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bgcolor="#a0ffa0">'''Atomar'''</th></tr> − <tr> − <td>[[Atomgewicht]]</td> − <td>55,845 [[Atomare Masseeinheit|amu]]</td></tr> − <tr> − <td>[[Atomradius]] (berechnet)</td> − <td>140 (156) [[picometer|pm]]</td></tr> − <tr> − <td>[[Kovalenter Radius]]</td><td>125 pm</td></tr> − <tr> − <td>[[van der Waals-Radius]]</td><td>N/A</td></tr> − <tr> − <td>[[Elektronenkonfiguration]]</td> − <td><nowiki>[</nowiki>[[Argon|Ar]]<nowiki>]</nowiki>3d<sup>6</sup>4s<sup>2</sup></td></tr> − <tr> − <td>[[Elektron|e<sup>-</sup>]] pro [[Energieniveau]]</td><td>2, 8, 14, 2</td></tr> − <tr> − <td>[[Oxidationszustand|Oxidationszustände]] ([[Oxid]])</td> − <td>2, '''3''', 4, 6 ([[amphoterisch]])</td></tr> − <tr> − <td>[[Kristallstruktur]]</td> − <td>kubisch (body centered cubic)</td></tr> − <tr> − <th colspan="2" align="center" bgcolor="#a0ffa0">'''Physikalisch'''</th></tr> − <tr><td>[[Materiezustand]]</td> − <td>Festkörper, ferromagnetisch</td></tr> − <tr> − <td>[[Schmelzpunkt]]</td> − <td>1808 [[Kelvin|K]] (1535 C)</td></tr> − <tr> − <td>[[Siedepunkt]]</td> − <td>3023 K (2750 C)</td></tr> − <tr> − <td>[[Molares Volumen]]</td> − <td>7,09 [[Wissenschaftliche Notation|×]]10<sup>-3</sup> [[Kubikmeter pro Mol|m<sup>3</sup>/mol]]</td></tr> − <tr> − <td>[[Verdampfungswärme]]</td> − <td>349,6 [[Kilojoule pro Mol|kJ/mol]]</td></tr> − <tr> − <td>[[Fusionswärme]]</td> − <td>13,8 kJ/mol</td></tr> − <tr> − <td>[[Dampfdruck]]</td> − <td>7,05 [[Pascal|Pa]] bei 1808 K</td></tr> − <tr> − <td>[[Schallgeschwindigkeit]]</td> − <td>910 [[Meter pro Sekunde|m/s]] bei 293,15 K</td></tr> − <tr> − <th colspan="2" align="center" bgcolor="#a0ffa0">'''Verschiedenes'''</th></tr> − <tr> − <td>[[Elektronegativität]]</td> − <td>1m83 ([[Pauling-Skala]]) </td></tr> − <tr> − <td>[[Spezifische Wärmekapazität]]</td> − <td>440 [[Joule pro Kilogramm-Kelvin|J/(kg*K)]]</td></tr> − <tr> − <td>[[Elektrische Leitfähigkeit]]</td> − <td>9m93 10<sup>6</sup>/m [[Ohm_(Einheit) |Ohm]]</td></tr> − <tr> − <td>[[Wärmeleitfähigkeit]]</td> − <td>80,2 [[Watt pro Meter-Kelvin|W/(m*K)]]</td></tr> − <tr> − <td>1<sup>st</sup> [[Ionisierungspotential]]</td> − <td>762,5 kJ/mol</td></tr> − <tr> − <td>2<sup>st</sup> [[Ionisierungspotential]]</td> − <td>1561,9 kJ/mol</td></tr> − <tr> − <td>3<sup>st</sup> [[Ionisierungspotential]]</td> − <td>2957 kJ/mol</td></tr> − <tr> − <td>4<sup>st</sup> [[Ionisierungspotential]]</td> − <td>5290 kJ/mol</td></tr> − <tr> − <th colspan="2" align="center" bgcolor="#a0ffa0">'''Stabilste Isotope'''</th></tr> − <tr> − <td colspan="2"> − <table border="1" cellspacing="0" cellpadding="2" width="100%"> − <tr> − <th>[[Isotop|iso]]</th> − <th>[[Natürliches Vorkommen|NA]]</th> − <th>[[Halbwertzeit]]</th> − <th>[[Zerfallsmodus|DM]]</th> − <th>[[Zerfallsenergie|DE]] [[mega|M]][[Elektronenvolt|eV]]</th> − <th>[[Zerfallsprodukt|DP]]</th></tr> − <tr> − <td><sup>54</sup>Fe</td> − <td>5.8%</td> − <td colspan="4">[[Stabiles Isotop|stabil]] mit 28 [[Neutron]]en</td></tr> − <tr> − <td><sup>55</sup>Fe</td> − <td>[[Synthetisches Radioisotop|{syn.}]]</td> − <td>2,73 a</td> − <td>ε-Einfang</td> − <td>0,231</td> − <td>[[Mangan|<sup>55</sup>Mn]]</td></tr> − <tr> − <td><sup>56</sup>Fe</td> − <td>91.72%</td> − <td colspan="4">stabil mit 30 Neutronen</td></tr> − <tr> − <td><sup>57</sup>Fe</td> − <td>2.2%</td> − <td colspan="4">stabil mit 31 Neutronen</td></tr> − <tr> − <td><sup>58</sup>Fe</td> − <td>0.28%</td> − <td colspan="4">stabil mit 32 Neutronen</td></tr> − <tr> − <td><sup>59</sup>Fe</td> − <td>{syn.