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Zeile 1: − + − + − + − | colspan="2" |+ − {| align="center"+ − + − | align="center" | [[Mangan]] – '''Eisen ''' – [[Kobalt]]+ − + − + − + − {{Periodensystem}}+ − + − + − + − <div id="text1" style="font-size:20px; font-weight:bold; position:absolute; top:11px; left:155px;">Fe</div>+ − <div id="box2" style="border:solid 1px black; position:absolute; top:30px; left:168px; width:7px; height:9px; overflow:hidden;" />+ − </div>+ − <div align="right"><small>[[Periodensystem]]</small></div>+ − + − + − ! colspan="2" bgcolor="#F08080" | Allgemein+ − + − + − + − + − + − + − + − + − + − + − | metallisch glänzend<br />mit einem gräulichen Farbton+ − + − + − + − + − |-+ − + − + − + − + − | [[Kovalenter Radius]] || 125 pm+ − + − | [[van der Waals-Radius]] || -+ − + − + − + − + − | [[Elektronen]] pro [[Energieniveau]]+ − + − + − + − + − + − + − + − + − + − + − + − + − ! colspan="2" style="background-color:#f08080;" | Physikalisch+ − |-+ − | [[Aggregatzustand]]+ − | fest+ − + − + − + − + − + − + − + − + − + − + − + − + − + − + − + − | 7,09 · 10<sup>-6</sup> [[Kubikmeter pro Mol|m<sup>3</sup>/mol]]+ − + − + − + − + − + − + − + − + − + − + − |-+ − + − | 452 [[Joule pro Kilogramm und Kelvin|J/(kg · K)]]+ − + − + − + − | [[Wärmeleitfähigkeit]]+ − | 80,2 [[Watt pro Meter und Kelvin|W/(m · K)]]+ − |-+ − ! colspan="2" style="background-color:#f08080;" | Chemisch+ − |-+ − | [[Oxidationszahl|Oxidationszustände]]+ − | 2, '''3,''' 4, 6+ − |-+ − | [[Oxide]] ([[Basizität]])+ − | (amphoter)+ − |-+ − | [[Normalpotential]] || -0,447 [[Volt (Einheit)|V]] (Fe<sup>2+</sup> + 2e<sup>-</sup> → Fe)+ − |-+ − | [[Elektronegativität]] || 1,83 ([[Pauling-Skala]])+ − |-+ − ! colspan="2" style="background-color:#f08080;" | Isotope+ − |-+ − | colspan="2" |+ − {| width="100%" cellspacing="0" cellpadding="2" border="1" style="background-color:#f9f9f9;border:1px #aaa solid;border-collapse:collapse;"+ − ! [[Isotop]]+ − ! [[Natürliche Häufigkeit|NH]]+ − ! [[Halbwertszeit|t<sub>1/2</sub>]]+ − ! [[Radioaktivität|ZM]]+ − ! [[Zerfallsenergie|ZE]] [[Mega|M]][[Elektronenvolt|eV]]+ − ! [[Zerfallsprodukt|ZP]]+ − |-+ − | <sup>52</sup>Fe+ − | [[Synthetisches Radioisotop|{syn.}]]+ − | 8,275 [[Stunde|h]]+ − | [[Elektronen-Einfang|ε]]+ − | 2,372+ − | [[Mangan|<sup>52</sup>Mn]]+ − |-+ − | <sup>53</sup>Fe+ − | [[Synthetisches Radioisotop|{syn.}]]+ − | 8,51 [[Minute|min]]+ − | [[Elektronen-Einfang|ε]]+ − | 3,743+ − | [[Mangan|<sup>53</sup>Mn]]+ − |-+ − | <sup>54</sup>Fe || 5,8 %+ − | colspan="4" | Fe ist [[Stabiles Isotop|stabil]] mit 28 [[Neutron]]en+ − |-+ − | <sup>55</sup>Fe+ − | [[Synthetisches Radioisotop|{syn.}]]+ − | 2,73 [[Jahr|a]]+ − | [[Elektronen-Einfang|ε]]+ − | 0,231+ − | [[Mangan|<sup>55</sup>Mn]]+ − |-+ − | <sup>56</sup>Fe || 91,72 %+ − | colspan="4" | Fe ist [[Stabiles Isotop|stabil]] mit 30 [[Neutron]]en+ − |- − | <sup>57</sup>Fe || 2,2 % − | colspan="4" | Fe ist [[Stabiles Isotop|stabil]] mit 31 [[Neutron]]en − |- − | <sup>58</sup>Fe || 0,28 % − | colspan="4" | Fe ist [[Stabiles Isotop|stabil]] mit 32 [[Neutron]]en − |- − |- − | <sup>59</sup>Fe − | [[Synthetisches Radioisotop|{syn.}]] − | 44,503 [[Tag|d]] − | [[Betastrahlung|β<sup>-</sup>]] − | 1,565 − | [[Kobalt|<sup>59</sup>Co]] − |- − | <sup>60</sup>Fe − | [[Synthetisches Radioisotop|{syn.}]] − | 1,5 · 10<sup>6</sup> a − | [[Betastrahlung|β<sup>-</sup>]] − | 3,978 − | [[Kobalt|<sup>60</sup>Co]] − |} − |- − ! colspan="2" style="background-color:#f08080;" | NMR-Eigenschaften − |- − | colspan="2" | − {| width="100%" cellspacing="0" cellpadding="2" border="1" style="background-color:#f9f9f9;border:1px #aaa solid;border-collapse:collapse;" − ! − ! <sup>57</sup>Fe − |- − | [[Kernspin]] || 1/2 − |- − | gamma/[[Rad (Physik)|rad]]/[[Tesla (Einheit)|T]] − | 8,643 · 10<sup>6</sup> − |- − | Empfindlichkeit || 3,37 · 10<sup>-5</sup> − |- − | [[Larmorfrequenz]] bei ''B'' = 4,7 [[Tesla (Einheit)|T]] − | 6,46 [[Mega|M]][[Hertz (Einheit)|Hz]] − |} − |- − ! colspan="2" style="background-color:#f08080;" | <small>Soweit möglich und gebräuchlich, werden [[SI-Einheitensystem|SI-Einheiten]] verwendet.<br />Wenn nicht anders vermerkt,<br />gelten die angegebenen Daten bei [[Standardbedingungen]].</small> − |} − − '''Eisen''' ([[Mittelhochdeutsch|mhd.]] ''isen''; vergleichbar mit [[Keltische Sprache|kelt.]] ''isara'' „kräftig“, got. ''eisarn'' und ''aiz'', lat. ''aes'' „[[Erz]]“; das Wort scheint Germanen und Kelten gemeinsam gewesen zu sein, die Abstammung von einer gemeinsamen idg. Wurzel ist jedoch nicht sicher geklärt) ist ein [[chemisches Element]] im [[Periodensystem]] der Elemente mit Symbol Fe (lat. ''ferrum,'' Eisen) und Ordnungszahl 26. Es ist ein [[Metall]] der 4. Periode in der 8. Nebengruppe im Periodensystem. − == Eigenschaften == − [[Bild:Eisen_1.jpg|thumb|left|ein Stück hochreines Eisen mit 99,97%iger Reinheit]] − [[Bild:EZ_Fe_bcc.jpg|thumb|left|Kubisch raumzentrierte Elementarzelle eines Eisenkristalls]] − − Das durchschnittliche Eisen-[[Atom]] hat etwa die 56-fache Masse eines − [[Wasserstoff]]-Atoms. Der [[Atomkern]] des Eisenisotops <sup>56</sup>Fe weist einen der größten [[Massendefekt]]e und damit eine der höchsten Bindungsenergien pro [[Nukleon]] aller Atomkerne auf. Deshalb wird es als Endstufe bei der Energieerzeugung durch [[Kernfusion]] in den Sternen betrachtet. − − Bei Raumtemperatur ist die [[Allotropie|allotrope]] Modifikation des reinen Eisens das [[Ferrit]] oder α-Eisen. Diese Modifikation weist ein [[Kubisches Gitter|kubisch raumzentriertes]] [[Kristallgitter]] auf, das unterhalb 911 °C vorliegt. Unterhalb des [[Curiepunkt]]s bei 766 °C ist das Ferrit [[Ferromagnetismus|ferromagnetisch]]. − Die Modifikation zwischen 766 °C und 911 °C heißt β-Eisen. Da sie sich außer in den magnetischen Eigenschaften nicht vom Ferrit α-Eisen unterscheidet, wird sie gewöhnlich auch als α-Eisen bezeichnet. − Bis 1392 °C liegt es in der kubisch flächenzentrierten γ-Modifikation oder [[Austenit]] vor. Bei weiter steigender Temperatur wandelt das Eisen in δ-Ferrit um, das wieder ein kubisch raumzentriertes Gitter aufweist. Der Schmelzpunkt liegt bei 1535 °C. − − Diese Eigenschaft der Umwandlung des Gitters von [[Kubisches Gitter#Kubisch-Raumzentriertes Gitter|kubisch-raumzentriert]] (bis 911 °C) über [[Kubisches Gitter#Kubisch-Flächenzentriertes Gitter|kubisch-flächenzentriert]] (bis 1392 °C) zu [[Kubisches Gitter#Kubisch-Raumzentriertes Gitter|kubisch-raumzentriert]] (bis 1539 °C) sowie des anschließenden Zerfalls der Gitterstrukturen nennt man auch die „[[Modifikation (Chemie)|Polymorphie]] des Eisens“. − − Eisen ist beständig an trockener Luft, in trockenem Chlor sowie in konzentrierter Schwefelsäure, konzentrierter Salpetersäure und basischen Agenzien (außer heißer Natronlauge) mit einem pH-Wert größer als 9. − − == Isotope == − Eisen hat vier natürlich vorkommende, stabile [[Isotop]]e, mit den relativen − Häufigkeiten: <sup>54</sup>Fe (5,8 %), <sup>56</sup>Fe (91,7 %), − <sup>57</sup>Fe (2,2 %) und <sup>58</sup>Fe (0,3 %). Das Isotop <sup>60</sup>Fe hat eine [[Halbwertszeit]] von 1,5 Millionen Jahren. Die Existenz von <sup>60</sup>Fe zu Beginn der Entstehung des Planetensystems konnte durch den Nachweis einer Korrelation zwischen den Häufigkeiten von <sup>60</sup>[[Nickel|Ni]], dem Zerfallsprodukt von <sup>60</sup>Fe, und den Häufigkeiten der stabilen Fe-Isotope in einigen Phasen mancher [[Meteorit]]en (beispielsweise in den Meteoriten ''Semarkona'' und ''Chervony Kut'') nachgewiesen werden. − Möglicherweise spielte die freigesetzte Energie beim radioaktiven Zerfall von <sup>60</sup>Fe, neben der atomaren Zerfallsenergie des ebenfalls vorhandenen radioaktiven <sup>26</sup>[[Aluminium|Al]], eine Rolle beim Aufschmelzen und der Differenzierung der [[Asteroid]]en direkt nach ihrer Bildung vor etwa 4,6 Milliarden Jahren. − Heute ist fast alles damals ursprünglich vorhanden gewesene <sup>60</sup>Fe vollständig in <sup>60</sup>Ni zerfallen. Die Verteilung von Nickel- und Eisenisotopen in Meteoriten erlaubt es, die Isotopen- und Elementehäufigkeit bei der Bildung des [[Sonnensystem]]s zu messen und die vor und während der Bildug des Sonnensystems vorherrschenden Bedingungen zu erschließen. − − Nur das Eisenisotop <sup>57</sup>Fe besitzt einen [[Kernspin]]. − − === Eisen als Mineral === − Sehr selten kann Eisen auch [[gediegen]] auftreten. Das [[Mineral]] kristallisiert dann im kubischen [[Kristallsystem]], hat eine [[Härte]] von 4,5 und eine stahlgraue bis schwarze Farbe. Auch die Strichfarbe ist grau. − − Wegen der Reaktion mit [[Wasser]] und [[Sauerstoff]] (Rosten) ist gediegenes Eisen nicht stabil. Es tritt daher in [[Legierung]] mit [[Nickel]] nur in [[Eisenmeteorit]]en auf, sowie in [[Basalt]]en, in denen es manchmal zu einer [[Reduktion]] von eisenhaltigen Mineralen kommt. − Eisenerze findet man dagegen vergleichsweise häufig, wichtige Beispiele sind [[Magneteisenstein]], [[Magnetit]] (Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>), [[Roteisenstein]], [[Hämatit]] (Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>), [[Brauneisenstein]] − (Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>·n H<sub>2</sub>O), [[Siderit]] (FeCO<sub>3</sub>), [[Magnetkies]] − (FeS) und [[Pyrit]] (Eisenkies) (FeS<sub>2</sub>). − − == Verbindungen == − − === Wertigkeiten und Oxidationsstufen === − * Fe<sup>1+</sup>, äußerst ungewöhnlich, z.B. als Fe[(H<sub>2</sub>0)<sub>5</sub>NO]<sup>2+</sup>. (Ringprobe, Nachweis von NO<sub>3</sub><sup>-</sup>) − * Fe<sup>2+</sup>, diese Salze sind zumeist blassgrün, − * Fe<sup>3+</sup>, diese Salze sind zumeist intensiv orange. Ihre Farbigkeit in wässriger Lösung ist durch die Bildung von Aqua-Komplexen ([[Komplexchemie]]) zu erklären [Fe(H<sub>2</sub>O)<sub>6</sub>]<sup>3+</sup>, die je nach pH-Wert Wasser-Liganden gegen OH<sup>-</sup>-Liganden austauschen. Durch die Wasserliganden erhält man eine [[Ligandenfeld]]aufspaltung, mit den [[Hydroxidion]]en einen Chargetransfer ([[Charge-Transfer-Komplexe]]). − * Fe<sup>4+</sup>, kommt in den Katalysezyklen einiger Enzyme vor (zum Beispiel [[Cytochrom c Oxidase]], [[Cytochrom P450]], [[Peroxidase]]n), − * Fe<sup>6+</sup>, ist selten (beispielsweise K<sub>2</sub>FeO<sub>4</sub>). − − === Oxide === − Eisen bildet mit Sauerstoff zweiwertige und dreiwertige Oxide: − * '''[[Eisen(III)-oxid]]''' (Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>) ist eine braune Substanz. Es entsteht durch Oxidation von Eisen im Sauerstoffüberschuss. + − * '''[[Eisen(II)-oxid]]''' (FeO) entsteht beim direkten Verbrennen von Eisen, z. B. mit dem Schneidbrenner. Es ist schwarz und bei Umgebungstemperatur nicht stabil. − * '''[[Eisen(II,III)-oxid]]''' (Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>) entsteht durch Umwandlung von FeO. − − Da diese Oxide keine feste Schutzschicht bilden, oxidiert ein der Atmosphäre ausgesetzter Eisenkörper vollständig. Wenn sie vor dem endgültigen Verrosten eingesammelt und dem Recycling zugeführt werden, sind verrostetes Eisen und verrosteter Stahl bei der Stahlproduktion im Elektro-Schmelzofen ein begehrter und wertvoller Sauerstoffträger. Dieser Sauerstoff im Eisenschrott wirkt beim „Stahlkochen“ als Oxidationsmittel, um ungewünschte qualitätsmindernde Beimengungen (z. B. Leichtmetalle) zu oxidieren (verbrennen). − − − Eisen bildet zweiwertige und dreiwertige Salze: − − * '''[[Eisen(II)-chlorid]]''' (FeCl<sub>2</sub>) wird angewendet zur [[Sulfidfällung]], [[Faulgas]]entschwefelung, [[Biogas #Reinigen und Aufbereitung von Biogas|Biogasentschwefelung]] und [[Phosphatelimination]]; dazu gehört die [[Simultanfällung]]. − * '''[[Eisensulfat|Eisen(II)-sulfat]]''' (FeSO<sub>4</sub>) wird wegen seiner Farbe auch [[Grünsalz]] genannt. Anwendungen wie beim [[Eisen(II)-chlorid]], sowie [[Chromatreduktion]] bei getrocknetem [[Eisensulfat|Eisen(II)-sulfat]]. − − * [[Eisen(III)-chlorid]] (FeCl<sub>3</sub>) kann [[Kupfer]] oxidieren und lösen; deshalb kann man wässrige Eisen(III)-chlorid-Lösungen zum schonenden Ätzen von [[Leiterplatte]]n verwenden. Reaktionsformel: − :Cu + 2 FeCl<sub>3</sub> = CuCl<sub>2</sub> + 2 FeCl<sub>2</sub> − − * [[Eisen(III)-chloridsulfat]] (FeClSO<sub>4</sub>) − − Alle Eisensalze werden unter anderem verwendet als [[Flockungsmittel]] und zur [[Phosphatelimination]], dazu gehört die [[Vorfällung]], [[Simultanfällung]], [[Fällungsreaktion #Anwendung von Fällungsreaktionen|Nachfällung]] und [[Fällungsreaktion #Anwendung von Fällungsreaktionen|Flockenfiltration]] sowie [[Sulfidfällung]], [[Faulgas]]entschwefelung, [[Biogas #Reinigen und Aufbereitung von Biogas|Biogasentschwefelung]] − − === weitere Eisenverbindungen === − − Einzelne Eisenverbindungen: − * Fe<sub>3</sub>C, Eisencarbid, − * Fe(CO)<sub>5</sub>, [[Eisencarbonyl]], Eisenpentacarbonyl, IPC (I für iron), entsteht unter Druck aus Eisen und [[Kohlenmonoxid]] und bildet nach seiner Zersetzung neben Kohlenmonoxid ein besonders reines Eisenpulver, das Carbonyleisen. Eine weitere Variante von Eisencarbonyl ist Fe<sub>2</sub>(CO)<sub>9</sub>. − * Fe(SCN)<sub>3</sub>, Eisen(III)-[[thiocyanat]], Eisen[[rhodanid]], hat eine sehr ergiebige blutrote Färbung, dient zum Nachweis von Fe<sup>3+</sup>-Ionen. − − == [[Eisenzeit|Geschichte]] == − Der älteste menschliche Gebrauch von Eisen stammt aus [[Sumer]] und [[Ägypten]], etwa 4000 v. Chr. Es handelte sich um gediegenes Eisen von [[Meteorit]]en, und wurde zur Dekoration oder als Speerspitze benutzt.