Železo

Železo(chemická značkaFe,latinskyferrum) je nejrozšířenějšípřechodný kovovýprvek a druhý nejrozšířenějšíkovna Zemi, je také hojně zastoupen i ve vesmíru, kde hraje významnou roli vevývoji hvězd. Lidstvu je znám již odpravěku. V přírodě se minerály železa vyskytují velmi hojně a železo se z nich (ve forměslitinysuhlíkem) získáváredukcívevysoké peci.
Objev výroby a využití železa byl jedním ze základních momentů vzniku současné civilizace. Lidstvu je známo již od pravěku, průmyslová výroba v masovém měřítku však začíná teprve v18. století. Železo má mnohostranné využití k výrobě většiny základních technických prostředků používaných člověkem, zhotovovaných zeslitinželeza nazývanýchocelialitiny. Velmi významné jsou také sloučeniny železa, ať užanorganické,organickénebokomplexní. Železo je také velmi významnýmbiogenním prvkem, v organismu se podílí na přenášeníkyslíkuk buňkám a tím umožňuje život mnoha organismů na naší planetě. Nedostatek železa vede kchudokrevnosti, která se projevuje sníženou kapacitou krve pro dýchací plyny.
Železo je poměrně měkké, světle šedé až bílé. Je toferomagnetickýkov s malou odolností protikorozi. Je feromagnetické do teploty 768 °C –Curieův bod– kdy tuto vlastnost ztrácí. Železo patří mezi přechodné prvky, které mají valenčníelektronyv d-orbitalu. Ve sloučeninách se vyskytuje především v mocenství Fea Fe, sloučeniny Fejsou velmi nestálé a nemají praktický význam. Sloučeniny Fejsou velmi silnáoxidační činidla, ale nejsou stabilní, a proto se nevyužívají.
Chemicky je elementární železo značně nestálé a reaktivní. Velmi snadno se rozpouští působením minerálních kyselin. Vkyselině chlorovodíkovése rozpouští za vznikuchloridu železnatého, který se velmi rychle oxiduje rozpuštěnýmkyslíkemve vodě nachlorid železitý. Ve zředěnékyselině sírovése železo rozpouští za vznikusíranu železnatého, který se ovšem delším stáním na vzduchu oxiduje nasíran železitý, v koncentrované kyselině sírové se železo nerozpouští vlivem pasivace. Ve zředěnékyselině dusičnése železo rozpouští za vznikudusičnanu železitéhoa v koncentrované se pouze na povrchupasivujea nerozpouští.
Hydroxidy na železo za normální teploty nepůsobí, avšak zahříváním železných pilin s hydroxidem alkalického kovu vznikajíželezany. Působením vzdušné vlhkosti se železo snadnooxidujeza tvorby hydratovaných oxidů (rez). Tato reakce přitom nevede k ochraně materiálu povrchovou pasivací jako u mnoha jiných kovových prvků, protože vrstva rzi se snadno odlupuje a koroze pokračuje do hloubky materiálu. V suchém vzduchu (bez vlhkosti) reaguje železo skyslíkemaž při teplotě 150 °C a se samotnou vodou železo bez přítomnosti kyslíku vůbec nereaguje. Při žíhání železa ve vzduchu nebo jeho reakcí s vodní párou vznikáoxid železnato-železitýFe3O4. Železo se přímo za horka slučuje schlórem,sírouafosforema má schopnost se slučovat („slévat“) suhlíkemakřemíkem, naproti tomu se železo vůbec neslučuje sdusíkem.
Významnou vlastnostíatomového jádraželeza je skutečnost, že se vyznačuje nejvyšší vazebnou energií ze všech známých prvků. Prakticky to znamená, že přitermojaderné fúzi, probíhající v nitru hvězd je železo posledním prvkem, který lze tímto způsobem připravit za vzniku energetického zisku. Naopak při štěpení jader těžkých prvků je jádro atomu železa prvním, z něhož nelze štěpením získat energii.
Železo vzniká hvězdnounukleosyntézou,termonukleární fúzíkřemíkuv jádrech velkých hvězd na konci jejichvývoje. Železo jenejtěžšímprvkem, který se v posloupnosti od hélia v jádře hvězd syntetizuje za současného uvolnění energie. Železo se v jádře hvězdy hromadí, protože fúze jeho jader neuvolňuje energii. Gravitace nahromaděného železa porušíhydrostatickou rovnováhuhvězdy, způsobí jejígravitační kolapsa následnývýbuch supernovydruhého typu. Tím se železo s ostatními prvky vzniklými v jádře hvězdy rozptýlí do vesmírného prostoru. Při výbuchu supernovy se současně syntetizují prvky těžší než železo, které fúzí v jádru hvězdy vzniknout nemohou.
Železo je lidstvu známo již od prehistorické doby (halštatskéalaténskéobdobí), avšak ne všechny nálezy v přírodě lze pokládat za lidské výtvory. Železné kuličky staré 6000 let, které se nachází v přírodě, jsoumeteoritického původu.Ani později nalezené vzorky, které vzniklyredukcírud obsahujících železodřevěným uhlím, nelze považovat za odlité člověkem, protože bez použití měchů nelze dosáhnout patřičné teploty pro jeho redukci.