}</td> − <td>44,503 d </td> − <td>β<sup>-</sup></td> − <td>1,565</td> − <td>[[Kobalt|<sup>59</sup>Co]]</td></tr> − <tr> − <td><sup>60</sup>Fe</td> − <td>{syn.}</td> − <td>1.5 10<sup>6</sup> a </td> − <td>β<sup>-</sup></td> − <td>3,978</td> − <td>[[Kobalt|<sup>60</sup>Co]]</td></tr> − </table> − </td></tr> − <tr> − <th colspan="2" align="center" bgcolor="#a0ffa0"><font size="-1"> − [[SI]]-Einheiten & [[Standardtemperatur und -Druck|STP]] werden benutzt,<br> − sofern nicht anders erwähnt.</font></th> − </tr> − </table> − <!-- Hier endet die Tabelle -->+ − + + − Das durchschnittliche Eisen-[[Atom]] hat etwa die 56-fache Masse eines+ − − Eisen ist das 10.-häufigste Element im [[Universum]]. − Technisch wird das [[Metall]] aus [[Eisenerz]] gewonnen.+ − Eisenerz enthält [[Eisenoxid]]e; Eisen kommt fast nie gediegen vor.+ − Eisenerz wird durch [[Verhüttung]] in zu Roheisen reduziert; − bei diesem Prozess werden auch Verunreinigungen entfernt (Schlacke). − Technisch ist Eisen für die Herstellung von [[Stahl]] bedeutsam.+ − Stahle sind [[Legierung]]en, die neben Eisen noch andere Metalle und − Nichtmetalle (insbesondere [[Kohlenstoff]]) enthalten. − Der [[Atomkern]] des Eisenisotops <sup>56</sup>Fe hat die höchste Bindungsenergie pro [[Nukleon]] aller Atomkerne.+ − Die Fusion von Elementen in [[Stern]]en endet somit beim Eisen.+ − Schwerere Elemente entstehen bei [[Supernova]]explosionen,+ − − verantwortlich sind. − == Anwendungen ==+ − Eisen ist mit 95 Gewichtsprozent das weltweit meistgebrauchte Metall.+ − Der Grund dafür liegt in seiner weiten Verfügbarkeit, die es preiswert macht, − sowie der Härte und Zähigkeit von Eisenlegierungen, die Eisen in vielen Bereichen nützlich macht. Viel Eisen wird bei der Herstellung von [[Automobil|Autos]], [[Schiff]]en und im Hochhausbau ([[Stahlbeton]]) eingesetzt. − Eisen ist eines der drei ferromagnetischen Metalle ([[Kobalt]] und [[Nickel]] sind die anderen) und erlaubt damit den großtechnischen Einsatz des Elektomagnetismus in [[Generator]]en, [[Transformator]]en und [[Elektromotor]]en.+ − Reines Eisenpulver wird nur in der Chemie verwendet. Industriell sind verschiedene Stahle verbreitet. Eisen wird in den folgenden Formen genutzt:+ + + + + − * [[Roheisen]] enthält 4% - 5% [[Kohlenstoff]] sowie unterschiedliche Anteile an [[Schwefel]], [[Phosphor]] und [[Silizium]]. Es ist ein Zwischenprodukt in der Herstellung von Gusseisen.+ − * [[Gusseisen]] enthält 2% - 3.5% Kohlenstoff und geringe Mengen [[Mangan]]. Schwefel und Phosphor, die dem Roheisen seine schlechen Materialeigenschaften geben, sind auf ein akzeptabeles Niveau reduziert. Gusseisen schmizt bei 1420-1470 K, unterhalb der individuellen Schmelzpunkte von Eisen und Kohlestoff. Gusseisen ist sehr hart und spröde; sogar weissglühendes Gusseisen zerspringt unter Bearbeitung. − * [[Kohlenstoffstahl]] enthält zwischen 0.5% und 1.5% Kohlestoff sowie geringe Mengen an Mangan, Schwefel, Phosphor und Silizium. − * [[Schmiedeeisen]] enthält weniger als 0.5% Kohlestoff. Es ist zäh und formbar, aber nicht sehr hart. Eine Schneide wird schnell stumpf. − * [[Legierter Stahl]] enthält variierende Anteile an Kovalenter, sowie Metalle wie [[Chrom]], [[Vanadium]], [[Molybden]], [[Nickel]], [[Wolfram]], usw. − * [[Ferrit]] wird als magnetisches Speichermedium verwedet. − + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + − === Naher Osten ===+ − 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. − Es wurde nicht durch Schmelzen oder Schmieden, sondern durch Methoden der Steinbearbeitung ([[Steinzeit]]) bearbeitet. − 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. Eine mögliche Herkunft ist als Nebenprodukt bei der Bronzeherstellung als Schwammeisen.