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Siehe auch: Hochofen zur Eisenerzeugung, Eisen-Kohlenstoffdiagramm, Periodensystem der Elemente, Cobalt, Nickel, Ruthenium, Eisenphosphat, Eisensulfide, Phosphatierung von Eisen 
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Eisen

Autor: H. Lohninger

Ordnungszahl 26
Symbol Fe
CAS-Nr. 7439-89-6
Atomgewicht 55.845 amu
Elektronenkonfiguration [Ar] 3d6 4s2
Schmelzpunkt 1536 °C
Siedepunkt 2861 °C
Dichte 7.874 g/cm3
Quellen: Enghag 2004 , Wieser 2011
Geschichte
Eisen ist schon seit 5000 Jahren bekannt, die Hethiter in Kleinasien konnten schon 3000 v. Chr. Eisen durch Reduktion von Eisenoxiden mit Holzkohle herstellen. Rund 1200 v. Chr. wurde die Gewinnung und Verwendung von Eisen Teil des Know-Hows der damaligen Bevölkerung (Eisenzeit 1200 bis 450 v. Chr.).
Vorkommen

Eisen ist nach Sauerstoff das häufigste Element auf der Erde, allerdings liegt ein Großteil des Eisens im unerreichbaren Erdkern, so dass Eisen in der Erdkruste nur das vierthäufigste Element ist. Der Grund für die große Häufigkeit des Eisens ist in der Tatsache zu suchen, dass nur Atomkerne, die leichter als Eisen bzw. Nickel sind, bei der Kernfusion Energie abgeben, umgekehrt aber nur Kerne die schwerer als Eisen bzw. Nickel sind, unter Abgabe von Energie gespalten werden können (vgl. auch Massendefekt).
Elektrolytisch abgeschiedenes, hochreines Eisen. Foto: Wikimedia Commons, user Alchemist-hp.

Die wichtigsten Eisenerze sind Magnetit (Fe3O4, Magneteisenstein mit 45-70% Eisengehalt), Hämatit (Fe2O3, Roteisenstein mit 40-65% Eisenanteil) und Siderit (FeCO3, Spateisensetin mit 25-40% Eisengehalt). Weiters fällt bei der Schwefelsäuregewinnung aus Pyrit (FeS2) Rohmaterial zur Eisengewinnung an.

Gewinnung
Die Gewinnung von Eisen aus seinen oxidischen Erzen läuft immer auf die Reduktion des Oxids mit Koks in einem Hochofen oder mit Wasserstoff, Kohlenmonoxid oder Erdgas in einem Wirbelschicktofen hinaus. Grundsätzlich muss zwischen Gusseisen (sehr spröde, Kohlenstoffgehalt >2%) und Stahl (schmiedbar, Kohlenstoffgehalt <2%) unterschieden werden. Roheisen weist nach der Reduktion im Hochofen typisch ca. 4% Kohlenstoff auf. Stahl wird aus Roheisen durch Entzug des Kohlenstoffs hergestellt. Je nach Anforderungen werden dem Stahl auch noch andere Stoffe zulegiert (siehe auch Edelstahl).

Eigenschaften

Chemisch reines Eisen ist ein relativ weiches, silbrig-weiß glänzendes Metall, das reaktiv ist und leicht korrodiert. Eisen kommt in drei Modifikationen vor: α-Eisen bis 911°C, γ-Eisen zwischen 911 und 1392°C und δ-Eisen zwischen 1392°C und dem Schmelzpunkt bei 1536°C. α-Eisen ist ferromagnetisch, mit einem Curie-Punkt von 768°C, oberhalb ist es paramagnetisch.

Eisen kann eine geringe Menge an Kohlenstoff lösen, der die Eigenschaften des Eisens massiv beeinflusst (siehe auch Eisen-Kohlenstoffdiagramm). Weiters können die Eigenschaften von Eisen und Stahl durch Zulegieren anderer Metalle wie Chrom, Nickel, Mangan und/oder Vanadium in weiten Bereichen angepasst werden.

Da Eisen ein reaktives Element ist, wird es von Kohlendioxid- oder Luft-haltigem Wasser angegriffen. Dabei wird es zu Eisen(III)oxidhydroxid, FeO(OH), ("Rost") oxidiert. Eisen wird auch leicht von nicht-oxidierenden Säuren wie Salzsäure oder verdünnter Schwefelsäure angegriffen, während konzentrierte Schwefelsäure oder Salpetersäure zu einer Passivierung durch eine dichte oberflächliche Oxidschicht führen. Darum kann man diese Säuren auch in Eisengefäßen transportieren.

Verwendung
Eisen wird extrem vielfältig in Form seiner Legierungen eingesetzt (Stahlindustrie). Die moderne Welt wäre ohne Eisen kaum denkbar. Eisen ist aber auch ein lebensnotwendiges Element für viele Lebewesen, da Eisen die Basis für Hämoglobin bildet und zum Transport von Sauerstoff im Blut notwendig ist.


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Last Update: 2013-08-08