Das chemische Element Eisen gehört zu den Übergangsmetallen. Es ist seit dem Altertum bekannt. Sein Entdecker und Entdeckungsdatum sind unbekannt.
Datenbereich
| Klassifizierung: | Eisen ist ein Übergangsmetall |
| Farbe: | silbrig-grau |
| Atomgewicht: | 55.847 |
| Zustand: | fest |
| Schmelzpunkt: | 1535.1 oC, 1808.2 K |
| Siedepunkt: | 2750 oC, 3023 K |
| Elektronen: | 26 |
| Protonen: | 26 |
| Neutronen im reichlichsten Isotop: | 30 |
| Elektronenschalen: | 2,8,14,2 |
| Elektronenkonfiguration: | 3d6 4s2 |
| Dichte @ 20oC: | 7.87 g/cm3 |
Mehr anzeigen, darunter: Wärme, Energie, Oxidation,
Reaktionen, Verbindungen, Radien, Leitfähigkeiten
| Atomvolumen: | 7,1 cm3/mol |
| Struktur: | bcc: kubisch-raumzentriert |
| Härte: | 4,0 mohs |
| Spezifische Wärmekapazität | 0,44 J g-1 K-1 |
| Schmelzwärme | 13.80 kJ mol-1 |
| Zerstäubungswärme | 415 kJ mol-1 |
| Verdampfungswärme | 349.60 kJ mol-1 |
| erste Ionisierungsenergie | 759,3 kJ mol-1 |
| zweite Ionisierungsenergie | 1561.1 kJ mol-1 |
| 3. Ionisierungsenergie | 2957.3 kJ mol-1 |
| Elektronenaffinität | 15.7 kJ mol-1 |
| Mindestoxidationszahl | -2 |
| Min. gemeinsame Oxidationszahl | 0 |
| Maximale Oxidationszahl | 6 |
| Max. gemeinsame Oxidationszahl | 3 |
| Elektronegativität (Pauling-Skala) | 1.9 |
| Polarisierbarkeit Volumen | 8.4 Å3 |
| Reaktion mit Luft | mild, ⇒ Fe3O4 |
| Reaktion mit 15 M HNO3 | passiviert |
| Reaktion mit 6 M HCl | heftig, ⇒ H2, FeCl2 |
| Reaktion mit 6 M NaOH | – |
| Oxid(e) | FeO, Fe2O3 (Hämatit), Fe3O4 (Magnetit) |
| Hydrid(e) | keine |
| Chlorid(e) | FeCl2, FeCl3 |
| Atomradius | 140 pm |
| Elektronenradius (1+ Ion) | – |
| Ionischer Radius (2+ Ion) | 77 pm |
| Ionischer Radius (3+ Ion) | 63 pm |
| Ionischer Radius (1- Ion) | – |
| Ionenradius (2- Ion) | – |
| Ionenradius (3- Ion) | – |
| Wärmeleitfähigkeit | 80.4 W m-1 K-1 |
| Elektrische Leitfähigkeit | 11,2 x 106 S m-1 |
| Gefrier-/Schmelzpunkt: | 1535.1 oC, 1808.2 K |
Rote Blutkörperchen – die Farbe kommt vom Eisen im Hämoglobin. Die Zellen sind 10.000-fach vergrößert. Wenn man sie 10.000-fach vergrößern würde, könnte man seine Füße in Seattle aufstellen und Perth, Australien, mit den Händen berühren. Das Eisen im Hämoglobin transportiert den Sauerstoff in unserem Körper. Bild Ref. (10)
Nahaufnahme eines Eisenmeteoriten: Meteoriten wie dieser waren wahrscheinlich die erste Quelle für Eisen für unsere Vorfahren. Dies ist ein Fragment des Sikhote-Alin-Meteoriten – etwa 93% Eisen, 6% Nickel und 1% andere Elemente. Die Oberfläche des Meteoriten wurde während seines Flugs durch die Atmosphäre unseres Planeten in Form eines Daumenabdrucks geschmolzen. Foto von Carl Allen, NASA JSC Photo S94-43472.
Eisen- und Stahlschrott für das Recycling. Wie sich die Zeiten geändert haben; Eisen war einst achtmal mehr wert als Gold.
Entdeckung des Eisens
Eisen ist seit der Antike bekannt.
Das erste vom Menschen genutzte Eisen stammt wahrscheinlich aus Meteoriten.
Die meisten Objekte, die aus dem Weltraum auf die Erde fallen, sind steinig, aber ein kleiner Teil, wie der abgebildete, sind „Eisenmeteoriten“ mit einem Eisengehalt von über 90 Prozent.
Eisen korrodiert leicht, daher sind Eisenartefakte aus der Antike viel seltener als Objekte aus Silber oder Gold. Das macht es schwieriger, die Geschichte des Eisens nachzuvollziehen als die der weniger reaktiven Metalle.
