Eisen
Was genau ist Eisen? Einen Steckbrief zu Eisen, seine Eigenschaften und Verwendung zeigen wir dir in diesem Beitrag. Hier geht es direkt zu unserem kurzen Video !
Inhaltsübersicht
Eisen Steckbrief
Eisen ist ein natürlich vorkommendes Element mit dem Elementsymbol Fe und der Ordnungszahl 26. Du findest das Element mit der Atommasse von 55,845 u in der 8. Nebengruppe. Daher zählst du Eisen zur Stoffgruppe der Metalle.
Das chemische Element ist nicht radioaktiv und befindet sich bei Raumtemperatur in einem festen Aggregatzustand.
| Eisen Steckbrief | |
| chemische Eigenschaften | |
| Summenformel | Fe |
| Ordnungszahl | 26 |
| Gruppe | Eisengruppe (8. Nebengruppe) |
| Periode | 4 |
| Serie | Übergangsmetalle |
| Aussehen | metallisch-silbern |
| Atommasse | 55,845 u |
| Elektronenkonfiguration |
[Ar] 3d64s2 |
| Oxidationsstufen | +2, +3 |
|
Ionisierungsenergie |
762,5 kJ/mol |
| Physikalische Eigenschaften | |
| Dichte | 7,874 g/cm3 |
| Schmelzpunkt | 1.538 °C |
| Siedepunkt |
3.000 °C |
| Magnetismus | ferromagnetisch |
| elektrische Leitfähigkeit | elektrisch leitend |
| Elektronegativität | 1,83 (Pauling-Skala) |
| Aggregatzustand | bei Raumtemperatur fest |
| Aggregatzustand im Normalzustand | fest |
| Dichte | 7,86 g/cm3 |
Physikalische Eigenschaften
Eisen weist die typischen metallischen Eigenschaften auf. Reines Eisen findest du als silberglänzendes, relativ weiches Metall vor. Das ist der Grund, weshalb das Metall biegsam ist.
Die Schmelztemperatur von Eisen beträgt 1.538 °C der Siedepunkt 3.000 °C. Besonders ist, dass Eisen bei einer Temperatur unter 768 °C ferromagnetische Eigenschaften hat: Sie treten nur auf, wenn sich das Eisen in einem Magnetfeld befindet. Bei einem höheren Anteil an Kohlenstoff im Eisen wird es hingegen zu einem Permanentmagneten. Das heißt, das Eisen kann dauerhaft magnetisch sein.
Chemische Eigenschaften
Die Ionisierungsenergie von Eisen ist mit 762,5 kJ/mol hoch, was bedeutet, dass sich Eisen leicht ionisieren lässt. Die häufigsten Oxidationsstufen, die du für das Übergangsmetall findest, sind +2 und +3.
Nach der Pauling-Skala hat Eisen eine Elektronegativität von 1,83. Im Vergleich zu Chlor (2,83) und Brom (2,74) kann es also weniger effektiv Bindungselektronen an sich ziehen.
Eisen gehört zu den unedlen Metallen. Wenn du das Metall an feuchter Luft lässt, wirst du eine Veränderung in der Struktur und Farbe feststellen. Bei diesem Vorgang sprichst du von Korrosion.
Es bildet sich ein brauner Überzug auf dem Metall. Das kennst du auch als Rost. Um Korrosion zu verhindern, findest du häufig Eisenteile mit Schutzüberzügen (Farbanstriche oder metallische Überzüge).
Darüber hinaus reagiert Eisen mit verdünnten Säuren unter Bildung von Wasserstoff. Wenn du Eisen hingegen mit konzentrierten Säuren versetzt, wird das Eisen passiviert und ist dann beständig.
Merke: Unter Passivierung verstehst du die Erzeugung einer nichtmetallischen Schutzschicht auf einem metallischen Werkstoff. Dadurch wird die Korrosion des Grundwerkstoffes verhindert oder stark verlangsamt.
Eisen ist eines der sieben Metalle im Altertum. Bereits vor 3.000 v. Chr. gab es erste Hinweise für deren Verarbeitung. Mit dem Beginn der Eisenzeit um 1.500 v. Chr. wurden erste Eisentechnologien in Kleinasien entwickelt, wobei Eisen als ein sehr teures Material galt.
Zur Herstellung von Eisen in hohem Maßstab wurden zunächst Schachtöfen verwendet, der als Vorläufer des heutigen Hochofenprozesses gilt. Durch seine Härte findet Eisen in den meisten Bereichen Anwendung, wodurch neue Verfahren entwickelt wurden.
Vorkommen von Eisen
Eisen ist das vierthäufigste Element der Erdkruste. Außerdem besteht der Erdkern wahrscheinlich hauptsächlich aus Eisen. Auf der Erdoberfläche findest du hingegen kein reines Eisen. Es kommt dort als Eisenerz in Form von Oxiden, Carbonaten oder Sulfiden vor.
Damit du Eisenerze als abbauwürdig bezeichnen kannst, müssen die Erze allerdings mindestens 20 % Eisenanteil aufweisen. Hierzu zählst du beispielsweise Eisenkies (FeS2), Siderit (FeCO3) und Magnetit (Fe3O4). Die größten Eisenerzvorkommen liegen in Brasilien. Aber auch in Russland, USA, Kanada, Schweden, Frankreich, Indien und China gibt es Eisenerz.