+ − Zwischen 3000 und 2000 v. Chr. findet man verhüttetes Eisen (vom Meteoriteisen durch die Abwesenheit von Nickel unterscheidbar) in [[Mesopotamien]], [[Anatolien]] und Ägypten. Es scheint nur zeremoniell genutzt worden zu sein und war wertvoller als Gold. Möglicherweise entstand es in Form von [[Schwammeisen]] als Nebenprodukt der [[Bronze]]herstellung.+ − + − + − + − + − + − + − + − + − Eisen ist zusammen mit Nickel vermutlich der Hauptbestandteil des [[Erdkern]]s. Vermutlich angetrieben von thermischen Kräften, erzeugen Konvektionsströmungen von flüssigem Eisen im äußeren Kern das [[Erdmagnetfeld]]. − Mit einem Anteil von fünf Prozent ist Eisen aber auch eines der häufigsten Elemente der − [[Erdkruste]]. Die ersten Vorkommen, die abgebaut wurden, waren [[Raseneisenstein]] und offenliegende Erze. Heute wird vor allem 40-prozentiges Magneteisenerz abgebaut. Das wichtigste Mineral zur Eisengewinnung ist [[Hämatit]], welches größtenteils aus Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> besteht. Die größten Eisenerzvorkommen finden sich in den so genannten ''Banded Iron Formations'' (BIF, gebändertes Eisenerz oder [[Bändererz]]), die auch als Takonit oder Itabirit bezeichnet werden. − Eisen ist das zehnthäufigste Element im [[Universum]]. Die [[Kernfusion|Fusion]] von Elementen in [[Stern]]en endet beim Eisen, da bei der Fusion von höheren Elementen keine Energie mehr frei wird, sondern Energie verbraucht wird. Schwerere Elemente entstehen endotherm bei [[Supernova]]explosionen, die auch für das Verstreuen der im Stern entstandenen Materie verantwortlich sind.+ − == Gewinnung und Darstellung ==+ − − Eisenerz wird im [[Tagebau]] und im Tiefbau ([[Untertagebau]]) gewonnen. Dort, wo die als abbauwürdig erkannten Eisenerzlagerstätten offen zutage treten, kann das Erz im weniger aufwändigen Tagebau gewonnen werden. Heute wird Eisenerz hauptsächlich in Südamerika, bes. [[Brasilien]], im Westen [[Australien]]s, in der [[Volksrepublik China]], in Ost-Europa (beispielsweise [[Ukraine]]) und [[Kanada]] auf diese Weise abgebaut. − Diese Länder verdrängten in den letzten Jahren die ursprünglich bedeutendsten Eisenerz-Förderländer wie [[Frankreich]], [[Schweden]] oder [[Deutschland]], dessen letzte Eisenerzgrube in der Oberpfalz 1987 geschlossen wurde+ − Riesige Erz-Abbaugebiete wie die [[Ok Tedi-Mine]] in [[Papua-Neuguinea]] beeinträchtigen nicht nur den Regenwald stellenweise, sondern durch die ungeklärte Einleitung von Abwässern und Schlämmen in Flüsse+ − teilweise auch diejenige Bevölkerung, die vom Flußwasser Gebrauch macht. Jedoch ist die Anzahl an Menschen, die durch die Mine in dem bitterarmen Land ihren Lebensunterhalt verdienen und oft sogar ihre Existenz verdanken, viel größer.+ − Nur selten gelangt das Eisenerz vom Bergwerk kommend unmittelbar zu den Lagerplätzen der [[Eisenhütte|Hütten]]. Meist müssen erst weite Transportwege auf dem Landweg und auf dem Seeweg, mit mehrfachem Umladen, zurückgelegt werden.+ + + − Vor der weiteren Verarbeitung wird das Erz schließlich zerkleinert und gemahlen. Danach werden die Erzkörner nach ihrer Größe sortiert und gesintert. Das heißt, es werden kleine Erzkörner gemeinsam mit Kalkzuschlagsstoffen auf mit Gas unterfeuerten motorisch angetriebenen Wanderrosten (Rost-Förderband) aufgelegt und durch starke Erhitzung „zusammengebacken“, denn nur in dieser Form als gesinterte grobe Brocken ist der Einsatz im Hochofen möglich, da das feine Erz die Luftzufuhr (Wind) sehr beeinträchtigen, bzw. verhindern würde.+ − + + − Das Eisen wird durch chemische Reduktion mit Kohlenstoff im [[Hochofen]] gewonnen. Dabei wird es etwa 2.000 °C heiß. Als erstes wird [[Koks]] in den Hochofen zugegeben, wo es mit dem [[Sauerstoff]] der Einblasluft zu [[Kohlenmonoxid]] reagiert. Bei den hohen Temperaturen entsteht vorwiegend Kohlenmonoxid und nicht Kohlendioxid. Das Kohlenmonoxid reagiert mit dem Eisenoxid und wird als Gichtgas abgezogen. In den unteren heißen Zonen reagiert aber auch der Kohlenstoff direkt mit dem Eisenerz.+ + + + − Von der hohen Reaktionstemperatur und der Schmelzpunktsenkung durch die Aufnahme von Kohlenstoff wird das entstehende Eisen flüssig.+ − Jedoch enthält es noch Verunreinigungen in Form von [[Siliciumdioxid]].+ − Durch die Zugabe von [[Kalkstein]] wird das Siliciumdioxid als Schlacke abgesondert. Ein erster Reaktionsschritt wandelt den Kalk in [[Calciumoxid|Calciummonoxid]] um. Daraufhin reagiert das Calciummonoxid mit dem Siliziumdioxid. Die entstehende Schlacke wurde früher als Dünger gebraucht, heute findet sie im Tiefbau Verwendung. − == Die größten Roheisenproduzenten ==+ − Weltweit wurden im Jahre 2000 etwa 1 Mrd. Tonnen [[Eisenerz]] abgebaut, mit einem Wert von etwa 25 Mrd. Euro. Die bedeutendsten Eisenerzlieferanten sind [[Brasilien]], [[Australien]], die [[Volksrepublik China]], [[Russland]] und [[Indien]]. Zusammen liefern sie etwa 70 % des Weltbedarfs. Aus den 1.000 Mt Erz wurden etwa 572 Mt Eisen gewonnen. Zusätzlich wird aus Schrott noch neues Eisen gewonnen. − Das bei weitem bedeutendste Herstellerland für [[Roheisen]] ist [[China]], gefolgt von [[Japan]] und der [[Russische Föderation|Russischen Föderation]]. In [[Europa]] sind die wichtigsten Produzenten [[Ukraine]] und [[Deutschland]].+ − + − − − + − + − + − + − + − + − + − + − + − + − + − + − + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + − + − + − + − + − + − + + + − + − + − Im Meer ist Eisen ein ständiges Mangelelement, unter dem das marine Leben sehr zu leiden hat. Das experimentelle künstliche Ausbringen von Eisen an einigen Orten im Meer hatte sofort eine Algenblüte und eine Blüte des Zooplanktons zur Folge und eine hohe Aktivität des Lebens in diesen Bereichen.+ + − Infizierende Bakterien nutzen oft Eisen, so dass ein Abwehrmechanismus des Körpers das „Verbergen“ von Eisen ist.+ − − == Duft des Eisens == − Der seltsame, aber typische, als metallisch klassifizierte Geruch, wenn man Eisengegenstände berührt, entsteht durch eine chemische Reaktion von Stoffen des Schweisses und des Fetts der Haut mit zweiwertigen Eisenionen (neue Untersuchungen von D. Glindemann, A. Dietrich, H.-J. Staerk und P. Kuschk "Die zwei Gerüche des Eisens bei Berührung und unter Säureeinwirkung - (Haut)[[Carbonyl]]verbindungen und Organo[[phosphine]]", Angewandte Chemie 118 (2006) 7163 - 7166). − − Eine der wichtigsten Duftträger ist 1-Octen-3-on [[Bild:octen3on.png|200px|Strukturformel von 1-Octen-3-on]], das noch in grosser Verdünnung pilzartig-metallisch riecht. Vorstufe der Geruchsstoffe sind Lipidperoxide. Diese entstehen, wenn Hautfett durch bestimmte [[Enzyme]] oder andere Prozesse (z. B. UV-Anteil des Lichts) oxidiert werden. Diese Lipidperoxide werden dann durch die zweiwertigen Eisenionen zersetzt wobei die Duftstoffe gebildet werden. Die zweiwertigen Eisenionen entstehen durch [[Korrosion]] des Eisens bei Berührung mit dem Hand[[schweiss]] (enthält korrosive organische Säuren und Chlorid). Zeile 382:
Zeile 330: − + Zeile 388:
Zeile 336: − + − + − + − + − + − + + + + + + + + + + + + + + + − === Eisennachweise mit Hexacyanoferraten ===+ − [[Bild:Kaliumhexacyanoferrat(II).JPG|200px|right|thumb|Kaliumhexacyanoferrat(II)]] − Die <math>\mathrm{Fe^{2\operatorname{+}}}</math>-Ionen lassen sich mit [[Rotes Blutlaugensalz|rotem Blutlaugensalz]] nachweisen: − <math>\mathrm{3\,Fe^{2\operatorname{+}} + 2\,K_3\left[Fe(CN)_6\right]_{(aq)} \longrightarrow Fe_3\left[Fe(CN)_6\right]_2 + 6\,K^{\operatorname{+}}}</math> − − <math>\mathrm{Fe^{3\operatorname{+}}}</math>-Ionen lassen sich mit [[Gelbes Blutlaugensalz|gelbem Blutlaugensalz]] nachweisen: − <math>\mathrm{4\,Fe^{3\operatorname{+}} + 3\,K_4[Fe(CN)_6]_{(aq)} \longrightarrow Fe_4[Fe(CN)_6]_3 + 12\,K^{\operatorname{+}}}</math> − Bei dieser Nachweisreaktion entsteht [[Berliner Blau]], ein wichtiger Farbstoff. − Die Fe<sup>2+</sup>- beziehungsweise Fe<sup>3+</sup>-Ionen können also als lösliches, beziehungsweise unlösliches [[Berliner Blau|Berliner- /Turnbulls Blau]] mit Hilfe von [[Kaliumhexacyanoferrat]]-(II/III) (bei 2+ III benutzen und bei 3+ II benutzen) nachgewiesen werden.+ − Berliner Blau und Turnbulls Blau sind eigentlich nur zwei Namen für die selbe Verbindung, sie haben die selbe Struktur. Dies lässt sich leicht verstehen wenn man weiß, dass die blaue Farbe von Metall -Metall Charge-Transfer herrührt. Dabei geht Fe(III) in Fe(II) über und F(II) in Fe(III).+ − Es ist bemerkenswert, dass dieses bekannte Eisennachweisreagenz selbst Eisen enthält, welches durch die Cyanidionen chemisch gut maskiert wird ([[Innerorbitalkomplex]]) und somit Grenzen der Analytik aufzeigt.+ − + − + − + + + + + − + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + − + − + − + + + + + + − + Zeile 433:
Zeile 434: − + − *[http://chemlab.pc.maricopa.edu/periodic/Fr.html Eisen Isotope] − [[Kategorie:Chemisches Element]]+ − [[Kategorie:Gruppe-8-Element]]+ − [[Kategorie:Periode-4-Element]] − [[Kategorie:Übergangsmetall]] − [[Kategorie:Mineral]] − [[Kategorie:Schwermetall]] − [[Kategorie:Eisen]] − [[Kategorie:Koenzym/Kofaktor]] − {{Link FA|af}}+ − {{Link FA|eo}}+ − {{Link FA|pt}} − {{Link FA|ru}} − [[af:Yster]]+ − [[als:Eisen]]+ − [[ar:حديد]] − [[ast:Fierro]] − [[be:Жалеза]] − [[bg:Желязо]] − [[br:Houarn]] − [[ca:Ferro]] − [[co:Ferru]] − [[cs:Železo]] − [[cy:Haearn]] − [[da:Jern]] − [[el:Σίδηρος]] − [[en:Iron]] − [[eo:Fero]] − [[es:Hierro]] − [[et:Raud]] − [[eu:Burdin]] − [[fa:آهن]] − [[fi:Rauta]] − [[fr:Fer]] − [[gd:Iarann]] − [[gl:Fe (elemento)]] − [[he:ברזל]] − [[hr:Željezo]] − [[hu:Vas]] − [[hy:Երկաթ]] − [[ia:Ferro]] − [[id:Besi]] − [[io:Fero]] − [[is:Járn]] − [[it:Ferro]] − [[ja:鉄]] − [[jbo:tirse]] − [[ko:철]] − [[ku:Hesin]] − [[la:Ferrum]] − [[lb:Eisen]] − [[li:Iezer]] − [[lt:Geležis]] − [[lv:Dzelzs]] − [[mi:Rino]] − [[mk:Железо]] − [[ms:Besi]] − [[mt:Ħadid]] − [[nds:Iesen]] − [[nl:IJzer (element)]] − [[nn:Jern]] − [[no:Jern]] − [[nrm:Fé]] − [[oc:Fèrre]] − [[pl:Żelazo (pierwiastek)]] − [[pt:Ferro]] − [[qu:Chuki]] − [[ro:Fier]] − [[ru:Железо]] − [[sco:Airn]] − [[sh:Željezo]] − [[simple:Iron]] − [[sk:Železo]] − [[sl:Železo]] − [[sq:Hekuri]] − [[sr:Гвожђе]] − [[sv:Järn]] − [[ta:இரும்பு]] − [[tg:Оҳан]] − [[th:เหล็ก]] − [[tr:Demir]] − [[ug:تۆمۈر]] − [[uk:Залізо]] − [[uz:Temir]] − [[vi:Sắt]] − [[zh:铁]] − [[zh-min-nan:Fe (goân-sò͘)]] −
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{{Infobox Chemisches Element
! colspan="2" style="background-color:#f08080;" | <font size="+1">Eigenschaften</font>
<!--- Periodensystem --->
|-
| Name=Eisen
| Symbol= Fe
| Ordnungszahl= 26
|
| Serie= [[Wikipedia:Übergangsmetalle|Übergangsmetalle]]
| Gruppe = 8
|-
| Periode = 4
| '''Fe'''<br />[[Ruthenium|Ru]] <br /> <br />
| Block= d
| <div id="table" style="position:relative;">
| Serienfarbe= LightCoral
<!--- Allgemein --->
<div id="text0" style="font-size:12px; font-weight:normal; position:absolute; top:11px; left:27px;">[Ar]3d<sup>6</sup>4s<sup>2</sup></div>
| Aussehen =metallisch glänzend mit<br/>einem gräulichen Farbton
<div id="text2" style="font-size:10px; position:absolute; top:5px; left:140px;">56</div>
| Massenanteil= 4,7
<div id="text3" style="font-size:10px; position:absolute; top:15px; left:140px;">26</div>
<!--- Atomar --->
| Atommasse= 55,845
| Atomradius= 140
| AtomradiusBerechnet= 156
| KovalenterRadius= 125
|}
| VanDerWaalsRadius= ?