+ + + − Zwischen 1600 und 1200 v. Chr. wurde Eisen verstärkt genutzt; es löste Bronze allerdings noch nicht ab. Seit 1200 fand dann im Nahen Osten der Übergang von der [[Bronzezeit]] zur [[Eisenzeit]] statt. Es wird vermutet, dass nicht die Materialüberlegenheit des Eisens, sondern ein Mangel an [[Zinn]] (zur Bronzeherstellung notwendig) den Übergang auslöste.+ − Bei dem ersten eisenzeitlichen Verhüttungsschritt entstand Schwammeisen. Durch den Gebrauch von [[Holzkohle]] bei der Weiterverarbeitung wurde dem Eisen Kohlenstoff zugefügt, mit dem Endresultat eines (zumindest oberflächlichen) Stahls. Durch härten (d.h. abruptes Abkühlen, i.a. in einer Flüssigkeit) entstanden Werkstücke mit einer Elastizität und Härte, die der Bronze überlegen war.+ + + − === China ===+ − Auch in China wurden die ersten Erfahrungen mit Eisen an Meteoriteisen+ − 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. − Etwa 550 v. Chr, in der späteren Zhou-Dynastie (1122 - 256 v. Chr),+ − fand mit der Entwicklung des Hochofens ein entscheidender technischer Durchbruch statt: die Produktion von Gusseisen wurde möglich.+ + + + + − + + + − Da europäische Verarbeitungstechniken nur Temperaturen von knapp 1300°C+ − erreichten, fand die Entwicklung von Gusseisen erst im 14. Jahrhundert in+ − − Als die schwindenden Wälder den wachsenden Holzkohlebedarf zur Eisengewinnung+ − + − Kohleprodukt Koks) von [[Abraham Darby]] als Alternative entwickelt. Diese Umstellung, zusammen mit der Erfindung der [[Dampfmaschine]], gilt als Beginn der [[Industrielle Revolution|industriellen Revolution]]. − + + + − + − + − − Das wichtigste Mineral zur Eisengewinnung ist [[Hämatit]], welches+ − größtenteils aus Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> besteht. Das Eisen wird durch chemische Reduktion mit Kohlenstoff im [[Hochofen]] gewonnen; dabei treten Temperaturen von etwa 2000°C auf. Zuerst wird [[Koks]] dem Hochofen zugegeben, wo es mit dem in der Luft enthaltenen [[Sauerstoff]] zu [[Kohlenmonxid]] reagiert: − : 2 C + O<sub>2</sub> → 2 CO+ + − Das Kohlenmonxid reagiert mit dem Eisenoxid:+ + − + − Aufgrund der hohen Reaktionstemperatur ist das entstehende Eisen flüssig.+ − Allerdings enthält es noch Verunreinigungen in Form von [[Siliziumdioxid]]. − Durch Zugabe von [[Kalk]] (CaCO<sub>3</sub>) wird das Siliziumdioxid als Schlacke abgesondert. Ein erster Reaktionsschritt wandelt den Kalk in Kalziummonoxid um: − : CaCO<sub>3</sub> → CaO + CO<sub>2</sub>+ − Daraufhin reagiert das Kalziummonoxid mit dem Siliziumdioxid:+ − + − + + + − Weltweit wurden im Jahre 2000 etwa 1.000 Megatonnen Eisenerz abgebaut,+ − mit einem Wert von etwa 25 Mrd. Euro. Die bedeutendsten Eisenerzlieferanten sind [[China]], [[Brazilien]], [[Australien]], [[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.