Im menschlichen Körper:
Eisen gehört zudem zu den wichtigsten Spurenelementen im menschlichen Körper: Die wichtigste Funktion von Eisen ist dabei das Binden von Sauerstoff im roten Blutfarbstoffe Hämoglobin, um den Sauerstoff zu transportieren. Darüber hinaus ist Eisen in verschiedenen Enzymen und in der Muskulatur (Myoglobin) chemisch gebunden.
Schon gewusst: Da dein Körper Eisen benötigt, ist hierbei bei deiner Ernährung folgende Regel zu beachten: Der tägliche Bedarf eines Erwachsenen an Eisen liegt bei 10-15 mg. Zu den Lebensmittel mit hohen Eisen-Gehalt gehören Leberwurst, Rindfleisch, Salami, Pistazien und Spinat.
Gewinnung von Eisen
Um Eisen zu gewinnen, muss zunächst einmal das Eisenerz vom Gestein getrennt werden: Das Eisenerz enthält nämlich keinen nutzbaren Rohstoff. Zur Eisengewinnung eignen sich nur oxidische Erze, weshalb Eisensulfide und Carbonate in Oxide überführt werden müssen. Diesen Prozess nennst du auch Rösten.
Im Hochofenprozess werden die Eisenoxide dann mithilfe von Kohlenstoffmonoxid reduziert und zu Roheisen umgewandelt.
Im Roheisen sind noch zahlreiche Verunreinigungen, die die Eigenschaften des Eisens beeinflussen.
So bewirkt ein hoher Kohlenstoffanteil beispielsweise, dass das Roheisen nicht schmiedbar und sehr spröde ist. Um ungewollte Eigenschaften zu vermeiden, wird daher der größte Teil des Roheisens zu Stahl weiter verarbeitet.
Eisen Verwendung
Chemisch reines Eisen besitzt im Gegensatz zu kohlenstoffhaltigem Eisen nur eine untergeordnete technische Bedeutung: Du findest Eisen als Katalysator beim Haber-Bosch-Verfahren . Der größte Teil des produzierten Eisens ist hingegen Bestandteil von Stahl und Gusseisen. Stahl bzw. Gusseisen kommen als Baumaterial für Landfahrzeuge, Schiffe und im gesamten Baubereich zum Einsatz.
Je nach Reinheit und Verwendung unterscheidest du zwischen folgenden Formen von Eisen:
- Roheisen enthält 4 – 5 % Kohlenstoff sowie unterschiedliche Anteile an Schwefel, Phosphor und Silicium. Es ist ein Zwischenprodukt in der Herstellung von Gusseisen und Stahl.
- Gusseisen enthält über 2,06 % Kohlenstoff und weitere Legierungselemente, unter anderem Silicium und Mangan, die die Gießbarkeit verbessern. Gusseisen ist sehr hart und spröde, weshalb es sich gewöhnlich nicht plastisch verformen (schmieden) lässt.
- Stahl enthält maximal 2,06 % Kohlenstoff und ist daher schmiedbar. Durch Legieren sowie thermischer Behandlung und plastischer Formung werden die mechanischen Eigenschaften des Stahls verändert.
Aufgrund der ferromagnetischen Eigenschaft findet Eisen auch in der Elektrotechnik Anwendung. So werden schwere Eisenkerne in Transformatoren eingebaut, um das Magnetfeld zu verstärken und zu bündeln.
Eisen Verbindungen
In seinen chemischen Verbindungen findest du Eisen hauptsächlich in den Oxidationsstufen +2 (z. B. Eisen(II)-chlorid), +3 (z. B. Eisen(III)-fluorid) und +6 (z. B. Bariumferrat(VI)) vor. Allerdings existieren auch Verbindungen mit den Oxidationsstufen -2, -1 und 0 (z. B. Eisenpentacarbonyl) sowie +1, +4 und +5. Die Oxidationsstufen +7 und +8 sind hingegen unbekannt.
Eisen bildet mit Sauerstoff zweiwertige und dreiwertige Oxide. Die Salze des Eisens sind zweiwertig und dreiwertig:
- Aus Eisen und elementarem Chlor entsteht Eisen(III)-chlorid:
2 Fe + 3 Cl2 → 2 FeCl3
- Eisen(III)-oxid entsteht durch die Zersetzung von Eisenoxid-Hydroxid unter zusätzlicher Bildung von Wasser:
2 FeO(OH) → Fe2O3 + H2O
- Die Reaktion von Eisen mit Schwefelsäure ergibt Eisen(II)-sulfat:
Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2
- Hämoglobin: roter Farbstoff des menschlichen Blutes – Transport von Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid
Eisen Zusammenfassung
- Eisen ist ein natürlich vorkommendes chemisches Element mit dem Elementsymbol Fe und der Ordnungszahl 26.
- Das unedle Metall korrodiert an feuchter Luft, wodurch Rost entsteht.
- Die wichtigsten Eisenverbindungen liegen in Form von Oxiden, Carbonaten oder Sulfiden vor.
- Eisen gehört zu den wichtigsten Gebrauchsmetallen. Die Anwendung erstreckt sich von Pfannen aus Gusseisen bis zu den Transformatoren in der Elektrotechnik.
Im Vergleich zu Eisen hat Kupfer andere Reaktivitäten und Eigenschaften, obwohl es auch ein Übergangsmetall ist. Mehr über Kupfer, dessen Eigenschaften und Verwendung zeigen wir dir in unserem Video dazu!