|-
| Elektronenkonfiguration= <nowiki>[</nowiki>[[Wikipedia:Argon|Ar]]<nowiki>]</nowiki> 3d<sup>6</sup>4s<sup>2</sup>
| ElektronenProEnergieNiveau= 2, 8, 14, 2
|-
| Austrittsarbeit= 4,31 − 4,5
| [[Chemisches Element#Alphabetische Liste chemischer Elemente|Name]], [[Atomsymbol|Symbol]], [[Ordnungszahl]]
| Ionisierungsenergie_1= 762,5
| Eisen, Fe, 26
| Ionisierungsenergie_2= 1561,9
|-
| Ionisierungsenergie_3= 2957
| [[Serie des Periodensystems|Serie]] || [[Übergangsmetalle]]
| Ionisierungsenergie_4= 5290
|-
<!--- Physikalisch --->
| [[Gruppe des Periodensystems|Gruppe]], [[Periode des Periodensystems|Periode]], [[Block des Periodensystems|Block]]
| Aggregatzustand= fest
| [[Gruppe-8-Element|8 (VIIIB)]], [[Periode-4-Element|4]], [[D-Block|d]]
| Modifikationen=
|-
| Kristallstruktur= kubisch raumzentriert
| [[Farbe|Aussehen]]
| Netzebenenabstand bei Raumtemperatur_A= 2,86
| Dichte= 7,874 g/cm<sup>3</sup>
|-
| RefTempDichte_K=
| Massenanteil an der [[Erdhülle]] || 4,7 %
| Mohshärte= 4,0
|-
| Magnetismus= ferromagnetisch
! colspan="2" style="background-color:#f08080;" | Atomar
| Schmelzpunkt_K= 1808
| Schmelzpunkt_C= 1535
| [[Atommasse]] || 55,845 u
| Siedepunkt_K= 3023
|-
| Siedepunkt_C= 2750
| [[Atomradius]] (berechnet) || 140 (156) [[Picometer|pm]]
| MolaresVolumen= 7,09 · 10<sup>−6</sup>
|-
| Verdampfungswärme= 349,6
| Schmelzwärme= 13,8
|-
| Dampfdruck= 7,05
| RefTempDampfdruck_K= 1808
|-
| Schallgeschwindigkeit= ~5900 ([[Wikipedia:Longitudinalwelle|long.]]), ~3200 ([[Wikipedia:Transversalwelle|trans.]])<br/>
| [[Elektronenkonfiguration]]
| RefTempSchallgeschwindigkeit_K= 293,15
| <nowiki>[</nowiki>[[Argon|Ar]]<nowiki>]</nowiki>3d<sup>6</sup>4s<sup>2</sup>
| SpezifischeWärmekapazität= 452
|-
| ElektrischeLeitfähigkeit= 9,93 · 10<sup>6</sup>
| RefTempElektrischeLeitfähigkeit_K=
| 2, 8, 14, 2
| Wärmeleitfähigkeit= 80,2
|-
| RefTempWärmeleitfähigkeit_K=
| [[Austrittsarbeit]] || 4,31–4,5 [[Elektronenvolt|eV]]
<!--- Chemisch --->
|-
| Oxidationszustände= 2, '''3''', 4, 6
| 1. [[Ionisierungsenergie]] || 762,5 [[Kilojoule pro Mol|kJ/mol]]
| Oxide=
|-
| Basizität= amphoter
| 2. Ionisierungsenergie || 1561,9 kJ/mol
| Normalpotential= −0,447 V (Fe<sup>2+</sup> + 2e<sup>−</sup> → Fe)
|-
| Elektronegativität= 1,83
| 3. Ionisierungsenergie || 2957 kJ/mol
| RL 67/548/EWG = Nein
|-
| Gefahrensymbole = {{Gefahrensymbole|F}} (Pulver)
| 4. Ionisierungsenergie || 5290 kJ/mol
| R = {{R-Sätze|11}} (Pulver)<ref name="carl-roth-SDB">[http://www.carl-roth.de/jsp/de-de/sdpdf/3718.PDF Sicherheitsdatenblatt(Carl Roth)] Dies gilt nur für Pulver, kompaktes Eisen ist ohne Gefahrensymbole/R-/S-Sätze</ref>
|-
| S = {{S-Sätze|53|45|60|61}} (Pulver)<ref name="carl-roth-SDB"/>
| Radioaktiv =
<!--- Isotope --->
| Isotope=
{{Vorlage:Infobox Chemisches Element/Isotop
|-
| AnzahlZerfallstypen=1
| [[Modifikation (Chemie)|Modifikationen]] || -
| Symbol= Fe
|-
| Massenzahl= 52
| [[Kristallstruktur]] || kubisch raumzentriert
| NH= 0
|-
| Halbwertszeit= 8,275 [[Wikipedia:Stunde|h]]
| [[Dichte]] ([[Mohshärte]])
| Zerfallstyp1ZM= [[Wikipedia:Elektronen-Einfang|ε]]
| 7,874 [[Kilogramm pro Kubikmeter|kg/m<sup>3</sup>]] (4,0)
| Zerfallstyp1ZE= 2,372
|-
| Zerfallstyp1ZP= [[Wikipedia:Mangan|<sup>52</sup>Mn]]
| [[Magnetismus]] || [[Magnetismus|ferromagnetisch]]
}}
|-
{{Vorlage:Infobox Chemisches Element/Isotop
| [[Schmelzpunkt]] || 1808 [[Kelvin|K]] (1535 [[Grad Celsius|°C]])
| AnzahlZerfallstypen=1
|-
| Symbol=Fe
| [[Siedepunkt]] || 3023 K (2750 °C)
| Massenzahl= 53
|-
| NH= 0
| [[Molares Volumen]]
| Halbwertszeit= 8,51 [[Wikipedia:Minute|min]]
| Zerfallstyp1ZM= [[Wikipedia:Elektronen-Einfang|ε]]
|-
| Zerfallstyp1ZE= 3,743
| [[Verdampfungswärme]] || 349,6 kJ/mol
| Zerfallstyp1ZP= [[Wikipedia:Mangan|<sup>53</sup>Mn]]
|-
}}
| [[Schmelzwärme]] || 13,8 kJ/mol
{{Vorlage:Infobox Chemisches Element/Isotop
|-
| Symbol= Fe
| [[Dampfdruck]]
| OZ = 26
| 7,05 [[Pascal (Einheit)|Pa]] bei 1808 K
| Massenzahl= 54
|-
| NH= 5,8
| [[Schallgeschwindigkeit]]<br />[[Longitudinalwelle]]:<br />[[Transversalwelle]]:
}}
| bei 293,15 K = 20 °C:<br />~5900 [[Meter pro Sekunde|m/s]]<br />~3200 [[Meter pro Sekunde|m/s]]
{{Vorlage:Infobox Chemisches Element/Isotop
| AnzahlZerfallstypen= 1
| [[Spezifische Wärmekapazität]]
| Massenzahl= 55
| Symbol= Fe
|-
| NH= 0
| [[Elektrische Leitfähigkeit]] || 9,93 · 10<sup>6</sup> [[Siemens (Einheit)|S]]/m
| Halbwertszeit= 2,73 [[Wikipedia:Jahr|a]]
|-
| Zerfallstyp1ZM= [[Wikipedia:Elektronen-Einfang|ε]]
| Zerfallstyp1ZE= 0,231
| Zerfallstyp1ZP= [[Wikipedia:Mangan|<sup>55</sup>Mn]]
}}
{{Vorlage:Infobox Chemisches Element/Isotop
| Symbol= Fe
| OZ = 26
| Massenzahl= 56
| NH= 91,72
}}
{{Vorlage:Infobox Chemisches Element/Isotop
| Symbol=Fe
| OZ = 26
| Massenzahl=57
| NH=2,2
}}
{{Vorlage:Infobox Chemisches Element/Isotop
| Symbol=Fe
| OZ = 26
| Massenzahl=58
| NH=0,28
}}
{{Vorlage:Infobox Chemisches Element/Isotop
| AnzahlZerfallstypen= 1
| Massenzahl= 59
| Symbol= Fe
| NH= 0
| Halbwertszeit= 44,503 [[Wikipedia:Tag|d]]
| Zerfallstyp1ZM= [[Wikipedia:Betastrahlung|β<sup>−</sup>]]
| Zerfallstyp1ZE= 1,565
| Zerfallstyp1ZP= [[Wikipedia:Cobalt|<sup>59</sup>Co]]
}}
{{Vorlage:Infobox Chemisches Element/Isotop
| Massenzahl= 60
| Symbol= Fe
| NH= 0
| Halbwertszeit= 1,5 · 10<sup>6</sup> [[Wikipedia:Jahr|a]]
| AnzahlZerfallstypen= 1
| Zerfallstyp1ZM= [[Wikipedia:Betastrahlung|β<sup>−</sup>]]
| Zerfallstyp1ZE= 3,978
| Zerfallstyp1ZP= [[Wikipedia:Cobalt|<sup>60</sup>Co]]
}}
| NMREigenschaften=
{{Infobox Chemisches Element/NMR
| Symbol= Fe
| Massenzahl_1= 57
| Kernspin_1= 1/2
| Gamma_1= 8,643 · 10<sup>6</sup>
| Empfindlichkeit_1= 3,37 · 10<sup>−5</sup>
| Larmorfrequenz_1= 6,46
}}
}}
'''Eisen''' ([[Wikipedia:Mittelhochdeutsch|mhd.]] ''isen''; vergleichbar mit [[Wikipedia:Keltische Sprache|kelt.]] ''isara'' „kräftig“, [[Wikipedia:Gotische Sprache|got.]] ''eisarn'' und ''aiz'', [[Latein|lat.]] ''aes'' „[[Wikipedia:Erz|Erz]]“; das Wort scheint [[Wikipedia:Germanen|Germanen]] und [[Wikipedia:Kelten|Kelten]] gemeinsam gewesen zu sein, die Abstammung von einer gemeinsamen [[Wikipedia:indogermanisch|indogermanisch]]en Wurzel ist jedoch nicht sicher geklärt) ist ein [[chemisches Element]] im [[Periodensystem]] der Elemente mit Symbol Fe (lat. ''ferrum,'' Eisen) und Ordnungszahl 26. Es ist ein [[Wikipedia:Metalle|Metall]] der 4. Periode in der 8. Nebengruppe im Periodensystem. Im Kontext der industriellen Fertigung versteht man unter Eisen den Werkstoff [[Wikipedia:Gusseisen|Gusseisen]], wohingegen der Werkstoff [[Wikipedia:Stahl|Stahl]] gewöhnlich nicht als Eisen bezeichnet wird.
== Geschichte ==
=== Salze ===
=== Naher Osten ===
=== Naher Osten ===
Eisen wurde von Menschen erstmalig nachweisbar etwa 4000 v. Chr. in [[Wikipedia:Sumer|Sumer]] und [[Wikipedia:Ägypten|Ägypten]] benutzt. Es handelte sich um gediegenes Eisen von [[Wikipedia:Meteorit|Meteorit]]en, das zur Dekoration und zur Anfertigung von Speerspitzen diente.