+ + + + + + + + + + + − + − Da diese keine feste Schutzschicht bilden, oxidiert (d.h. verrostet)+ − ein der Atmosphäre ausgesetzter Eisenkörper vollständig. − Häufige Eisenoxidationsstufen und -verbindungen:+ − * Fe<sup>+2</sup>, + − * Fe<sup>+3</sup>, + − − * Fe<sup>+6</sup>, ist selten (z.B. K<sub>2</sub>FeO<sub>4</sub>) − * Fe<sub>3</sub>C − + + + + + + + + + + − 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%) and <sup>58</sup>Fe (0.3%). Das ursprünglich auch vorhandene Isotop <sup>60</sup>Fe hat eine [[Halbwertzeit]] von 1,5 Millionen Jahren, und ist vollständig in <sup>60</sup>[[Nickel|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 Bildung des Sonnensystems vorherrschenden − Bedingungen zu erschließen. − Nur das Eisenisotop <sup>57</sup>Fe besitzt einen Kernspin, und findet darum+ − − + + + + + − + + + + + + − Infizierende Bakterien nutzen oft Eisen, so dass ein Abwehrmechanismus des Körpers das 'Verbergen' von Eisen ist.+ + − + + + + + + + + − Obwohl Eisen ein wichtiges Spurenelement für den Menschen ist, kann zu viel+ − Eisen im Körper <font color="red">giftig</font> sein. Zu große Mengen an Fe<sup>2+</sup>-Ionen reagieren mit Peroxiden, wobei freie Radikale entstehen. Im Normalzustand werden letztere durch körpereigene Prozesse kontrolliert.+ − Etwa 1 Gramm Eisen verursacht bei einem zweijährigen Kind ernste Vergiftungserscheinungen, 3 Gramm können tödlich sein. Langandauernde Überversorgung mit Eisen führt zu Hämochromatose (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.+ − <!-- Links zu anderssprachigen Wikipedias -->+ + − + +
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'''Eisen''' (v. air. ''iarn'', dem Namen des [[Schwermetall]]s) ist ein
{{Infobox Chemisches Element
[[chemisches Element]] im [[Periodensystem]] der Elemente mit Symbol Fe (lat.
<!--- Periodensystem --->
''Ferrum'', Eisen) und Ordnungszahl 26.
| Name=Eisen
Es ist ein [[Metall]] der 4. Periode in der 8. Gruppe im Periodensystem.
| Symbol= Fe
| Ordnungszahl= 26
| Serie= [[Wikipedia:Übergangsmetalle|Übergangsmetalle]]
| Gruppe = 8
| Periode = 4
| Block= d
| Serienfarbe= LightCoral
<!--- Allgemein --->
| Aussehen =metallisch glänzend mit<br/>einem gräulichen Farbton
| Massenanteil= 4,7
<!--- 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
| Ionisierungsenergie_1= 762,5
| Ionisierungsenergie_2= 1561,9
| Ionisierungsenergie_3= 2957
| Ionisierungsenergie_4= 5290
<!--- Physikalisch --->
| Aggregatzustand= fest
| Modifikationen=
| Kristallstruktur= kubisch raumzentriert
| Netzebenenabstand bei Raumtemperatur_A= 2,86
| Dichte= 7,874 g/cm<sup>3</sup>
| RefTempDichte_K=
| Mohshärte= 4,0
| Magnetismus= ferromagnetisch
| Schmelzpunkt_K= 1808
| Schmelzpunkt_C= 1535
| Siedepunkt_K= 3023
| Siedepunkt_C= 2750
| 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/>
| RefTempSchallgeschwindigkeit_K= 293,15
| SpezifischeWärmekapazität= 452
| ElektrischeLeitfähigkeit= 9,93 · 10<sup>6</sup>
| RefTempElektrischeLeitfähigkeit_K=
| Wärmeleitfähigkeit= 80,2
| RefTempWärmeleitfähigkeit_K=
<!--- Chemisch --->
| Oxidationszustände= 2, '''3''', 4, 6
| Oxide=
| Basizität= amphoter
| Normalpotential= −0,447 V (Fe<sup>2+</sup> + 2e<sup>−</sup> → Fe)
| Elektronegativität= 1,83
| RL 67/548/EWG = Nein
| Gefahrensymbole = {{Gefahrensymbole|F}} (Pulver)
| 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
| Symbol= Fe
| Massenzahl= 52
| NH= 0
| Halbwertszeit= 8,275 [[Wikipedia:Stunde|h]]
| Zerfallstyp1ZM= [[Wikipedia:Elektronen-Einfang|ε]]
| Zerfallstyp1ZE= 2,372
| Zerfallstyp1ZP= [[Wikipedia:Mangan|<sup>52</sup>Mn]]
}}