Artefakte aus Meteoriten-Eisen wurden gefunden, die auf etwa 5000 v. Chr. datiert wurden (und damit etwa 7000 Jahre alt sind) – zum Beispiel Eisenperlen in Gräbern in Ägypten. (1)
In Mesopotamien (Irak) gibt es Hinweise darauf, dass die Menschen um 5000 v. Chr. Eisen verhütteten.
In Ägypten und Mesopotamien wurden Artefakte aus geschmolzenem Eisen aus der Zeit um 3000 v. Chr. gefunden. (1), (2), (3)
Zu dieser Zeit war Eisen ein zeremonielles Metall; es war zu teuer, um im Alltag verwendet zu werden. Aus assyrischen Schriften geht hervor, dass Eisen achtmal wertvoller war als Gold. (1)
Die Eisenzeit begann etwa 1300-1200 v. Chr., als Eisen billig genug wurde, um Bronze zu ersetzen.
Die Hinzufügung von Kohlenstoff zu Eisen, um Stahl zu erzeugen, war anfangs wahrscheinlich zufällig – ein Zusammentreffen von geschmolzenem Eisen und Holzkohle aus dem Schmelzfeuer. Dies geschah wahrscheinlich um 1000 v. Chr. (4)
Bis dahin gab es nur wenige technologische Gründe dafür, dass die Bronzezeit der Eisenzeit den Rang ablief; die Techniken der Verbesserung des Eisens durch Hinzufügen von Kohlenstoff (zur Herstellung von Stahl) und der Kaltbearbeitung waren erforderlich, bevor das Eisen der Bronze vollständig vorgezogen wurde. (5)
Eisen wurde in der Römerzeit häufig verwendet. Im ersten Jahrhundert sagte Plinius der Ältere: „Mit Hilfe des Eisens bauen wir Häuser, spalten Felsen und verrichten so viele andere nützliche Dinge des Lebens.“ (6)
Der Ursprung des chemischen Symbols Fe stammt von dem lateinischen Wort „ferrum“, das Eisen bedeutet. Das Wort Eisen selbst kommt aus dem Angelsächsischen von ‚iren‘.
Interessante Fakten über Eisen
- Ein Drittel der Masse der Erde besteht vermutlich aus Eisen, das meiste davon tief im Inneren des Planeten, im Kern.
- Die Erde hat genug Eisen, um drei neue Planeten zu bilden, jeder mit der gleichen Masse wie der Mars.
- Es wird angenommen, dass die Zirkulation von flüssigem Eisen tief im Erdinneren die elektrischen Ströme erzeugt, die das Magnetfeld unseres Planeten aufbauen.
- Eisen ist für die Entwicklung des menschlichen Gehirns unerlässlich. Eisenmangel bei Kindern führt u.a. zu einer Beeinträchtigung der Lernfähigkeit. (7)
- Im Altertum wussten die Menschen nicht, wie reichlich Eisen auf der Erde vorhanden war. Ihre einzige Quelle für metallisches Eisen waren Meteoriten. Aus assyrischen Schriften erfahren wir, dass Eisen achtmal wertvoller war als Gold. Neben seiner Seltenheit war Eisen vielleicht auch deshalb so begehrt, weil es vom Himmel kam und als Geschenk der Götter galt: Die alten Ägypter nannten es ba-ne-pe“, was so viel wie Metall des Himmels“ bedeutet. Die Verbindung mit dem Himmel wird durch die Pyramidentexte unterstrichen, die z. B. wie folgt übersetzt werden: „Meine Knochen sind Eisen und meine Glieder sind die unvergänglichen Sterne. (8) (9)
- Eisen war das erste magnetische Metall, das entdeckt wurde. Lodestones wurden von den antiken Seefahrern verwendet, weil sie als Kompass verwendet werden konnten und den magnetischen Nordpol anzeigten; dies wurde von dem antiken griechischen Philosophen Thales von Milet im Jahr 600 v. Chr. beschrieben. Lodestones wurden aus Magnetit, einem natürlich vorkommenden Eisenoxid, hergestellt. Die Formel von Magnetit lautet FeO.Fe2O3.
- Einige Tiere haben einen sechsten Sinn – den Magnetsinn. Magnetit wurde bei einer Vielzahl von Tieren gefunden, darunter Honigbienen, Brieftauben und Delfine. Diese Tiere reagieren empfindlich auf das Magnetfeld der Erde, was ihnen hilft, sich zurechtzufinden.
- Der Hoba-Meteorit in Namibia ist mit einem Gewicht von über 60 Tonnen das größte natürlich vorkommende Eisenstück der Welt. Er besteht aus 82 – 83 % Eisen, 16 – 17 % Nickel, etwa 1 % Kobalt und sehr geringen Spuren anderer Elemente. Der Hoba-Meteorit ist der größte jemals gefundene Einzelmeteorit.