Aus dem Zeitraum zwischen 3000 und 2000 v. Chr. fand man verhüttetes Eisen (vom Meteoriteisen durch die Abwesenheit von Nickel unterscheidbar) in [[Wikipedia:Mesopotamien|Mesopotamien]], [[Wikipedia:Anatolien|Anatolien]] und Ägypten. Es scheint nur zeremoniell genutzt worden zu sein und war wertvoller als Gold. Möglicherweise entstand es in Form von [[Wikipedia:Schwammeisen|Schwammeisen]] als Nebenprodukt der [[Wikipedia:Bronze|Bronze]]herstellung.
Zwischen 1600 und 1200 v. Chr. wurde Eisen verstärkt genutzt; die Hethiter kannten dann wohl eine Methode zur wirtschaftlichen Herstellung des Eisens. Es löste [[Bronze]] allerdings noch nicht ab. In dieser Zeit blieb es weitgehend Monopol des [[Hethiter|Hethitischen Reiches]] (auf dem Gebiet der heutigen Türkei) und war ein Faktor seines Aufstiegs. Ab 1200 v. Chr. fand mit dem Untergang des Hethitischen Reiches und der Verbreitung des entsprechenden Wissens im Nahen Osten der Übergang von der [[Bronzezeit]] zur [[Eisenzeit]] statt. Es wird vermutet, dass nicht nur die Materialüberlegenheit des Eisens, sondern ein Mangel an [[Zinn]] (zur Bronzeherstellung notwendig) den Übergang auslöste. Allerdings kann die Überlegenheit eiserner Rüstung und Waffen gegenüber bronzenen Waffen auch ein wichtiger Grund sein.
Zwischen 1600 und 1200 v. Chr. wurde Eisen verstärkt genutzt; die Hethiter kannten dann wohl eine Methode zur wirtschaftlichen Herstellung des Eisens. Es löste [[Wikipedia:Bronze|Bronze]] allerdings noch nicht ab. In dieser Zeit blieb es weitgehend Monopol des [[Wikipedia:Hethiter|Hethitischen Reiches]] (auf dem Gebiet der heutigen Türkei) und war ein Faktor seines Aufstiegs. Ab 1200 v. Chr. fand mit dem Untergang des Hethitischen Reiches und der Verbreitung des entsprechenden Wissens im Nahen Osten der Übergang von der [[Wikipedia:Bronzezeit|Bronzezeit]] zur [[Wikipedia:Eisenzeit|Eisenzeit]] statt. Es wird vermutet, dass nicht nur die Materialüberlegenheit des Eisens, sondern ein Mangel an [[Zinn]] (zur Bronzeherstellung notwendig) den Übergang auslöste. Allerdings kann die Überlegenheit eiserner Rüstungen und Waffen gegenüber bronzenen Waffen auch ein wichtiger Grund sein.
Beim ersten eisenzeitlichen Verhüttungsschritt entstand [[Schwammeisen]]. Durch den Gebrauch von [[Holzkohle]] bei der Weiterverarbeitung wurde dem Eisen Kohlenstoff zugeführt, mit dem Endresultat eines (zumindest oberflächlichen) Stahls. Durch vorsichtiges [[Härten (Stahl)|Härten]] (das heißt sorgfältiges und gekonntes Abkühlen, im Allgemeinen in einer Flüssigkeit wie Wasser oder Öl) entstanden Werkstücke mit einer bis dahin nicht gekannten Elastizität und Härte, die der Bronze weit überlegen war.
Beim ersten eisenzeitlichen Verhüttungsschritt entstand [[Wikipedia:Schwammeisen|Schwammeisen]]. Durch den Gebrauch von [[Wikipedia:Holzkohle|Holzkohle]] bei der Weiterverarbeitung wurde dem Eisen Kohlenstoff zugeführt, mit dem Endresultat eines (zumindest oberflächlichen) Stahls. Durch vorsichtiges [[Wikipedia:Härten (Stahl)|Härten]] (das heißt sorgfältiges und gekonntes Abkühlen, im Allgemeinen in einer Flüssigkeit wie Wasser oder Öl) entstanden Werkstücke mit einer bis dahin nicht gekannten Elastizität und Härte, die der Bronze weit überlegen waren.
=== China ===
=== China ===
Auch in China wurden die ersten Erfahrungen mit Eisen an Meteoriteneisen gewonnen. Erste archäologische Spuren von Schmiedeeisen finden sich im Nordwesten, nahe Xinjiang, aus dem 8. vorchristlichen Jahrhundert. Man vermutet, dass diese Produkte, die mit den Methoden des Nahen Ostens erstellt wurden, durch Handel nach China gelangt sind.
Auch in China wurden die ersten Erfahrungen mit Eisen an Meteoriteneisen gewonnen. Erste archäologische Spuren von Schmiedeeisen finden sich im Nordwesten, nahe Xinjiang, aus dem 8. vorchristlichen Jahrhundert. Man vermutet, dass diese Produkte, die mit den Methoden des Nahen Ostens erstellt wurden, durch Handel nach China gelangt sind.
550 v. Chr. wurde der [[Hochofen]] entwickelt: Jetzt war das Herstellen von [[Gusseisen]] möglich.
550 v. Chr. wurde der [[Wikipedia:Hochofen|Hochofen]] entwickelt: Jetzt war das Herstellen von [[Wikipedia:Gusseisen|Gusseisen]] möglich.
=== Europa ===
=== Europa ===
Neben seiner herausragenden Bedeutung als Werkstoff wurde Eisen in der [[Alchemie]] verwendet, wo es mit dem Zeichen für Mars/Männlichkeit [[♂]] assoziiert wurde.
Neben seiner herausragenden Bedeutung als Werkstoff wurde Eisen in der [[Alchemie|Alchemie]] verwendet, wo es mit dem Zeichen für Mars/Männlichkeit [[Wikipedia:♂|♂]] assoziiert wurde.
Da europäische Verarbeitungstechniken ([[Rennofen]]) nur Temperaturen von knapp 1.300 °C erreichten, fand die Entwicklung von [[Gusseisen]] erst im [[15. Jahrhundert]] in [[Schweden]] ([[Lapphyttan]] und [[Vinarhyttan]]) statt. Mit der gegossenen Kanonenkugel verbreitete sich die Gusseisenverarbeitung schnell wie die Feldzüge über ganz Europa.
Da europäische Verarbeitungstechniken ([[Wikipedia:Rennofen|Rennofen]]) nur Temperaturen von knapp 1.300 °C erreichten, fand die Entwicklung von [[Wikipedia:Gusseisen|Gusseisen]] erst im [[Wikipedia:15. Jahrhundert|15. Jahrhundert]] in [[Wikipedia:Schweden|Schweden]] ([[Lapphyttan]] und [[Vinarhyttan]]) statt. Mit der gegossenen Kanonenkugel verbreitete sich die Gusseisenverarbeitung schnell wie die Feldzüge über ganz Europa.
Als die schwindenden Wälder den wachsenden [[Holzkohle]]bedarf zur Eisengewinnung in [[Großbritannien (Insel)|Großbritannien]] nicht mehr decken konnten, wurde [[Kohle]] (genauer das Kohleprodukt [[Koks]]) von [[Abraham Darby II|Abraham Darby]] als Alternative entwickelt. Diese Umstellung, zusammen mit der Erfindung der [[Dampfmaschine]], gilt als Beginn der [[Industrielle Revolution|industriellen Revolution]].
Als die schwindenden Wälder den wachsenden [[Wikipedia:Holzkohle|Holzkohle]]bedarf zur Eisengewinnung in [[Wikipedia:Großbritannien (Insel)|Großbritannien]] nicht mehr decken konnten, wurde [[Wikipedia:Kohle|Kohle]] (genauer das Kohleprodukt [[Wikipedia:Koks|Koks]]) von [[Wikipedia:Abraham Darby II|Abraham Darby]] als Alternative entwickelt. Diese Umstellung, zusammen mit der Erfindung der [[Wikipedia:Dampfmaschine|Dampfmaschine]], gilt als Beginn der [[Wikipedia:Industrielle Revolution|industriellen Revolution]].
== Vorkommen ==
=== Eisenfunde ===
[[Bild:Limonite bog iron cm01.jpg|thumb|[[Raseneisenstein]]stücke]]
Eisenfunde sind gegenüber den Funden von [[Wikipedia:Bronze|Bronze]] relativ selten, einerseits weil das Eisen in den ältesten Perioden nur in geringem Maße verwendet wurde, andererseits wegen der großen Neigung des Eisens, an feuchter Luft, im Wasser und in der nassen Erde zu [[Wikipedia:Korrosion|korrodieren]], wodurch die Gegenstände sich nicht erhalten konnten. Nur besondere Umstände oder große Ausmaße des Gegenstandes verhinderten den Verlust solcher Stücke.
Eines der ältesten Fundstücke stammt aus der [[Wikipedia:Cheopspyramide|Cheopspyramide]] und wurde [[Wikipedia:1837|1837]] von J. R. Hill beim Lossprengen einiger Steinlagen in einer [[Wikipedia:Mauerfuge|Mauerfuge]] gefunden, wo es vor Rost geschützt war. Es handelt sich um das Bruchstück eines größeren [[Wikipedia:Schmiedeeisen|schmiedeeisernen]] [[Wikipedia:Werkzeug|Werkzeug]]s und hat ein Alter von etwa 5.000 Jahren. Ein späteres Fundstück ist das von [[Wikipedia:Giovanni Battista Belzoni|Belzoni]] unter einer [[Wikipedia:Sphinx|Sphinx]] in [[Wikipedia:Karnak|Karnak]] entdeckte Stück, das als Teil einer [[Wikipedia:Sichel (Werkzeug)|Sichel]] erkannt wurde und etwa 2.800 Jahre alt ist.
In Asien fanden sich eiserne Gegenstände in den Gräbern von [[Wikipedia:Turan|Turan]] und größere Eisenlager in den Ruinen von [[Wikipedia:Khorsabad|Khorsabad]], wo Ringe, Kettenteile zusammen mit etwa 160.000 kg Eisenbarren entdeckt wurden. Auch [[Wikipedia:Austen Henry Layard|Layard]] stieß bei seinen Ausgrabungen in [[Wikipedia:Nimrud|Nimrud]] auf eiserne Waffen, wie [[Wikipedia:Helm|Helm]]e, [[Wikipedia:Speer|Speer]]e und [[Wikipedia:Dolch|Dolch]]e. Der berühmte Pfeiler von [[Wikipedia:Delhi|Delhi]] im [[Wikipedia:Qutb-Komplex|Qutb-Komplex]] ist eine 7 m hohe schmiedeeiserne massive Säule mit etwa einem halben Meter Durchmesser, die seit dem Beginn des [[Wikipedia:5. Jahrhundert|5. Jahrhundert]]s von den Indern als heilig verehrt wird und [[Sanskrit]]-Inschriften enthält.
[[Bild:Philipp Jakob Loutherbourg d. J. 002.jpg|thumb|250px|Eisenproduktion in [[Coalbrookdale]], wo [[Abraham Darby I]] 1709 als erster Eisen unter Verwendung von Koks gewonnen hat (Gemälde von Philippe-Jacques de Loutherbourg, 1801)]]
Zu den ältesten europäischen Stücken gehören die eisernen Zelte und Speere, die Graf [[Giovanni Gozzadini|Gozzadini]] [[Wikipedia:1853|1853]] in [[Wikipedia:Etrusker|etruskischen]] Gräbern bei [[Wikipedia:Bologna|Bologna]] entdeckt hat. Sie stammen aus dem [[Wikipedia:9. Jahrhundert|9.]] bis [[Wikipedia:10. Jahrhundert|10. Jahrhundert]] vor Christus.
== Vorkommen ==
[[Bild:Limonite bog iron cm01.jpg|thumb|left|[[Wikipedia:Raseneisenstein|Raseneisenstein]]stücke]]
Eisen ist zusammen mit Nickel wahrscheinlich der Hauptbestandteil des [[Wikipedia:Erdkern|Erdkern]]s. Vermutlich angetrieben von thermischen Kräften erzeugen Konvektionsströmungen von flüssigem Eisen im äußeren Kern das [[Wikipedia:Erdmagnetfeld|Erdmagnetfeld]].
Mit einem Anteil von 4,7 Prozent ist Eisen aber auch eines der häufigsten Elemente der
[[Wikipedia:Erdkruste|Erdkruste]]. Die ersten Vorkommen, die abgebaut wurden, waren [[Wikipedia:Raseneisenstein|Raseneisenstein]] und offenliegende Erze. Heute wird vor allem 40-prozentiges Magneteisenerz abgebaut. Das wichtigste Mineral zur Eisengewinnung ist [[Wikipedia:Hämatit|Hämatit]], welches größtenteils aus Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> besteht. Die größten Eisenerzvorkommen finden sich in den sogenannten ''Banded Iron Formations'' (BIF, gebändertes Eisenerz oder [[Wikipedia:Bändererz|Bändererz]]), die auch als Takonit oder Itabirit bezeichnet werden.
Eisen ist das zehnthäufigste Element im [[Wikipedia:Universum|Universum]]. Die [[Wikipedia:Kernfusion|Fusion]] von Elementen in [[Wikipedia:Stern|Stern]]en endet beim Eisen, da bei der Fusion höherer Elemente keine Energie mehr frei wird, sondern aufgewendet werden muss. Schwerere Elemente entstehen endotherm bei [[Wikipedia:Supernova|Supernova]]explosionen, die auch für das Verstreuen der im Stern entstandenen Materie verantwortlich sind.
=== [[Hochofenprozess]] ===
=== Eisen als Mineral ===
Sehr selten kann Eisen auch [[Wikipedia:gediegen|gediegen]] auftreten. Das [[Wikipedia:Mineral|Mineral]] kristallisiert dann im [[Wikipedia:kubisches Kristallsystem|kubischen Kristallsystem]], hat eine [[Wikipedia:Härte|Härte]] von 4,5 und eine stahlgraue bis schwarze Farbe. Auch die [[Wikipedia:Strichfarbe|Strichfarbe]] ist grau.
Wegen der Reaktion mit [[Wasser]] und [[Sauerstoff]] (Rosten) ist gediegenes Eisen nicht stabil. Es tritt daher in [[Wikipedia:Legierung|Legierung]] mit [[Wikipedia:Nickel|Nickel]] nur in [[Wikipedia:Eisenmeteorit|Eisenmeteorit]]en auf sowie in [[Wikipedia:Basalt|Basalt]]en, in denen es manchmal zu einer [[Wikipedia:Reduktion (Chemie)|Reduktion]] von eisenhaltigen Mineralen kommt.