{{Vorlage:Infobox Chemisches Element/Isotop
| AnzahlZerfallstypen=1
| Symbol=Fe
| Massenzahl= 53
| NH= 0
| Halbwertszeit= 8,51 [[Wikipedia:Minute|min]]
| Zerfallstyp1ZM= [[Wikipedia:Elektronen-Einfang|ε]]
| Zerfallstyp1ZE= 3,743
| Zerfallstyp1ZP= [[Wikipedia:Mangan|<sup>53</sup>Mn]]
}}
{{Vorlage:Infobox Chemisches Element/Isotop
| Symbol= Fe
| OZ = 26
| Massenzahl= 54
| NH= 5,8
}}
{{Vorlage:Infobox Chemisches Element/Isotop
| AnzahlZerfallstypen= 1
| Massenzahl= 55
| Symbol= Fe
| NH= 0
| 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
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{{Vorlage:Infobox Chemisches Element/Isotop
| Symbol=Fe
| OZ = 26
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{{Vorlage:Infobox Chemisches Element/Isotop
| AnzahlZerfallstypen= 1
| Massenzahl= 59
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| Halbwertszeit= 44,503 [[Wikipedia:Tag|d]]
| Zerfallstyp1ZM= [[Wikipedia:Betastrahlung|β<sup>−</sup>]]
| Zerfallstyp1ZE= 1,565
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{{Vorlage:Infobox Chemisches Element/Isotop
| Massenzahl= 60
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| 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 ==
=== 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 [[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 [[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.
== Wichtigste Eigenschaften ==
=== 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.
550 v. Chr. wurde der [[Wikipedia:Hochofen|Hochofen]] entwickelt: Jetzt war das Herstellen von [[Wikipedia:Gusseisen|Gusseisen]] möglich.
[[Wasserstoff]]-Atoms.
=== Europa ===
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 ([[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 [[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]].
=== Eisenfunde ===
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.
die auch für das Verstreuen der im Stern fusionierten Materie
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.
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.
== Geschichte ==
=== 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>
|-
! Rang
! Land
! Produktion<br />(in Mio. [[Wikipedia:Tonne (Einheit)|t]])
! Rang
! Land
! Produktion<br />(in Mio. t)
|-
| 1 || [[Wikipedia:Volksrepublik China|VR China]] || 202,3 || 10 || [[Wikipedia:Frankreich|Frankreich]] || 13
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| 2 || [[Wikipedia:Japan|Japan]] || 82,1 || 11 || [[Wikipedia:Taiwan|Taiwan]] || 10,3
|-
| 3 || [[Wikipedia:Russische Föderation|Russische Föd.]] || 48,3 || 12 || [[Wikipedia:Italien|Italien]] || 10,1
|-
| 4 || [[Wikipedia:Vereinigte Staaten|Vereinigte Staaten]] || 39,1 || 13 || [[Wikipedia:Vereinigtes Königreich|Vereinigtes Königreich]] || 10,1
|-
| 5 || [[Wikipedia:Brasilien|Brasilien]] || 32 || 14 || [[Wikipedia:Kanada|Kanada]] || 8,5
|-
| 6 || [[Wikipedia:Ukraine|Ukraine]] || 29,6 || 15 || [[Wikipedia:Belgien|Belgien]] || 7,8
|-
| 7 || [[Wikipedia:Deutschland|Deutschland]] || 29,5 || 16 || [[Wikipedia:Südafrika|Südafrika]] || 6,2
|-
| 8 || [[Wikipedia:Südkorea|Südkorea]] || 27,3 || 17 || [[Wikipedia:Australien|Australien]] || 6,1
|-
| 9 || [[Wikipedia:Indien|Indien]] || 26,1 || 18 || [[Wikipedia:Niederlande|Niederlande]] || 5,8
|}
Für eine ausführlichere Liste der Produktionsländer siehe [[Wikipedia:Liste der größten Roheisenerzeuger|Liste der größten Roheisenerzeuger]].