- Eisen ist ferromagnetisch. Ferromagnetismus ist die stärkste Form des Magnetismus. Andere häufige ferromagnetische Metalle sind Nickel und Kobalt.
- Sehr starke Magnete können aus Eisen, Nickel oder Kobalt in Verbindung mit Seltenerdmetallen hergestellt werden. NIB-Magnete (Neodym – Eisen – Bor) wurden in den frühen 1980er Jahren erfunden. Es handelt sich um eine Legierung mit den Proportionen Nd2Fe14B. Sie werden in Computern, Handys, medizinischen Geräten, Spielzeug, Motoren, Windturbinen und Audiosystemen verwendet.
Aussehen und Eigenschaften
Schädliche Auswirkungen:
Eisen gilt als ungiftig.
Eigenschaften:
Eisen ist ein duktiles, graues, relativ weiches Metall und ein mäßig guter Wärme- und Elektrizitätsleiter.
Es wird von Magneten angezogen und kann leicht magnetisiert werden.
Das reine Metall ist chemisch sehr reaktionsfreudig und rostet leicht an feuchter Luft, wobei sich rotbraune Oxide bilden.
Es gibt drei allotrope Formen von Eisen, die als alpha, gamma und delta bekannt sind.
Alpha-Eisen, auch Ferrit genannt, ist bei normalen Temperaturen die stabilste Form des Eisens.
Verwendung von Eisen
Eisen ist das billigste und wichtigste aller Metalle – wichtig in dem Sinne, dass Eisen das am häufigsten verwendete Metall ist und 95 Prozent der weltweiten Metallproduktion ausmacht.
Eisen wird zur Herstellung von Stahl und anderen Legierungen verwendet, die im Baugewerbe und in der verarbeitenden Industrie wichtig sind.
Eisen ist auch für das Funktionieren lebender Organismen lebenswichtig, da es über das Hämoglobinmolekül den Sauerstoff im Blut transportiert.
Häufigkeit und Isotope
Häufigkeit Erdkruste: 5,6 % Gewicht, 2,1 % nach Molen
Häufigkeit Sonnensystem: 1000 Teile pro Million nach Gewicht, 30 Teile pro Million nach Molen
Kosten, rein: $7,2 pro 100g
Kosten, lose: $0,02 pro 100g
Quelle: Eisen kommt in der Natur nicht frei vor, sondern ist in Eisenerzen wie Hämatit (Fe2O3), Magnetit (Fe3O4) und Takonit enthalten. Kommerziell wird Eisen in einem Ofen bei Temperaturen von etwa 2000 oC durch die Reduktion von Hämatit oder Magnetit mit Kohlenstoff hergestellt.
Isotope: Eisen hat 24 Isotope, deren Halbwertszeiten bekannt sind, mit den Massenzahlen 46 bis 69. Natürlich vorkommendes Eisen ist ein Gemisch aus vier Isotopen, die in den angegebenen Anteilen vorkommen: 54Fe (5,8%), 56Fe (91,8%), 57Fe (2,1%) und 58Fe (0,3%).
- Henry Maryon, Early Near Eastern Steel Swords., 65, 1961, American Journal of Archaeology p1.
- Michael D. Fenton, Mineral Commodity Profiles – Iron and Steel., 2005, U.S. Geological Survey.
- R. J. Forbes, Studies in Ancient Technology, IX, 1965, S. 247.
- Michael Woods, Mary B. Woods, Ancient Machines: From Wedges to Waterwheels, 2000, p30, Runestone Press.
- Vincent C. Pigott, The Archaeometallurgy of the Asian Old World, 1999, p28, UPenn Museum of Archaeology.
- Mary Elvira Weeks, Discovery of the Elements, 2003, p5, Kessinger Publishing.
- http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17101454.
- John G. Burke, Cosmic Debris: Meteorites in History, 1986, p229, University of California Press.
- Robert G. Bauval, Untersuchung über die Ursprünge des Benbensteins. 14, 1989, Discussions in Egyptology.
- Bild: CDC
Diese Seite zitieren
Für die Online-Verknüpfung kopieren Sie bitte eine der folgenden Möglichkeiten:
<a href="https://www.chemicool.com/elements/iron.html">Iron</a>
oder
<a href="https://www.chemicool.com/elements/iron.html">Iron Element Facts</a>
Um diese Seite in einem akademischen Dokument zu zitieren, verwenden Sie bitte die folgende MLA-konforme Zitierweise:
"Iron." Chemicool Periodic Table. Chemicool.com. 06 Oct. 2012. Web. <https://www.chemicool.com/elements/iron.html>.