Eisenerze findet man dagegen vergleichsweise häufig, wichtige Beispiele sind [[Wikipedia:Magnetit|Magnetit]] (Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>), [[Wikipedia:Roteisenstein|Roteisenstein]], [[Wikipedia:Hämatit|Hämatit]] (Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>), [[Wikipedia:Brauneisenstein|Brauneisenstein]]
(Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>·n H<sub>2</sub>O), [[Wikipedia:Siderit|Siderit]] (FeCO<sub>3</sub>), [[Wikipedia:Magnetkies|Magnetkies]]
(FeS) und [[Wikipedia:Pyrit|Pyrit]] (Eisenkies) (FeS<sub>2</sub>).
== Staaten mit der größten Förderung ==
Weltweit wurden im Jahre 2000 etwa 1 Mrd. Tonnen [[Wikipedia:Eisenerz|Eisenerz]] abgebaut, mit einem Wert von etwa 25 Mrd. Euro. Die bedeutendsten erzliefernden Staaten sind [[Wikipedia:Brasilien|Brasilien]], [[Wikipedia:Australien|Australien]], die [[Wikipedia:Volksrepublik China|Volksrepublik China]], [[Wikipedia:Russland|Russland]] und [[Wikipedia:Indien|Indien]]. Zusammen liefern sie etwa 70 % des Weltbedarfs. Aus den 1.000 Mt Erz wurden etwa 572 Mt Eisen gewonnen. Zusätzlich wird aus Schrott noch Eisen zurück gewonnen.
Das bei weitem bedeutendste Herstellerland für [[Wikipedia:Roheisen|Roheisen]] ist die [[Wikipedia:Volksrepublik China|Volksrepublik China]], gefolgt von [[Wikipedia:Japan|Japan]] und der [[Wikipedia:Russische Föderation|Russischen Föderation]]. In [[Wikipedia:Europa|Europa]] sind die wichtigsten Produzenten [[Wikipedia:Ukraine|Ukraine]] und [[Wikipedia:Deutschland|Deutschland]].
{| class="prettytable"
|+ Die größten Roheisenproduzenten weltweit (2003)<br/><small>Quelle: [[Wikipedia:Handelsblatt|Handelsblatt]] ''Die Welt in Zahlen'' (2005)</small>
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|+ Die größten Roheisenproduzenten weltweit (2003)<br/><small>Quelle: [[Handelsblatt]] ''Die Welt in Zahlen'' (2005)</small>
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! Rang
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! Land
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! Produktion<br />(in Mio. [[Tonne (Einheit)|t]])
! Produktion<br />(in Mio. [[Wikipedia:Tonne (Einheit)|t]])
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! Produktion<br />(in Mio. t)
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| 2 || [[Japan]] || 82,1 || 11 || [[Taiwan]] || 10,3
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| 3 || [[Russische Föderation|Russische Föd.]] || 48,3 || 12 || [[Italien]] || 10,1
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| 4 || [[USA]] || 39,1 || 13 || [[Vereinigtes Königreich]] || 10,1
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| 5 || [[Brasilien]] || 32 || 14 || [[Kanada]] || 8,5
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| 6 || [[Ukraine]] || 29,6 || 15 || [[Belgien]] || 7,8
| 6 || [[Wikipedia:Ukraine|Ukraine]] || 29,6 || 15 || [[Wikipedia:Belgien|Belgien]] || 7,8
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| 7 || [[Deutschland]] || 29,5 || 16 || [[Südafrika]] || 6,2
| 7 || [[Wikipedia:Deutschland|Deutschland]] || 29,5 || 16 || [[Wikipedia:Südafrika|Südafrika]] || 6,2
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| 8 || [[Südkorea]] || 27,3 || 17 || [[Australien]] || 6,1
| 8 || [[Wikipedia:Südkorea|Südkorea]] || 27,3 || 17 || [[Wikipedia:Australien|Australien]] || 6,1
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| 9 || [[Indien]] || 26,1 || 18 || [[Niederlande]] || 5,8
| 9 || [[Wikipedia:Indien|Indien]] || 26,1 || 18 || [[Wikipedia:Niederlande|Niederlande]] || 5,8
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Für eine ausführlichere Liste der Produktionsländer siehe [[Liste der größten Roheisenerzeuger]].
Für eine ausführlichere Liste der Produktionsländer siehe [[Wikipedia:Liste der größten Roheisenerzeuger|Liste der größten Roheisenerzeuger]].
Weitere Tabellen zu Produktionsdaten findet man hier:
Weitere Tabellen zu Produktionsdaten findet man hier:
<!-- Bin gerade dabei die einzelnen Detailtabellen fetigzustellen und zu verlinken! Bitte noch etwas Geduld! [[Benutzer:Bertonymus]], 09. Dez. 2005 -->
<!-- Bin gerade dabei die einzelnen Detailtabellen fetigzustellen und zu verlinken! Bitte noch etwas Geduld! [[Benutzer:Bertonymus]], 09. Dez. 2005 -->
*Industrie - die größten Produzenten von: [[Aluminiummarkt#Die größten Aluminiumproduzenten|Aluminium]], [[Dünger#Die größten Düngerproduzenten|Dünger]], [[Kunstfaser#Die größten Kunstfaserproduzenten|Kunstfasern]], [[Papier#Die größten Papierproduzenten|Papier]], [[Stahl#Die größten Stahlproduzenten|Stahl]], [[Zement#Liste der größten Zementproduzenten|Zement]]
* Industrie - die größten Produzenten von: [[Wikipedia:Aluminiummarkt#Die größten Aluminiumproduzenten|Aluminium]], [[Wikipedia:Dünger#Die größten Düngerproduzenten|Dünger]], [[Wikipedia:Kunstfaser#Die größten Kunstfaserproduzenten|Kunstfasern]], [[Wikipedia:Papier#Die größten Papierproduzenten|Papier]], [[Wikipedia:Stahl#Die größten Stahlproduzenten|Stahl]], [[Wikipedia:Zement#Liste der größten Zementproduzenten|Zement]]
*Bergbau - die Hauptfördernationen von: [[Bauxit#Vorkommen und Gewinnung|Bauxit]], [[Blei#Die größten Fördernationen|Blei]], [[Eisenerz#Vorkommen|Eisenerz]], [[Diamant#Die größten Fördernationen|Diamanten]], [[Gold#Die größten Fördernationen|Gold]], [[Kupfer#Vorkommen|Kupfer]], [[Platin#Vorkommen|Platin]], [[Silber#Vorkommen|Silber]], [[Zink#Die größten Fördernationen|Zink]], [[Zinn#Die größten Fördernationen|Zinn]]
* Bergbau - die Hauptfördernationen von: [[Wikipedia:Bauxit#Vorkommen und Gewinnung|Bauxit]], [[Blei#Die größten Fördernationen|Blei]], [[Wikipedia:Eisenerz#Vorkommen|Eisenerz]], [[Wikipedia:Diamant#Die größten Fördernationen|Diamanten]], [[Gold#Die größten Fördernationen|Gold]], [[Kupfer#Vorkommen|Kupfer]], [[Wikipedia:Platin#Vorkommen|Platin]], [[Silber#Vorkommen|Silber]], [[Zink#Die größten Fördernationen|Zink]], [[Zinn#Die größten Fördernationen|Zinn]]
== Gewinnung und Darstellung ==
[[Bild:Philipp Jakob Loutherbourg d. J. 002.jpg|thumb|250px|Eisenproduktion in [[Wikipedia:Coalbrookdale|Coalbrookdale]], wo [[Wikipedia:Abraham Darby I|Abraham Darby I]] 1709 als erster Eisen unter Verwendung von Koks gewonnen hat (Gemälde von Philippe-Jacques de Loutherbourg, 1801)]]
Eisenerz wird im [[Wikipedia:Tagebau|Tagebau]] und im Tiefbau ([[Wikipedia:Untertagebau|Untertagebau]]) gewonnen. Dort, wo die als abbauwürdig erkannten Eisenerzlagerstätten offen zutage treten, kann das Erz im weniger aufwändigen Tagebau gewonnen werden. Heute wird Eisenerz hauptsächlich in Südamerika, bes. [[Wikipedia:Brasilien|Brasilien]], im Westen [[Wikipedia:Australien|Australien]]s, in der [[Wikipedia:Volksrepublik China|Volksrepublik China]], in Ost-Europa (beispielsweise [[Wikipedia:Ukraine|Ukraine]]) und [[Wikipedia:Kanada|Kanada]] auf diese Weise abgebaut.
Diese Länder verdrängten in den letzten Jahren die ursprünglich bedeutendsten Eisenerz-Förderländer wie [[Wikipedia:Frankreich|Frankreich]], [[Wikipedia:Schweden|Schweden]] oder [[Wikipedia:Deutschland|Deutschland]], dessen letzte Eisenerzgrube in der Oberpfalz 1987 geschlossen wurde
Riesige Erz-Abbaugebiete wie die [[Ok Tedi-Mine]] in [[Wikipedia:Papua-Neuguinea|Papua-Neuguinea]] beeinträchtigen nicht nur den Regenwald stellenweise, sondern durch die ungeklärte Einleitung von Abwässern und Schlämmen in Flüsse
teilweise auch diejenige Bevölkerung, die vom Flusswasser Gebrauch macht. Jedoch ist die Anzahl an Menschen, die durch die Mine in dem bitterarmen Land ihren Lebensunterhalt verdienen und oft sogar ihre Existenz verdanken, viel größer.
Nur selten gelangt das Eisenerz vom Bergwerk kommend unmittelbar zu den Lagerplätzen der [[Wikipedia:Eisenhütte|Hütten]]. Meist müssen erst weite Transportwege auf dem Landweg und auf dem Seeweg, mit mehrfachem Umladen, zurückgelegt werden.
Vor der weiteren Verarbeitung wird das Erz schließlich zerkleinert und gemahlen. Danach werden die Erzkörner nach ihrer Größe sortiert und gesintert. Das heißt, es werden kleine Erzkörner gemeinsam mit Kalkzuschlagsstoffen auf mit Gas unterfeuerten motorisch angetriebenen Wanderrosten (Rost-Förderband) aufgelegt und durch starke Erhitzung „zusammengebacken“, denn nur in dieser Form als gesinterte grobe Brocken ist der Einsatz im Hochofen möglich, da das feine Erz die Luftzufuhr (Wind) sehr beeinträchtigen, bzw. verhindern würde.
Nur ein kleiner Teil der Erze kann als Stückerz direkt im Hochofen eingesetzt werden. Der Hauptanteil der
Eisenerze wird als Feinerz in einer Sinteranlage zu Sinter verarbeitet. Das Erz wird mit Kalkstein, feinkörnigem
Koks (Koksgrus) und Wasser intensiv vermischt und auf einen Wanderrost aufgegeben. Der Wanderrost wird von unten
abgesaugt. Von oben wird angezündet und eine Brennfront wandert von oben nach unten durch die Mischung, die
dabei kurz angeschmolzen wird. Ein wesentlicher Anteil der Erze wird zu Pellets verarbeitet. Hierzu wird das
Erz pulverfein aufgemahlen, was oft bereits zur Abtrennung von Gangart nötigt ist. Mit Bindemitteln, Zuschlägen
und Wasser wird eine Mischung erzeugt, die dann auf Pelletiertellern zu Kügelchen von 10 bis 16 mm Durchmesser
gerollt wird. Diese werden auf einem Wanderrost mit Gasbefeuerung zu Pellets gebrannt. Sinter ist nicht
gut transportierbar und wird deshalb im Hüttenwerk erzeugt. Pelletanlagen werden meist in der Nähe der Erzgruben
betrieben.
=== [[Wikipedia:Hochofenprozess|Hochofenprozess]] ===
[[Bild:Hochofenschema.jpg|thumb|right|Schematischer Aufbau eines Hochofens]]
Das Eisen wird durch chemische Reduktion des Eisenoxids der Eisenerze mit Kohlenstoff im [[Wikipedia:Hochofen|Hochofen]] gewonnen.
Der Hochofen ist ein [[Wikipedia:Schachtofen|Schachtofen]]. [[Wikipedia:Koks|Koks]] und [[Wikipedia:Erz|Erz]] werden abwechselnd in Lagen oben in den Ofen hineingeschüttet. Dazu
sind oberhalb des Ofengefäßes i.d.R. zwei Bunker angeordnet, die als Gasschleusen zwischen dem Ofengefäß und der
Umgebung dienen. Ganz oben befindet sich innerhalb des Ofengefäßes eine Drehschurre, mit der das Material spiralförmig flächig auf der Beschickungsoberfläche verteilt wird. Die Kokslagen halten im unteren Bereich des
Ofens, wenn das Erz plastisch wird, die Durchströmbarkeit der Schüttung mit Prozessgas aufrecht (Koksfenster).
Der Einsatz sinkt im Ofenschacht ab und wird dabei durch das aufsteigende Prozessgas getrocknet, aufgeheizt, reduziert und schließlich geschmolzen ([[Wikipedia:Redoxreaktion|Redoxreaktion]]). Der gesamte Vorgang dauert etwa acht Stunden. Das Prozessgas wird erzeugt,
indem unten in den Ofen durch wassergekühlte Kupferdüsen (Blasformen) auf etwa 1200 °C vorgeheizte Luft eingeblasen wird. Der Sauerstoff der Luft verbrennt mit Koks zu Kohlenstoffmonoxid, wodurch das etwa 2000 °C heiße aus Kohlenstoffmonoxid und Stickstoff bestehende Prozessgas erzeugt wird, welches die Eisenoxide reduziert. Das hiervon übrig bleibende Abgas, das am oberen Ende des Ofenschachtes gewonnen wird, ist brennbar und wird zum Vorheizen der Luft verwendet. Mit Überschussgas wird in einem Kraftwerk Strom erzeugt.
Der Ofen erzeugt neben dem flüssigen Eisen flüssige Schlacke. Beides wird vermischt mit einer Temperatur von etwa 1450 °C durch ein Stichloch abgezogen, das etwa alle zwei Stunden durch Anbohren geöffnet und jeweils nach etwa einer Stunde durch Verstopfen mit einer keramischen Masse verschlossen wird. Eisen und Schlacke werden außerhalb des Ofens getrennt. Das Eisen wird in Transportpfannen gefüllt und ins Stahlwerk gebracht. Das Eisen ist bei 1450 °C flüssig, da durch den im Eisen gelösten Kohlenstoff eine [[Wikipedia:Schmelzpunktserniedrigung|Schmelzpunktserniedrigung]] erfolgt. Die Schlacke wird mit Wasser verdüst. Dabei erstarrt sie durch das Abschrecken als feinkörniges Glas (Schlackensand). Dieser Schlackensand wird fein gemahlen und als Zement verwendet. Ein Hochofen erzeugt pro Tonne Eisen etwa 200 bis 300 kg Schlacke.
Erz und Koks enthalten als Hauptverunreinigung [[Wikipedia:Siliziumdioxid|Siliziumdioxid]] (Quarzsand, Silikate) SiO<sub>2</sub> und [[Wikipedia:Aluminiumoxid|Aluminiumoxid]] Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>. Ein kleiner Teil des Siliziumdioxids wird zu Silizium reduziert, das im Eisen gelöst wird. Der Rest bildet zusammen mit dem Aluminiumoxid die Schlacke (Aluminiumsilikate).