První železo vzniklé činností člověka, které bylo možno opracovávat kovářským způsobem, jehoubovité železo, které vzniklo nízkoteplotní redukcí železné rudy v zkujňovacím ohništi. Železná ruda se zahřívala v mělkých jamách s velkým přebytkemdřevěného uhlírozdmýchávaného měchem. Získaly se tak slinuté kusy kujného železa, které se dále zpracovalykovářským způsobem. S tímto způsobem výroby železa se setkáváme prvně uChetitůve třetím tisíciletí před naším letopočtem.Chetité výrobu železa velmi dobře střežili a k jeho rozšíření tak došlo teprve po rozpadu Chetitské říše někdy okolo roku1200 př. n. l., kdy začínádoba železná.
Vestředověkuse při zpracovávání přešlo od jam či plochých krbů k malým šachtovým pecím, z nichž se postupem času vyvinuly dnešnívysoké pece. Ve14. stoletíbyl zaveden pohondmýchadelvodní silou, což vedlo ke zvýšení teploty v peci a získalo se tak železo s větším obsahemuhlíku–surové železo. To není kujné, ale lidé se je postupně učili zpracovávat na kujné železo novým zahříváním za vydatného přívoduvzduchu.
Významný krok ve zpracování železných rud bylo zavedeníkoksujako paliva aredukčního činidlana konci18. století. Jeho použití lze považovat za jeden z hlavních faktorůprůmyslové revoluce.Zkujňování železa v 1. polovině 19. století probíhalo ještě v ne zcela roztaveném stavu vpudlovnách, teprve ve druhé polovině19. stoletíbylo výrazně zlepšeno pomocí zkujňování větrem (pochod Bessemerův, bessemerace,1855) a topení s regenerací tepla (proces Siemensův–Martinův,1865). V poslední době bylo pro výrobu vysoce kvalitníchocelízavedeno tavení velektrické peci.
Železo patří vzhledem ke stálosti svého jádra mezi prvky s velmi významným zastoupením na Zemi i ve vesmíru. Železo se vyskytuje také naMěsíci, kde jeho zastoupení v kůře činí 9 %. V měsíčním prachu je obsažen v kovové formě v množství okolo 0,5 %, v průměrně dvanáctimetrové povrchové vrstvě se nachází okolo 10tun železa.Vzemské kůřečiní průměrný obsah železa 4,7–6,2 % (62 000ppm), čímž se řadí na 4. místo podle výskytu prvků (před ním je jenkyslík,křemíkahliník).Předpokládá se, žezemské jádroje složeno především ze železa,kobaltuaniklua celkový podíl železa na složení naší planety je ještě podstatně vyšší (podle některých údajů až 35 %).
V mořskévoděse jeho koncentrace pohybuje pouze na úrovni 0,01 miligramů v jednom litru. Předpokládá se, že vevesmírupřipadá na jeden atom železa přibližně 40 000 atomůvodíku.
V přírodě se železo vyskytuje ve formě sloučenin v mnoharudách, které mohou být průmyslově využity k jeho výrobě. Nejvíce se vyskytuje ve forměoxidůauhličitanů.Z nejznámějších lze jmenovat napříkladhematit(krevel) Fe2O3,magnetit(magnetovec) Fe3O4,limonit(hnědel) Fe2O3· x H2O,ilmenitFeTiO3nebosiderit(ocelek) FeCO3. Známý je isulfidickýpyritFeS2, který se však kvůli obtížnému oddělenísíryod železa průmyslově tolik nezpracovává.Co do obsahu železa je z těchto rud nejhodnotnější magnetit, který obsahuje téměř tři čtvrtiny hmotnosti železa, ale nejhojněji se vyskytující rudou je hematit. Vzhledem k vysoké dostupnosti železných rud se vybírají ty kvalitnější.
K méně známým rudám železa, které nelze využívat k jeho výrobě, patří napříkladaugit(Ca,Mg,Fe)SiO3,chromitFeCr2O4,kobaltin(Co,Fe)AsS,jakobsitMnFe2O4,andraditCa3Fe2(SiO4)3,olivín(Mg,Fe)2SiO4,triplit(Mn,Fe,Mg,Ca)2(PO4)(F,OH),vivianitFe3(PO4)2· 8(H2O) awolframit(Fe,Mn)WO4.
Elementární kovové železo, které lze nalézt na zemském povrchu, je buď pozemské, nebo meteoritické. Pozemské je vzniklé nejspíše „přirozeným zhutněním“ železa obsaženého vbazaltech, přičemž se poukazuje na přítomnost uhelných vrstev nebo jejich uzavřenin (výskyty na ostrověDiskouGrónskači v Bühlu uněmeckéhoKasselu, v Česku vzácně zeStrak u Duchcova). Meteorický původ železa je praktickým důkazem významné přítomnosti železa v okolním vesmíru a minulosti bylo meteorické železo jediným zdrojem pro výrobu železných nástrojů, zbraní a dalších předmětů.