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 -->
* 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: [[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 ==
[[Bild:Iron Bridge.JPG|thumb|Brücke über den Severn]]
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 [[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 auch 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:
* [[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.
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.
== 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.
== Medizinische Bedeutung ==
=== Normaler Eisenstoffwechsel ===
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:
http://www.med4you.at/physiologie/physio_eisenstw.htm SCHEMA DES EISENSTOFFWECHSELS;
http://www.eisenueberladung.de/_eisenueberladung/_eisenstoffwechsel/index.shtml?highLightLeft=11#17-->
=== Europa ===
=== Eisenbedarf und Eisenmangel ===
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, Kaffee oder schwarzem Tee von diesen gehemmt.
=== Toxizität und Eisenüberladung ===
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.
[[Schweden]] ([[Lapphyttan]] und [[Vinarhyttan]]) statt. Mit der Kanonenkugel verbreitete sich die Gusseisenverarbeitung schnell über ganz Europa.
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>
in [[Großbritannien]] nicht mehr decken konnten, wurde [[Kohle]] (genauer das
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>
== Vorkommen ==
== Nachweis ==
Bei der [[Wikipedia:Nachweisreaktion|Nachweisreaktion]] für Eisen-Ionen werden zunächst die beiden Kationen
Fe<sup>2+</sup> und Fe<sup>3+</sup> unterschieden.
Mit einem Anteil von 5% ist Eisen eines der häufigeren Elemente der
=== '''Eisennachweis mit Thioglycolsäure''' ===
[[Erdkruste]]. Die ersten Quellen die ausgebeutet wurden, sind Raseneisenerz
Mit [[Wikipedia:Thioglycolsäure|Thioglycolsäure]] lassen sich Fe<sup>2+</sup>- und Fe<sup>3+</sup>-Ionen nachweisen:
und offenliegende Erze. Heute wird vor allem 40%iges Magneteisenerz genutzt.
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 CO + Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub> → 2Fe + 3CO<sub>2</sub>
: 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]]).
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>
: CaCo + SiO<sub>2</sub> → CaSiO<sub>3</sub>
Bei dieser Nachweisreaktion entsteht [[Wikipedia:Berliner Blau|Berliner Blau]], ein wichtiger Farbstoff.
Die entstehende Schlacke wird im Tiefbau, früher auch als Dünger, eingesetzt.
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.
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.
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.
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 ==
== 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>]]).
Eisen bildet zweiwertige und dreiwertige Oxide.
=== 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.
* Fe<sup>+4</sup>, kommt in einigen Enzymen vor (z.B. [[Peroxidase]]).
== Isotope ==
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]]
Anwendung in der Chemie und Biochemie.
== Biologie ==
=== 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.
Eisen ist ein essentielles Spurenelement für viele Tiere, die es als Zentralatom im [[Hämoglobin]] benötigen. Weiter ist Eisen Bestandteil des Eisen-Schwefel-Komplexes (Iron-Sulphur-Cluster) vieler Enzyme.
== Siehe auch ==
* {{WikipediaDE|Kategorie:Eisen}}
* {{WikipediaDE|Eisen}}
* [[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.
== Vorsichtsmaßnahmen ==
== Weblinks ==
{{Commons|Iron|{{PAGENAME}}}}
{{Wiktionary|Eisen}}
* [http://www.ta7.de/txt/wissensc/wiss0013.htm Eisengewinnung im Hochofen]
* [http://www.die-roemer-online.de/eisenherstellung/eisenherstellung.html die-roemer-online.de] Eisenherstellung in der Römerzeit
* [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.radwerk-vordernberg.at Hochofenmuseum Radwerk IV]
== Einzelnachweise ==
<references/>
{{Navigationsleiste Periodensystem}}
[[Kategorie:Chemisches Element]]
[[Kategorie:Planetenmetalle|106]]
[[en:Iron]] [[fr:Fer]] [[ja:鉄]] [[nl:IJzer (metaal)]] [[sv:Järn]]
{{QuelleWikipedia|datum=28. December 2019|oldid=195577671|oldid-lokal=28552|geschichte=true}}
[[Kategorie:Wikipedialinks mit lokalen Entsprechungen]]