Da der Schmelzpunkt eines Gemisches von SiO<sub>2</sub> und Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
zu hoch ist, um eine bei 1450 °C flüssige Schlacke zu bilden, wird [[Wikipedia:Calciumoxid|Calciumoxid]] (Gebrannter Kalk, CaO) zur [[Wikipedia:Schmelzpunktserniedrigung|Schmelzpunktserniedrigung]] verwendet. Dies wird meist bereits bei der
Herstellung des Eisenerzsinters als Kalkstein zugegeben.
Das Eisen des Hochofens (Roheisen) hat nur einen Eisengehalt von etwa 95 %. Es enthält für die meisten Anwendungen zu viel [[Kohlenstoff]], [[Schwefel]], [[Wikipedia:Silicium|Silicium]] und [[Phosphor|Phosphor]]. Üblicherweise wird daher im [[Wikipedia:Stahlwerk|Stahlwerk]] zunächst durch Einblasen von [[Wikipedia:Calciumcarbid|Calciumcarbid]], [[Wikipedia:Magnesium|Magnesium]] oder [[Wikipedia:Branntkalk|Branntkalk]] reduzierend entschwefelt. Die Entschwefelungsschlacke wird abgezogen und das Roheisen dann in einem Konverter ([[Wikipedia:Sauerstoffblasverfahren|Sauerstoffblasverfahren]]) unter Zusatz von [[Wikipedia:Branntkalk|Branntkalk]] oxidierend verblasen. Dabei wird [[Wikipedia:Silicium|Silicium]] zu [[Wikipedia:Siliciumdioxid|Siliciumdioxid]] und [[Kohlenstoff]] zu [[Wikipedia:Kohlenstoffdioxid|Kohlenstoffdioxid]] verbrannt. Der [[Phosphor|Phosphor]] wird als [[Wikipedia:Calciumphosphat|Calciumphosphat]] gebunden. Das flüssige Eisen hat danach eine [[Wikipedia:Temperatur|Temperatur]] von etwa 1600 °C. Es enthält soviel [[Sauerstoff]], dass beim Erstarren aus verbliebenem Kohlenstoff Kohlenmonoxidblasen entstehen. Beim heute meist verwendeten [[Wikipedia:Strangguss|Strangguss]] ist dies unerwünscht. Beim Abstechen des Stahls aus dem Konverter in die Gießpfanne wird daher [[Wikipedia:Aluminium|Aluminium]] zugegeben, um den [[Sauerstoff]] als [[Wikipedia:Aluminiumoxid|Aluminiumoxid]] zu binden. Bei hohen Anforderungen an die Qualität des Stahls folgen auf den Konverterprozess noch weitere Verfahrensschritte, wie z. B. eine [[Wikipedia:Vakuum|Vakuum]]behandlung ([[Wikipedia:Sekundärmetallurgie|Sekundärmetallurgie]]).
== Eigenschaften ==
[[Bild:Eisen_1.jpg|thumb|left|ein Stück hochreines Eisen mit 99,97 %iger Reinheit]]
[[Bild:EZ_Fe_bcc.jpg|thumb|left|Kubisch raumzentrierte Elementarzelle eines Eisenkristalls]]
Das durchschnittliche Eisen-[[Wikipedia:Atom|Atom]] hat etwa die 56-fache Masse eines
[[Wikipedia:Wasserstoff|Wasserstoff]]-Atoms. Der [[Wikipedia:Atomkern|Atomkern]] des Eisenisotops <sup>56</sup>Fe weist einen der größten [[Wikipedia:Massendefekt|Massendefekt]]e und damit eine der höchsten Bindungsenergien pro [[Wikipedia:Nukleon|Nukleon]] aller Atomkerne auf. Deshalb wird es als Endstufe bei der Energieerzeugung durch [[Wikipedia:Kernfusion|Kernfusion]] in den Sternen betrachtet.
Bei Raumtemperatur ist die [[Wikipedia:Allotropie|allotrope]] Modifikation des reinen Eisens das [[Wikipedia:Ferrit|Ferrit]] oder α-Eisen. Diese Modifikation weist ein [[Wikipedia:Kubisches Gitter|kubisch raumzentriertes]] [[Wikipedia:Kristallgitter|Kristallgitter]] auf, das unterhalb 911 °C vorliegt. Unterhalb des [[Wikipedia:Curiepunkt|Curiepunkt]]s bei 766 °C ist das Ferrit [[Wikipedia:Ferromagnetismus|ferromagnetisch]].
Die Modifikation zwischen 766 °C und 911 °C heißt β-Eisen. Da sie sich außer in den magnetischen Eigenschaften nicht vom Ferrit α-Eisen unterscheidet, wird sie gewöhnlich auch als α-Eisen bezeichnet.
Bis 1392 °C liegt es in der kubisch flächenzentrierten γ-Modifikation oder [[Wikipedia:Austenit|Austenit]] vor. Bei weiter steigender Temperatur wandelt das Eisen in δ-Ferrit um, das wieder ein kubisch raumzentriertes Gitter aufweist. Der Schmelzpunkt liegt bei 1535 °C.
Diese Eigenschaft der Umwandlung des Gitters von [[Wikipedia:Kubisches Gitter#Kubisch-Raumzentriertes Gitter|kubisch-raumzentriert]] (bis 911 °C) über [[Wikipedia:Kubisches Gitter#Kubisch-Flächenzentriertes Gitter|kubisch-flächenzentriert]] (bis 1392 °C) zu [[Wikipedia:Kubisches Gitter#Kubisch-Raumzentriertes Gitter|kubisch-raumzentriert]] (bis 1539 °C) sowie des anschließenden Zerfalls der Gitterstrukturen nennt man auch die „[[Wikipedia:Polymorphie (Materialwissenschaft)|Polymorphie]] des Eisens“.
Eisen ist beständig an trockener Luft, in trockenem Chlor sowie in konzentrierter Schwefelsäure, konzentrierter Salpetersäure und basischen Agenzien (außer heißer Natronlauge) mit einem pH-Wert größer als 9.
== Isotope ==
Eisen hat vier natürlich vorkommende, stabile [[Wikipedia:Isotop|Isotop]]e, mit den relativen
Häufigkeiten: <sup>54</sup>Fe (5,8 %), <sup>56</sup>Fe (91,7 %),
<sup>57</sup>Fe (2,2 %) und <sup>58</sup>Fe (0,3 %). Das Isotop <sup>60</sup>Fe hat eine [[Wikipedia:Halbwertszeit|Halbwertszeit]] von 1,5 Millionen Jahren. Die Existenz von <sup>60</sup>Fe zu Beginn der Entstehung des Planetensystems konnte durch den Nachweis einer Korrelation zwischen den Häufigkeiten von <sup>60</sup>[[Wikipedia:Nickel|Ni]], dem Zerfallsprodukt von <sup>60</sup>Fe, und den Häufigkeiten der stabilen Fe-Isotope in einigen Phasen mancher [[Wikipedia:Meteorit|Meteorit]]en (beispielsweise in den Meteoriten ''Semarkona'' und ''Chervony Kut'') nachgewiesen werden.
Möglicherweise spielte die freigesetzte Energie beim radioaktiven Zerfall von <sup>60</sup>Fe, neben der atomaren Zerfallsenergie des ebenfalls vorhandenen radioaktiven <sup>26</sup>[[Wikipedia:Aluminium|Al]], eine Rolle beim Aufschmelzen und der Differenzierung der [[Wikipedia:Asteroid|Asteroid]]en direkt nach ihrer Bildung vor etwa 4,6 Milliarden Jahren. Heute ist fast alles damals ursprünglich vorhanden gewesene <sup>60</sup>Fe vollständig in <sup>60</sup>Ni zerfallen. Die Verteilung von Nickel- und Eisenisotopen in Meteoriten erlaubt es, die Isotopen- und Elementehäufigkeit bei der Bildung des [[Wikipedia:Sonnensystem|Sonnensystem]]s zu messen und die vor und während der Bildung des Sonnensystems vorherrschenden Bedingungen zu erschließen.
Nur das Eisenisotop <sup>57</sup>Fe besitzt einen [[Wikipedia:Kernspin|Kernspin]].
== Verwendung ==
== Verwendung ==
[[Bild:Iron Bridge.JPG|thumb|Brücke über den Severn]]
[[Bild:Iron Bridge.JPG|thumb|Brücke über den Severn]]
Eisen ist technisch gesehen für die Herstellung von [[Stahl]] sehr bedeutsam. Stähle sind [[Legierung]]en des Eisens, die beim Vermischen (Legieren) mit anderen Metallen und auch Nichtmetallen (insbesondere [[Kohlenstoff]]) entstehen. Eisen ist mit 95 Prozent Gewichtsanteil an genutzten [[Metall]]en das weltweit meistverwendete. Der Grund dafür liegt in seiner weiten Verfügbarkeit, welche es recht preiswert macht, sowie in der erreichten hervorragenden Festigkeit und Zähigkeit beim Eingehen von Legierungen mit anderen Metallen wie Chrom, Molybdän und Nickel, die es für viele Bereiche in der Technik zu einem Spezialwerkstoff macht. Bei der Herstellung von [[Automobil|Autos]], [[Schiff]]en und im Hochhausbau ([[Stahlbeton]]) eingesetzt, um Energie beim Betrieb von Autos durch Gewichtsverringerung einzusparen und zugleich den Fahrzeugschwerpunkt tiefer zu legen. Damit wird der bisher klassische Werkstoff für Autos zunehmend unter „Gewichtsdruck“ geraten und vielleicht zukünftig nur mehr in Kombination mit spezifisch leichteren Metallen und Kunststoffen konkurrenzfähig sein.
Eisen ist der Hauptbestandteil von [[Wikipedia:Stahl|Stahl]]. Stähle sind [[Wikipedia:Legierung|Legierung]]en des Eisens, die beim Vermischen (Legieren) mit anderen Metallen und auch Nichtmetallen (insbesondere [[Kohlenstoff]]) entstehen. Eisen ist mit 95 Prozent Gewichtsanteil an genutzten [[Wikipedia:Metalle|Metalle]]n das weltweit meistverwendete. Der Grund dafür liegt in seiner weiten Verfügbarkeit, welche es recht preiswert macht, sowie in der erreichten hervorragenden Festigkeit und Zähigkeit beim Eingehen von Legierungen mit anderen Metallen wie Chrom, Molybdän und Nickel, die es für viele Bereiche in der Technik zu einem Grundwerkstoff macht. Es wird bei der Herstellung von Landfahrzeugen, [[Wikipedia:Schiff|Schiff]]en und im gesamten Baubereich ([[Wikipedia:Stahlbeton|Stahlbeton]]) eingesetzt.
Eisen ist (neben [[Kobalt]] und [[Nickel]]) eines jener drei ferromagnetischen Metalle, die mit ihrer Eigenschaft den großtechnischen Einsatz des Elektromagnetismus in [[Generator]]en, [[Transformator]]en und [[Elektromotor]]en ermöglichen.
Eisen ist (neben [[Wikipedia:Cobalt|Cobalt]] und [[Wikipedia:Nickel|Nickel]]) eines jener drei [[Wikipedia:Ferromagnetismus|ferromagnetischen]] Metalle, die mit ihrer Eigenschaft den großtechnischen Einsatz des Elektromagnetismus u.a. in [[Wikipedia:Generator|Generator]]en, [[Wikipedia:Transformator|Transformator]]en, [[Wikipedia:drossel (Elektrotechnik)|Drossel]]n, [[Wikipedia:Relais|Relais]] und [[Wikipedia:Elektromotor|Elektromotor]]en ermöglichen. Es wird rein oder u.a. mit [[Wikipedia:Silicium|Silicium]], Aluminium, Kobalt oder Nickel (siehe [[Wikipedia:Mu-Metall|Mu-Metall]]) legiert und dient als weichmagnetisches Kernmaterial zur Führung von Magnetfeldern, zur Abschirmung von Magnetfeldern oder zur Erhöhung der Induktivität. Es wird hierzu massiv, in Form von Blechen oder Pulver ([[Wikipedia:Pulverkern|Pulverkern]]e) produziert.
Reines Eisenpulver wird nur in der Chemie verwendet. Industriell sind verschiedene Stähle verbreitet; in Deutschland sind etwa 7.500 Sorten genormt. Eisen wird in den nachfolgend angeführten Formen genutzt:
Reines Eisenpulver wird auch in der Chemie verwendet.
* [[Roheisen]] enthält vier bis fünf Prozent Kohlenstoff sowie unterschiedliche Anteile an [[Schwefel]], [[Phosphor]] und [[Silicium]]. Es ist ein Zwischenprodukt in der Herstellung von Gusseisen und Stahl.
Industriell sind verschiedene Stähle verbreitet; in Deutschland sind etwa 7.500 Sorten genormt. Eisen wird in den nachfolgend angeführten Formen genutzt:
* [[Gusseisen]] enthält 2,06 bis 6,67 % Kohlenstoff und weitere Legierungselemente, wie beispielsweise [[Silizium]] und [[Mangan]]. In Abhängigkeit von der Abkühlgeschwindigkeit liegt der Kohlenstoff im Gusseisen als [[Karbid]] oder elementar als [[Graphit]] vor. In Anlehnung an das Aussehen der Bruchflächen spricht man im ersteren Fall von weißem und im zweiten Fall von grauem Gusseisen. Gusseisen ist sehr hart und spröde. Es lässt sich gewöhnlich nicht plastisch verformen.
* [[Stahl]] enthält zwischen 0,06 % und 2,06 % Kohlenstoff. Im Gegensatz zu Gusseisen ist er plastisch umformbar. Durch Legieren, sowie durch eine geeignete Kombination von thermischer Behandlung und plastischer Formung (Kaltwalzen) können die mechanischen Eigenschaften des Stahls in weiten Grenzen variiert werden.
* [[Wikipedia:Roheisen|Roheisen]] enthält vier bis fünf Prozent Kohlenstoff sowie unterschiedliche Anteile an [[Schwefel]], [[Phosphor|Phosphor]] und [[Wikipedia:Silicium|Silicium]]. Es ist ein Zwischenprodukt in der Herstellung von Gusseisen und Stahl.
* [[Wikipedia:Gusseisen|Gusseisen]] enthält 2,06 bis 6,67 % Kohlenstoff und weitere Legierungselemente, wie beispielsweise [[Wikipedia:Silicium|Silicium]] und [[Wikipedia:Mangan|Mangan]]. In Abhängigkeit von der Abkühlgeschwindigkeit liegt der Kohlenstoff im Gusseisen als [[Wikipedia:Karbid|Karbid]] oder elementar als [[Wikipedia:Graphit|Graphit]] vor. In Anlehnung an das Aussehen der Bruchflächen spricht man im ersteren Fall von weißem und im zweiten Fall von grauem Gusseisen. Gusseisen ist sehr hart und spröde. Es lässt sich gewöhnlich nicht plastisch verformen.
