hladiny železa a často se jim doporučuje doplňovat příjem železa.^[160]

Pro účely amerického označování potravin a doplňků stravy je množství v porci vyjádřeno jako procento denní hodnoty (% DV). Pro účely označování železem bylo 100% denní hodnoty 18 mg a k 27. květnu 2016^{[Aktualizace]} zůstala nezměněna na 18 mg.^[161][162] Soulad s aktualizovanými předpisy o označování byl vyžadován do 1. ledna 2020 u výrobců s ročním prodejem potravin 10 milionů USD a více a do 1. ledna 2021 u výrobců s ročním prodejem potravin méně než 10 milionů USD.^{[163][164][165]} Během prvních šesti měsíců následujících po datu souladu s 1. lednem 2020 plánuje FDA spolupracovat s výrobci na splnění nových požadavků na označení Nutrition Facts a během této doby se nebude soustředit na donucovací opatření týkající se těchto požadavků.^[163] Tabulka starých a nových denních hodnot pro dospělé je k dispozici na Referenční denní příjem.

Nedostatek

Nejběžnější je nedostatek železa nedostatek výživy ve světě.^{[5][166][167][168]} Pokud ztráta železa není adekvátně kompenzována dostatečným příjmem železa ve stravě, stav latentní nedostatek železa dochází, což v průběhu času vede k anémie z nedostatku železa pokud se neléčí, což se vyznačuje nedostatečným počtem červených krvinek a nedostatečným množstvím hemoglobinu.^[169] Děti, před menopauzou ženy (ženy v plodném věku) a lidé se špatnou stravou jsou nejvíce náchylní k této nemoci. Většina případů anémie s nedostatkem železa je mírná, ale pokud se neléčí, může způsobit problémy, jako je rychlý nebo nepravidelný srdeční rytmus, komplikace během těhotenství a opožděný růst u kojenců a dětí.^[170]

Přebytek

Příjem železa je přísně regulováno lidským tělem, které nemá regulované fyziologické prostředky k vylučování železa. Pouze malé množství železa se denně ztrácí v důsledku odlupování buněk sliznic a kožního epitelu, takže kontroly hladin železa se dosáhne především regulací absorpce.^[171] Regulace absorpce železa je u některých lidí narušena v důsledku a genetická vada který se mapuje na oblast genu HLA-H na chromozom 6 a vede k neobvykle nízkým hladinám hepcidin, klíčový regulátor vstupu železa do oběhového systému u savců.^[172] U těchto lidí může mít za následek nadměrný příjem železa poruchy přetížení železem, lékařsky známý jako hemochromatóza.^[5] Mnoho lidí má nediagnostikovanou genetickou náchylnost k přetížení železem a neví o rodinné anamnéze problému. Z tohoto důvodu by lidé neměli brát doplňky železa, pokud na ně netrpí nedostatek železa a konzultovali s lékařem. Odhaduje se, že hemochromatóza je příčinou 0,3 až 0,8% všech metabolických onemocnění bělochů.^[173]

Předávkování požitým železem může způsobit nadměrné hladiny volného železa v krvi. Vysoké hladiny volného železného železa reagují s peroxidy produkovat vysoce reaktivní volné radikály které mohou poškodit DNA, bílkoviny, lipidy a další buněčné komponenty. Toxicita železa nastává, když buňka obsahuje volné železo, ke kterému obvykle dochází, když hladina železa překročí dostupnost transferin svázat železo. Poškození buněk gastrointestinální trakt může jim také bránit v regulaci absorpce železa, což vede k dalšímu zvýšení hladiny v krvi. Železo obvykle poškozuje buňky v srdce, játra a jinde, což způsobuje nepříznivé účinky, které zahrnují kóma, metabolická acidóza, šokovat, selhání jater, koagulopatie, syndrom respirační tísně dospělých, dlouhodobé poškození orgánů a dokonce smrt.^[174] Lidé zažijí toxicitu železa, když železo překročí 20 miligramů na každý kilogram tělesné hmotnosti; 60 miligramů na kilogram se považuje za smrtelná dávka.^[175] Nadměrná konzumace železa, často důsledkem toho, že děti konzumují velké množství síran železnatý tablety určené k dospělé spotřebě, je jednou z nejčastějších toxikologických příčin úmrtí u dětí do šesti let.^[175] The Referenční dietní příjem (DRI) nastavuje tolerovatelnou horní úroveň příjmu (UL) pro dospělé na 45 mg / den. U dětí do čtrnácti let je UL 40 mg / den.^[176]

Lékařská léčba toxicity železa je komplikovaná a může zahrnovat použití specifické chelátování zavolal agent deferoxamin vázat a vyloučit přebytečné železo z těla.^{[174][177][178]}

Rakovina

Role železa v obraně proti rakovině může být popsána jako „meč s dvojitým ostřím“ kvůli jeho všudypřítomné přítomnosti v nepatologických procesech.^[179] Lidé mají chemoterapie může vyvinout nedostatek železa a anémie, pro který intravenózní terapie železem se používá k obnovení hladiny železa.^[180] Přetížení železem, ke kterému může dojít při vysoké spotřebě červeného masa,^[5] může zahájit nádor růst a zvýšení náchylnosti k nástupu rakoviny,^[180] zejména pro kolorektální karcinom.^[5]

Viz také

• El Mutún v Bolívii, kde se nachází 10% světové železné rudy
• Nanočástice železa
• Železo-platinové nanočástice
• Hnojení železem - navrhované hnojení oceánů ke stimulaci fytoplankton růst
• Bakterie oxidující železo
• Seznam zemí podle výroby železa
• Peletizace - proces výroby pelet ze železné rudy
• Nerezové železo
• Ocel
• Cyklus železa

Reference

Bibliografie

Další čtení

externí odkazy

• Je to Elemental - železo
• Žehlička na Periodická tabulka videí (University of Nottingham)
• Metalurgie pro nekovové
• Žehlička J.B.Calvert