Желязото е един от най-старите, най-разпространени и най-значими метали в човешката история. То е основен градивен материал на съвременния свят – от древните оръжия и инструменти до стоманените конструкции на мегаполисите.
| Желязо | |
 | |
| Информационна таблица | |
| Параметър | Информация |
|---|---|
| Име на елемента (български) | Желязо |
| Латинско / международно наименование | Ferrum |
| Химичен символ | Fe |
| Пореден номер (атомно число) | 26 |
| Период и група в таблицата | 4-ти период, 8-ма група |
| Блок (s, p, d, f) | d-блок |
| Категория / тип елемент | Преходен метал |
| Атомна маса | 55.845 u |
| Изотопи | Fe-54, Fe-56, Fe-57, Fe-58 |
| Плътност | 7.87 g/cm³ |
| Температура на топене | 1538°C |
| Температура на кипене | 2862°C |
| Кристална структура | Кубична обемноцентрична / лицевоцентрична |
| Цвят / външен вид | Сиво-сребрист метален блясък |
| Агрегатно състояние при 20°C | Твърдо |
| Откривател / година на откриване | Известно от праисторически времена |
| Място на откриване | Естествено срещан на Земята |
| Етимология на името | От лат. ferrum – желязо |
| Химическа формула | Fe |
| Окислителни степени | +2, +3 |
| Електронна конфигурация | [Ar] 3d⁶ 4s² |
| Електроотрицателност | 1.83 (по Полинг) |
| Йонизационна енергия | 762.5 kJ/mol |
| Ковалентен радиус | 132 pm |
| Топлопроводимост | 80.4 W/m·K |
| Електрическа проводимост | 10.0 × 10⁶ S/m |
| Магнитни свойства | Феромагнитен |
| Основни минерали | Хематит, магнетит, лимонит, сидерит |
| Основни приложения | Стомана, машиностроене, строителство |
| Биологично значение | Основен микроелемент в хемоглобина |
| Токсичност и безопасност | Излишъкът е вреден (хемохроматоза) |
| Използване в индустрията | Металургия, катализатори, инженерство |
| Използване в медицината | Железни добавки при анемия |
| Наличие във Вселената | Един от най-често срещаните метали |
| Методи за рециклиране | Металургично претопяване |
| Глобално годишно производство | ~1.8 милиарда тона |
| Основни производители | Китай, Бразилия, Австралия, Русия, Индия |
| Историческо значение | Определя „Желязната епоха“ на човечеството |
| Научна дисциплина | Химия, металознание, биология |
| Интересни факти | Желязото присъства в звездния прах и човешката кръв |
| CAS номер | 7439-89-6 |
| Код на ISO / IUPAC | Fe |
| Символика и културно значение | Символ на сила, стабилност и жизненост |
Без желязо не би съществувала нито индустриалната революция, нито модерната архитектура, транспорт и технологии. Освен индустриалното си значение, желязото има и жизненоважна биологична роля. То присъства в хемоглобина – белтъкът, който пренася кислород в кръвта, и е основен елемент за съществуването на живота на Земята. Във всеки човек се съдържат около 3–5 грама желязо, което поддържа клетъчния обмен и енергийния баланс.
Физични и химични свойства
Желязото е лъскав сиво-сребрист метал с висока здравина, ковкост и магнитни свойства. То принадлежи към 8-ма група на периодичната система и е преходен метал.
- Плътност: 7.87 g/cm³
- Температура на топене: 1538°C
- Температура на кипене: 2862°C
- Кристална структура: кубична обемноцентрична (α-Fe) и кубична лицевоцентрична (γ-Fe)
Желязото лесно се окислява във влажна среда, образувайки ръжда (Fe₂O₃·nH₂O). При нагряване с въглерод в пещи то се редуцира до чист метал, което е основният процес в металургията.
Химично поведение
Желязото показва няколко степени на окисление – +2 и +3 са най-типичните, но при специални условия може да достигне и +6.
- Fe²⁺ образува зеленикави соли, като железен сулфат (FeSO₄).
- Fe³⁺ образува кафяви съединения, например железен хлорид (FeCl₃).
Желязото реагира с киселини, като отделя водород, а в присъствие на кислород и вода се окислява, което води до корозия – естествено разрушаване на металните повърхности.
Срещане в природата
Желязото е четвъртият най-разпространен елемент в земната кора и най-разпространеният метал на Земята. То съставлява и голяма част от ядрото на планетата. В природата не се среща в чист вид, а като минерали и руди:
- Хематит (Fe₂O₃) – червено-кафява руда
- Магнетит (Fe₃O₄) – черен магнитен минерал
- Лимонит (FeO(OH)·nH₂O) – жълтокафяв хидроксид
- Сидерит (FeCO₃) – железен карбонат
Най-богатите находища се намират в Бразилия, Австралия, Русия, Китай и Индия. В България желязна руда се добива в районите на Мадан, Перник и Крумовград.
Добив и производство
Производството на желязо се извършва чрез високотемпературно редуциране на железни руди в доменни пещи с помощта на кокс. Полученият чугун съдържа до 4% въглерод и други примеси. След това чугунът се преработва до стомана – сплав от желязо и въглерод (до 2%), към която се добавят манган, хром, никел и други елементи за повишаване на качествата ѝ. Днес над 90% от всички метали, използвани в света, съдържат желязо. Годишното производство надхвърля 1,8 милиарда тона.
Приложения
Желязото е основата на модерната цивилизация. Приложенията му са почти безкрайни:
- Металургия и строителство: производство на стомана, греди, мостове, сгради и тръбопроводи.
- Машиностроене: използва се в автомобили, кораби, влакове, турбини и машини.
- Електротехника: в трансформатори и електромотори поради магнитните му свойства.
- Инструменти и оръжия: от древни мечове до съвременни индустриални остриета.
- Химическа промишленост: използва се като катализатор при синтез на амоняк и други процеси.
- Биология и медицина: участва в състава на хемоглобина и различни ензими.
Биологично значение
Желязото е незаменим микроелемент в човешкия организъм. То е ключов компонент на хемоглобина и миоглобина, които осигуряват транспорта на кислород в кръвта и мускулите. Недостигът на желязо води до анемия, отпадналост, бледост и нарушени когнитивни функции.
Източници на желязо: черен дроб, червено месо, спанак, леща, орехи, яйца и зърнени култури. Желязото присъства и в растенията – участва в синтеза на хлорофил и фотосинтезата. При недостиг листата пожълтяват, което е знак за желязна хлороза.
Токсичност и безопасност
Въпреки жизнената му роля, прекомерният прием на желязо може да бъде опасен. Излишъкът води до хемохроматоза – заболяване, при което желязото се натрупва в черния дроб и органите, причинявайки увреждания.
В промишлеността прахът и изпаренията от желязо могат да дразнят дихателните пътища. Затова се използват филтрационни и вентилационни системи.
Екологични аспекти
Желязото не е токсичен метал, но минното дело и металургията могат да замърсяват почви и води. Ръждата и железните соли оцветяват водните течения, но самият елемент лесно се рециклира. Благодарение на високата степен на рециклиране (над 90%), желязото е един от най-екологично устойчивите метали.
Интересни факти
Земята съдържа огромно количество желязо в ядрото си – вероятно под формата на сплав с никел. Кръвта е червена благодарение на железния атом в хемоглобина. Метеоритите, съдържащи желязо, са били първият източник на метала, използван от древните хора.
Желязото е магнитно само в α-фазата си при температура под 770°C (точка на Кюри). Без желязо нямаше да има модерни транспортни системи, небостъргачи и електрически двигатели.