* [[Wikipedia:Stahl|Stahl]] enthält zwischen 0,06 % und 2,06 % Kohlenstoff. Im Gegensatz zu Gusseisen ist er plastisch umformbar. Durch Legieren, sowie durch eine geeignete Kombination von thermischer Behandlung und plastischer Formung (Kaltwalzen) können die mechanischen Eigenschaften des Stahls in weiten Grenzen variiert werden.
* Bei unlegierten Stählen mit einem Kohlenstoffgehalt bis 0,8 % spricht man von Baustahl, bei über 0,8 % von Werkzeugstahl.
* Bei unlegierten Stählen mit einem Kohlenstoffgehalt bis 0,8 % spricht man von Baustahl, bei über 0,8 % von Werkzeugstahl.
In der Medizin werden eisenhaltige Präparate als [[Antianämikum|Antianämika]] eingesetzt, kausal in der Behandlung von [[Eisenmangelanämie]]n und additiv in der Behandlung von durch andere Ursachen hervorgerufenen [[Anämie]]n.
In der Medizin werden eisenhaltige Präparate als [[Wikipedia:Antianämikum|Antianämika]] eingesetzt, kausal in der Behandlung von [[Wikipedia:Eisenmangelanämie|Eisenmangelanämie]]n und additiv in der Behandlung von durch andere Ursachen hervorgerufenen [[Wikipedia:Anämie|Anämie]]n.
== Biologische Bedeutung ==
== Geruch des Eisens ==
[[Bild:octen3on.png|thumb|200px|Strukturformel von 1-Octen-3-on]]
Der typische, als metallisch klassifizierte Geruch, wenn man Eisengegenstände berührt, entsteht durch eine chemische Reaktion von Stoffen des Schweißes und des Fetts der Haut mit zweiwertigen Eisenionen.<ref>D. Glindemann, A. Dietrich, H.-J. Staerk und P. Kuschk ''Die zwei Gerüche des Eisens bei Berührung und unter Säureeinwirkung - (Haut)[[Wikipedia:Carbonyl|Carbonyl]]verbindungen und Organo[[Wikipedia:phosphine|phosphine]]'', Angewandte Chemie 118 (2006) 7163 - 7166</ref>
Einer der wichtigsten Duftträger ist 1-Octen-3-on, das noch in großer Verdünnung pilzartig-metallisch riecht. Vorstufe der Geruchsstoffe sind Lipidperoxide. Diese entstehen, wenn Hautfett durch bestimmte [[Wikipedia:Enzyme|Enzyme]] oder andere Prozesse (z. B. UV-Anteil des Lichts) oxidiert werden. Diese Lipidperoxide werden dann durch die zweiwertigen Eisenionen zersetzt, wobei die Duftstoffe gebildet werden. Die zweiwertigen Eisenionen entstehen durch [[Wikipedia:Korrosion|Korrosion]] des Eisens bei Berührung mit dem [[Wikipedia:Schweiß|Handschweiß]], der korrosive organische Säuren und Chloride enthält.
Beim Verreiben von [[Blut]] auf der Haut entsteht ein ähnlicher Geruch. Blut enthält ebenfalls Eisenionen.
Beim Verreiben von [[Blut]] auf der Haut entsteht ein ähnlicher Geruch. Blut enthält ebenfalls Eisenionen.
== Medizinische Bedeutung ==
== Medizinische Bedeutung ==
=== Normaler Eisenstoffwechsel ===
=== Normaler Eisenstoffwechsel ===
Eisen ist ein [[essentiell]]es [[Spurenelement]] für fast alle Lebewesen, vor allem für die Blutbildung. Als Zentralatom des [[Kofaktor]]s [[Häm]] in [[Hämoglobin]] und [[Myoglobin]] ist es bei vielen Tieren und beim Menschen für Sauerstofftransport und -speicherung verantwortlich. In diesen [[Protein]]en ist es von einem planaren [[Porphyrin]]ring umgeben. Weiter ist Eisen Bestandteil von Eisen-Schwefel-Komplexen (Iron-Sulphur-Cluster) in vielen [[Enzym]]en, beispielsweise [[Nitrogenase]]n und [[Hydrogenase]]n. Als dritte wichtige Klasse der Eisenenzyme sind die so genannten [[Nicht-Häm-Eisenenzyme]] zu nennen, beispielsweise die [[Methan-Monooxygenase]], [[Ribonukleotid-Reduktase]] und das [[Hämerythrin]]. Diese Proteine nehmen in verschiedenen Organismen Aufgaben der [[Sauerstoff]]aktivierung, [[Sauerstofftransport]], [[Redoxreaktion]]en und [[Hydrolyse]]n wahr. Ebenso wichtig ist dreiwertiges Eisen als Zentralion im Enzym [[Katalase]], das in den [[Peroxisom]]en der Zellen das im Stoffwechsel entstehende Zellgift Wasserstoffperoxid abbaut.
Eisen ist ein [[Wikipedia:essentiell|essentiell]]es [[Wikipedia:Spurenelement|Spurenelement]] für fast alle Lebewesen, vor allem für die Blutbildung. Im Körper liegt es [[Wikipedia:Oxidation|oxidiert]] als Eisen(II) und Eisen(III) vor. Als Zentralatom des [[Wikipedia:Kofaktor|Kofaktor]]s [[Wikipedia:Häm|Häm]] in [[Wikipedia:Hämoglobin|Hämoglobin]] und [[Wikipedia:Myoglobin|Myoglobin]] ist es bei vielen Tieren und beim Menschen für Sauerstofftransport und -speicherung verantwortlich. In diesen [[Wikipedia:Protein|Protein]]en ist es von einem planaren [[Wikipedia:Porphyrin|Porphyrin]]ring umgeben. Weiter ist Eisen Bestandteil von Eisen-Schwefel-Komplexen (Iron-Sulphur-Cluster) in vielen [[Wikipedia:Enzym|Enzym]]en, beispielsweise [[Wikipedia:Nitrogenase|Nitrogenase]]n, [[Wikipedia:Hydrogenase|Hydrogenase]]n oder den Komplexen der [[Wikipedia:Atmungskette|Atmungskette]]. Als dritte wichtige Klasse der Eisenenzyme sind die so genannten [[Nicht-Häm-Eisenenzyme]] zu nennen, beispielsweise die [[Wikipedia:Methan-Monooxygenase|Methan-Monooxygenase]], [[Wikipedia:Ribonukleotid-Reduktase|Ribonukleotid-Reduktase]] und das [[Wikipedia:Hämerythrin|Hämerythrin]]. Diese Proteine nehmen in verschiedenen Organismen Aufgaben der [[Sauerstoff]]aktivierung, [[Wikipedia:Sauerstofftransport|Sauerstofftransport]], [[Wikipedia:Redoxreaktion|Redoxreaktion]]en und [[Wikipedia:Hydrolyse|Hydrolyse]]n wahr. Ebenso wichtig ist dreiwertiges Eisen als Zentralion im Enzym [[Wikipedia:Katalase|Katalase]], das in den [[Wikipedia:Peroxisom|Peroxisom]]en der Zellen das im Stoffwechsel entstehende Zellgift Wasserstoffperoxid abbaut.
<!--ist ja schon ganz schön was vorhanden - mehr folgt in Kürze von mir...hoffe ich zumindest ;=)...ich lege hier immerhin schon 'mal zwei mögliche Quellen ab:
<!--ist ja schon ganz schön was vorhanden - mehr folgt in Kürze von mir...hoffe ich zumindest ;=)...ich lege hier immerhin schon 'mal zwei mögliche Quellen ab:
http://www.med4you.at/physiologie/physio_eisenstw.htm SCHEMA DES EISENSTOFFWECHSELS;
http://www.med4you.at/physiologie/physio_eisenstw.htm SCHEMA DES EISENSTOFFWECHSELS;
=== Eisenbedarf und Eisenmangel ===
=== Eisenbedarf und Eisenmangel ===
Vor allem Frauen leiden häufig an Eisenmangel, der Grund dafür ist die [[Menstruation]] - an jedem Tag verliert der Körper ca. 15 Milligramm, bei der Geburt eines Kindes ca. 1000 Milligramm Eisen. Der Tagesbedarf eines erwachsenen Menschen beträgt etwa 20 Milligramm Eisen, durch die gleichzeitige Einnahme von Vitamin C wird die [[Resorption]]squote deutlich erhöht. Besonders reichhaltig ist Eisen in Fleisch, Leber, Hülsenfrüchten und Vollkornbrot enthalten.
Vor allem Frauen leiden häufig an [[Wikipedia:Eisenmangel|Eisenmangel]], der Grund dafür ist die [[Wikipedia:Menstruation|Menstruation]] - an jedem Tag verliert der Körper ca. 15 Milligramm, bei der Geburt eines Kindes ca. 1000 Milligramm Eisen. Der Tagesbedarf eines erwachsenen Mannes beträgt ca. 10 Milligramm Eisen. Eine erwachsene Frau (bis 51 Jahre alt) sollte ca. 15 Milligramm Eisen zuführen. Durch die gleichzeitige Einnahme von Vitamin C wird die [[Wikipedia:Resorption|Resorption]]squote deutlich erhöht. Besonders reichhaltig ist Eisen in Fleisch, Leber, Hülsenfrüchten und Vollkornbrot enthalten.
Die Eisenaufnahme durch Nahrungsmittel wird bei gleichzeitigem Verzehr von Milchprodukten von diesen gehemmt.
Die Eisenaufnahme durch Nahrungsmittel wird bei gleichzeitigem Verzehr von Milchprodukten, Kaffee oder schwarzem Tee von diesen gehemmt.
=== Toxizität und Eisenüberladung ===
=== Toxizität und Eisenüberladung ===
Obwohl Eisen ein wichtiges [[Spurenelement]] für den Menschen ist, kann zu viel Eisen für den Körper [[toxisch]], d.h. [[Gift|giftig]] sein. Zu große Mengen an Fe<sup>2+</sup>-[[Ion]]en reagieren mit [[Peroxid]]en, wobei freie [[Radikal (Chemie)|Radikale]] entstehen. Im Normalzustand werden letztere durch körpereigene Prozesse kontrolliert.
Obwohl Eisen ein wichtiges [[Wikipedia:Spurenelement|Spurenelement]] für den Menschen ist, kann zu viel Eisen für den Körper [[Wikipedia:toxisch|toxisch]], d. h. [[Wikipedia:Gift|giftig]] sein. Zu große Mengen an Fe<sup>2+</sup>-[[Wikipedia:Ion|Ion]]en reagieren mit [[Wikipedia:Peroxid|Peroxid]]en, wobei freie [[Wikipedia:Radikal (Chemie)|Radikale]] entstehen. Im Normalzustand werden letztere durch körpereigene Prozesse kontrolliert.
Etwa ein Gramm Eisen verursacht bei einem zweijährigen Kind ernste Vergiftungserscheinungen, drei Gramm können bereits tödlich sein. Bei einem erwachsenen Mann treten ab ca. 2,5 Gramm Eisen im Blut ernstzunehmende Vergiftungserscheinungen auf. Lang andauernde Überversorgung mit Eisen führt zur [[Hämochromatose]], einer Eisenspeicherkrankheit. Das Eisen reichert sich in der [[Leber]] an und führt dort zu [[Siderose]] (Ablagerung von Eisensalzen) und Organschäden. Daher sind Eisenpräparate nur bei [[Eisenmangel]] zu empfehlen. Allerdings nimmt der Körper bei Eisenüberversorgung dieses nicht mehr aus der Nahrung auf.<ref>Nielsen P: [http://www.eiseninfo.de/feueb2.htm]Einteilung der Eisenüberladung</ref>
Etwa ein Gramm Eisen verursacht bei einem zweijährigen Kind ernste Vergiftungserscheinungen, drei Gramm können bereits tödlich sein. Bei einem erwachsenen Mann treten ab ca. 2,5 Gramm Eisen (welches nicht in Hämoglobin gebunden ist) im Blut ernstzunehmende Vergiftungserscheinungen auf. Lang andauernde Überversorgung mit Eisen führt zur [[Wikipedia:Hämochromatose|Hämochromatose]], einer Eisenspeicherkrankheit. Das Eisen reichert sich in der [[Leber]] an und führt dort zu [[Wikipedia:Siderose|Siderose]] (Ablagerung von Eisensalzen) und Organschäden. Daher sind Eisenpräparate nur bei [[Wikipedia:Eisenmangel|Eisenmangel]] zu empfehlen. Allerdings nimmt der Körper bei Eisenüberversorgung dieses nicht mehr aus der Nahrung auf.<ref>Nielsen P: [http://www.eiseninfo.de/feueb2.htm]Einteilung der Eisenüberladung</ref>
Da Eisen ein [[Übergangsmetall]] ist, kann es, vor allem in seiner zweiwertigen Form (Fe<sup>2+</sup>), durch ein Überangebot auch im Gehirn unter bestimmter Voraussetzungen zu [[Neurodegenerative Erkrankungen|neurodegenerativen Erkrankungen]] wie z.B. der [[Parkinson]]- oder auch der [[Alzheimer]]-Krankheit führen.<ref>[[DEGUM]]: [http://idw-online.de/pages/de/news167145 "DEGUM: Parkinson-Erkrankung vor dem Ausbruch erkennen"] Informationsdienst Wissenschaft, 6. Juli 2006</ref>
Da Eisen ein Übergangsmetall ist, kann es, vor allem in seiner zweiwertigen Form (Fe<sup>2+</sup>), durch ein Überangebot auch im Gehirn unter bestimmter Voraussetzungen zu [[Neurodegenerative Erkrankungen|neurodegenerativen Erkrankungen]] wie z.B. der [[Wikipedia:Parkinson-Krankheit|Parkinson]]- oder auch der [[Wikipedia:Alzheimer-Krankheit|Alzheimer-Krankheit]] führen.<ref>[[DEGUM]]: [http://idw-online.de/pages/de/news167145 "DEGUM: Parkinson-Erkrankung vor dem Ausbruch erkennen"] Informationsdienst Wissenschaft, 6. Juli 2006</ref>
== Nachweis ==
== Nachweis ==
Bei der [[Nachweisreaktion]] für Eisen werden zunächst die beiden Kationen unterschieden: <math>\mathrm{Fe^{2\operatorname{+}}}</math> und <math>\mathrm{Fe^{3\operatorname{+}}}</math>.
Bei der [[Wikipedia:Nachweisreaktion|Nachweisreaktion]] für Eisen-Ionen werden zunächst die beiden Kationen
Fe<sup>2+</sup> und Fe<sup>3+</sup> unterschieden.
=== '''Eisennachweis mit Thioglycolsäure''' ===
Mit [[Wikipedia:Thioglycolsäure|Thioglycolsäure]] lassen sich Fe<sup>2+</sup>- und Fe<sup>3+</sup>-Ionen nachweisen:
Fe<sup>2+</sup> + 2 HS-CH<sub>2</sub>-COOH → [Fe(SCH<sub>2</sub>COO)<sub>2</sub>]<sup>2-</sup> + 4H<sup>+</sup>
Bei Anwesenheit von Fe<sup>2+</sup>- oder Fe <sup>3+</sup>-Ionen entsteht eine intensive
Rotfärbung.
=== Eisennachweis mit Hexacyanoferraten ===
Die Fe<sup>2+</sup>-Ionen lassen sich mit [[Wikipedia:Rotes Blutlaugensalz|rotem Blutlaugensalz]] nachweisen:
: 3 Fe<sup>2+</sup> + 2 K<sub>3</sub>[Fe(CN)<sub>6</sub>] → Fe<sub>3</sub>[Fe(CN)<sub>6</sub>]<sub>2</sub> + 6 K<sup>+</sup>
Das Produkt trägt den Namen [[Wikipedia:Turnbulls Blau|Turnbulls Blau]] (was im Grunde genommen das gleiche wie Berliner Blau ist). Es läuft keine [[Wikipedia:Komplexbildungsreaktion|Komplexbildungsreaktion]] ab, sondern lediglich ein Ionenaustausch ([[Wikipedia:Fällungsreaktion|Fällungsreaktion]]).
Das Produkt trägt den Namen [[Turnbulls Blau]] - Es läuft keine [[Komplexbildungsreaktion]] ab, sondern lediglich ein Ionenaustausch ([[Fällungsreaktion]]).
Fe<sup>3+</sup>-Ionen lassen sich mit [[Wikipedia:Gelbes Blutlaugensalz|gelbem Blutlaugensalz]] nachweisen:
: 4 Fe<sup>3+</sup> + 3 K<sub>4</sub>[Fe(CN)<sub>6</sub>] → Fe<sub>4</sub>[Fe(CN)<sub>6</sub>]<sub>3</sub> + 12 K<sup>+</sup>
Bei dieser Nachweisreaktion entsteht [[Wikipedia:Berliner Blau|Berliner Blau]], ein wichtiger Farbstoff.
=== Eisennachweise mit Thiocyanat ===
Die Fe<sup>2+</sup>- beziehungsweise Fe<sup>3+</sup>-Ionen können also als lösliches, beziehungsweise unlösliches [[Wikipedia:Berliner Blau|Berliner- /Turnbulls Blau]] mit Hilfe von [[Wikipedia:Kaliumhexacyanoferrat|Kaliumhexacyanoferrat]](II/III) nachgewiesen werden.
Alternativ kann man Eisen-III-salze durch Zugabe von Kalium- oder Ammoniumthiocyanatlösung („Rhodanid“) nachweisen (KSCN). Diese reagiert mit Eisen-III-Kationen zu Eisen-III-thiocyanat:
Berliner Blau und Turnbulls Blau sind eigentlich nur zwei Namen für die gleich Verbindung. Dies lässt sich leicht verstehen wenn man weiß, dass die blaue Farbe von Metall-Metall [[Wikipedia:Charge-Transfer-Komplexe|Charge-Transfer]] herrührt. Dabei geht Fe<sup>III</sup> in Fe<sup>II</sup> über und umgekehrt.
:<math>\mathrm{FeCl_3 + 3 KSCN \;\overrightarrow{\leftarrow}\; Fe(SCN)_3 + 3 KCl}</math>
Es ist bemerkenswert, dass dieses bekannte Eisennachweisreagenz selbst Eisen enthält, welches durch die Cyanidionen chemisch gut maskiert wird ([[Innerorbitalkomplex]]) und somit die Grenzen der chemischen Analytik aufzeigt.
=== Eisennachweis mit Thiocyanaten ===
Alternativ kann man Eisen(III)-salze mit [[Wikipedia:Thiocyanate|Thiocyanate]]n (Rhodaniden) nachweisen. Diese reagiert mit Eisen(III)-Ionen zu Eisen(III)-thiocyanat:
: Fe<sup>3+</sup> + 3 SCN<sup>−</sup> → Fe(SCN)<sub>3</sub>
Es bildet sich das tiefrote Fe(SCN)<sub>3</sub>, welches in Lösung bleibt.
Es bildet sich das tiefrote Fe(SCN)<sub>3</sub>, welches in Lösung bleibt.
Allerdings stören einige Begleitionen diesen Nachweis (z. B. [[Kobalt|Co]]<sup>2+</sup>, [[Molybdän|Mo]]<sup>3+</sup>, [[Quecksilber|Hg]]<sup>2+</sup>, Überschuss an [[Mineralsäuren]]), so dass u. U. ein [[Kationentrenngang]] durchgeführt werden muss.
Allerdings stören einige Begleitionen diesen Nachweis (z. B. [[Wikipedia:Cobalt|Co]]<sup>2+</sup>, [[Wikipedia:Molybdän|Mo]]<sup>3+</sup>, [[Quecksilber|Hg]]<sup>2+</sup>, Überschuss an [[Wikipedia:Mineralsäuren|Mineralsäuren]]), so dass u. U. ein [[Wikipedia:Kationentrenngang|Kationentrenngang]] durchgeführt werden muss.
== Verbindungen ==
=== Wertigkeiten und Oxidationsstufen ===
* Fe<sup>1+</sup>, äußerst ungewöhnlich, z. B. als Fe[(H<sub>2</sub>0)<sub>5</sub>NO]<sup>2+</sup>. (Ringprobe, Nachweis von NO<sub>3</sub><sup>-</sup>)
* Fe<sup>2+</sup>, diese Salze sind zumeist blassgrün,
* Fe<sup>3+</sup>, diese Ionen sind fast farblos. Lösungen von Fe(III)-Salzen reagieren stark sauer und sind gelb gefärbt. Die Farbe entsteht durch Charge-transfer-Banden von Hydroxo-Ionen, wie bei [Fe(H<sub>2</sub>O)<sub>5</sub>OH]<sup>2+</sup>.
* Fe<sup>4+</sup>, kommt in den Katalysezyklen einiger Enzyme vor (zum Beispiel [[Wikipedia:Cytochrom c Oxidase|Cytochrom c Oxidase]], [[Wikipedia:Cytochrom P450|Cytochrom P450]], [[Wikipedia:Peroxidase|Peroxidase]]n),
* Fe<sup>5+</sup>, Fe</sub>O<sub>4</sub><sup>3-</sup>
* Fe<sup>6+</sup>, ist selten (beispielsweise [[Wikipedia:Kaliumferrat|K<sub>2</sub>FeO<sub>4</sub>]]).
=== Oxide ===
Eisen bildet mit Sauerstoff zweiwertige und dreiwertige Oxide:
* '''[[Wikipedia:Eisen(III)-oxid|Eisen(III)-oxid]]''' (Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>) ist eine braune Substanz. Es entsteht durch Oxidation von Eisen im Sauerstoffüberschuss.
* '''[[Wikipedia:Eisen(II)-oxid|Eisen(II)-oxid]]''' (FeO) entsteht beim direkten Verbrennen von Eisen, z. B. mit dem Schneidbrenner. Es ist schwarz und bis 560 °C instabil.
* '''[[Wikipedia:Magnetit|Eisen(II,III)-oxid]]''' (Fe<sub>3</sub>O<sub>4</sub>) entsteht durch Umwandlung von FeO.
Da diese Oxide keine feste Schutzschicht bilden, oxidiert ein der Atmosphäre ausgesetzter Eisenkörper vollständig. Wenn sie vor dem endgültigen Verrosten eingesammelt und dem Recycling zugeführt werden, sind verrostetes Eisen und verrosteter Stahl bei der Stahlproduktion im Elektro-Schmelzofen ein begehrter und wertvoller Sauerstoffträger. Dieser Sauerstoff im Eisenschrott wirkt beim „Stahlkochen“ als Oxidationsmittel, um ungewünschte qualitätsmindernde Beimengungen (z. B. Leichtmetalle) zu oxidieren (verbrennen).
=== Salze ===
Eisen bildet zweiwertige und dreiwertige Salze:
* '''[[Wikipedia:Eisen(II)-chlorid|Eisen(II)-chlorid]]''' (FeCl<sub>2</sub>) wird angewendet zur [[Wikipedia:Sulfidfällung|Sulfidfällung]], [[Wikipedia:Faulgas|Faulgas]]entschwefelung, [[Wikipedia:Biogas #Reinigen und Aufbereitung von Biogas|Biogasentschwefelung]], [[Wikipedia:Chromate|Chromatreduzierung]] und [[Wikipedia:Phosphatelimination|Phosphatelimination]]; dazu gehört die [[Wikipedia:Simultanfällung|Simultanfällung]].
* '''[[Wikipedia:Eisen(II)-sulfat|Eisen(II)-sulfat]]''' (FeSO<sub>4</sub>) wird wegen seiner Farbe auch [[Wikipedia:Grünsalz|Grünsalz]] genannt. Anwendungen wie beim [[Wikipedia:Eisen(II)-chlorid|Eisen(II)-chlorid]], sowie bei getrocknetem [[Wikipedia:Eisen(II)-sulfat|Eisen(II)-sulfat]] als [[Wikipedia:Chromate|Chromatreduzierer]] speziell im [[Wikipedia:Zement|Zement]] gegen die [[Wikipedia:Chromatallergie|Chromatallergie]].
* [[Wikipedia:Eisen(III)-chlorid|Eisen(III)-chlorid]] (FeCl<sub>3</sub>) kann [[Kupfer]] oxidieren und lösen; deshalb kann man wässrige Eisen(III)-chlorid-Lösungen zum schonenden Ätzen von [[Wikipedia:Leiterplatte|Leiterplatte]]n verwenden. Reaktionsformel:
:Cu + 2 FeCl<sub>3</sub> = CuCl<sub>2</sub> + 2 FeCl<sub>2</sub>
* [[Wikipedia:Eisen(III)-chloridsulfat|Eisen(III)-chloridsulfat]] (FeClSO<sub>4</sub>)
Alle Eisensalze werden unter anderem verwendet als [[Wikipedia:Flockungsmittel|Flockungsmittel]] und zur [[Wikipedia:Phosphatelimination|Phosphatelimination]], dazu gehört die [[Wikipedia:Vorfällung|Vorfällung]], [[Wikipedia:Simultanfällung|Simultanfällung]], [[Wikipedia:Fällungsreaktion #Anwendung von Fällungsreaktionen|Nachfällung]] und [[Wikipedia:Fällungsreaktion #Anwendung von Fällungsreaktionen|Flockenfiltration]] sowie [[Wikipedia:Sulfidfällung|Sulfidfällung]], [[Wikipedia:Faulgas|Faulgas]]entschwefelung, [[Wikipedia:Biogas #Reinigen und Aufbereitung von Biogas|Biogasentschwefelung]]
=== Weitere Eisenverbindungen ===
Einzelne Eisenverbindungen:
* Fe<sub>3</sub>C, [[Wikipedia:Eisencarbid|Eisencarbid]],
* Fe(CO)<sub>5</sub>, [[Wikipedia:Eisencarbonyl|Eisencarbonyl]], Eisenpentacarbonyl, IPC (I für iron), entsteht unter Druck aus Eisen und [[Wikipedia:Kohlenmonoxid|Kohlenmonoxid]] und bildet nach seiner Zersetzung neben Kohlenmonoxid ein besonders reines Eisenpulver, das [[Wikipedia:Carbonyleisen|Carbonyleisen]]. Eine weitere Variante von Eisencarbonyl ist Fe<sub>2</sub>(CO)<sub>9</sub> und Fe<sub>3</sub>(CO)<sub>12</sub>.
* Fe(SCN)<sub>3</sub>, Eisen(III)-[[Wikipedia:thiocyanat|thiocyanat]], Eisen[[Wikipedia:rhodanid|rhodanid]], hat eine sehr ergiebige blutrote Färbung, dient zum Nachweis von Fe<sup>3+</sup>-Ionen.
== Siehe auch ==
== Siehe auch ==
* [[Eisen-Stoffwechsel]] – Bedeutung des Eisens im Organismus eines Lebewesens
* {{WikipediaDE|Kategorie:Eisen}}
* [[Elektrowerk]] – Herstellung von seltenen Legierungen wie Ferro-Chrom und Ferro-Molybdän
* {{WikipediaDE|Eisen}}
* [[Atomium]] – Das Wahrzeichen Brüssels, das einen Ausschnitt aus einem Eisen-Kristallgitter darstellt.
* [[Wikipedia:Eisen-Stoffwechsel|Eisen-Stoffwechsel]] – Bedeutung des Eisens im Organismus eines Lebewesens
* [[Wikipedia:Elektrowerk|Elektrowerk]] – Herstellung von seltenen Legierungen wie Ferro-Chrom und Ferro-Molybdän
* [[Wikipedia:Atomium|Atomium]] – Das Wahrzeichen Brüssels, das einen Ausschnitt aus einem Eisen-Kristallgitter darstellt.
== Literatur ==
H. Schoppa: ''Was der Hochöfner von seiner Arbeit wissen muß''. Verlag Stahleisen., Düsseldorf 1992, ISBN 3-514-00443-9.
== Weblinks ==
== Weblinks ==
{{Commons|Iron|Eisen}}
{{Commons|Iron|{{PAGENAME}}}}
{{Wiktionary|Eisen}}
{{Wiktionary|Eisen}}
* [http://www.ta7.de/txt/wissensc/wiss0013.htm Eisengewinnung im Hochofen]
* [http://www.ta7.de/txt/wissensc/wiss0013.htm Eisengewinnung im Hochofen]
* [http://www.landschaftsmuseum.de/Seiten/Lexikon/Eisengewinnung.htm Eisengewinnung in vorgeschichtlicher Zeit] Landschaftsmuseum Obermain
* [http://www.landschaftsmuseum.de/Seiten/Lexikon/Eisengewinnung.htm Eisengewinnung in vorgeschichtlicher Zeit] Landschaftsmuseum Obermain
* [http://www.wdrmaus.de/sachgeschichten/eisenbarren/ Nachhaltige Eisengewinnung früher, mit Lehmofen und Raseneisenerz] Eisenherstellung vom WDR
* [http://www.wdrmaus.de/sachgeschichten/eisenbarren/ Nachhaltige Eisengewinnung früher, mit Lehmofen und Raseneisenerz] Eisenherstellung vom WDR
* [http://www.radwerk-vordernberg.at Hochofenmuseum Radwerk IV]
* [http://www.radwerk-vordernberg.at Hochofenmuseum Radwerk IV]
== Einzelnachweise ==
<references/>
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[[Kategorie:Chemisches Element]]
[[Kategorie:Planetenmetalle|106]]
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[[zh-yue:鐵]]