Velmi čisté železo se v menším množství vyrábí redukcí čistého oxidu nebo hydroxiduvodíkemnebo karbonylovým způsobem zahříváním železa v atmosféřeoxidu uhelnatéhoCO při zvýšeném tlaku a následným rozkladem vznikléhopentakarbonylu železaFe(CO)5při teplotě 250 °C na práškový kov.
Pro běžné použití se železo získává jakožtosurové železovevysoké peciredukcísvýchoxidůkoksemnebooxidem uhelnatým. Upravenérudyse střídavě naváží sestruskotvornýmilátkami (vápenec,oxidy křemíku) a koksem dovysoké pece.
Ve vysoké peci probíhá několik dějů. V dolní části pece se spaluje koks naoxid uhličitýCO2díky vhánění předehřátého vzduchu (popř. vzduchu obsahujícíhotopný olej).
Toutoexotermickou reakcíse pec v tavicí zóně vyhřívá na teplotu okolo 2 000 °C, což způsobí roztavení surového železa a tvorbustrusky. Struska je vrstva lehkých oxidů asilikátů, která chrání taveninu před zpětnou oxidací vzdušným kyslíkem.
Na dně se hromadí roztavené železo, odkud se vypouští odděleně od strusky. Ve vyšších vrstvách pece probíhá nepřímá redukce oxidů železa oxidem uhelnatým. Nejdříve dochází k redukcioxidu železitého(přechodně vznikáoxid železnato-železitýFe3O4) a k rozkladu vápence naoxid vápenatýCaO a oxid uhličitý (reakce potřebující méně energie):
V teplejší části se redukuje vzniklýoxid železnatýa dochází k nedokonalému spalování koksu za vzniku dalšího oxidu uhelnatého.
Ve spodních částech probíhá přímá redukce oxidů železa uhlíkem.
Celý proces probíhá prakticky nepřetržitě – na horní část vysoké pece se stále zavážíželezná ruda, železnýšrot, koks a struskotvorné přísady a naspodu se v určitých intervalech odpouští roztavené kovové železo – odpich vysoké pece.
Surové železo obsahuje řadu nežádoucích příměsí jako jeuhlíkC (3–5%),křemíkSi afosforP.V menší míře přijímá isíruS, která je ale více zadržena v podoběsulfidu manganatéhoMnS ve strusce. Surové železo se dobře odlévá, nejčastěji do forem požadované velikosti nebo doingotůči housek.Výsledný produkt je poměrně pevný a tvrdý, ale velmi křehký, a možnost jeho dalšího mechanického opracování po odlití je minimální; prakticky všechno surové železo se dálezpracovává na ocel. Struska se využívá vestavebnictvík výrobě tvárnic, izolací stěn a některých druhů cementu.
Obsah uhlíku v surovém železe je příliš vysoký, a proto je nutné jejoxidačnímprocesem v ocelářských zařízeních snížit. Toho se dociluje oxidací uhlíku buďtokyslíkemze vzduchu (Thomasůvkonvertor), profoukáváním kyslíkem (LD konvertor) nebo přisazováním železné rudy a ocelového odpadu do taveniny v nístějových pecích (Siemensův–Martinův proces, elektrická oblouková pec).
Získaná nelegovaná neboli měkká ocel je poměrně měkká a snadno se mechanicky zpracovává (tažení, kování, ohýbání atd.). Mechanické vlastnosti se dají dále upravovat tepelným zpracováním, napříkladkalením(zahřátím do červeného žáru a prudkým zchlazením vodou,minerálním olejem) nebopopouštěním(zahřátím na 200–300 °C a pomalým chlazením).Slouží k výrobě drátů, plechů, hřebíků a podobných produktů.
Další zkvalitnění vyrobené oceli se dosahujelegováním, tedy přídavky definovaných množství jinýchkovůza vznikuslitiny. Hlavními prvky pro legování ocelí jsounikl,chrom,vanad,mangan,wolfram,kobalta ve speciálních aplikacích ještě mnoho dalších. Rozlišujeme uklidněné a neuklidněné oceli. U uklidněných ocelí je rozpuštěný kyslík vázán přísadouhliníku(Al) nebokřemíku(Si).
Existuje více než 2 000 různých druhů ocelí s přesně definovaným složením a mechanickými vlastnostmi, jako jepevnost,tvrdost, chemická odolnost a řada dalších. Ocelové polotovary jsou dále zpracovány ve válcovnách na drát, plech, nosníky, kolejnice, profily, které jsou široce používány v průmyslu, stavebnictví atd. Část těchto polotovarů slouží jako výchozí materiál pro výrobu výkovků v kovárnách.
V přírodě se nacházejí 4 izotopy. Nejvíce rozšířeným přírodnímizotopemje vzhledem ke stabilitě svéhojádraFe (91,75%).Uvedený izotop má nejvyššíhmotnostní schodeka tedy i největšívazebnou energiijádra ze všech známých izotopů.Proto je také konečným produktemnukleosyntézyvehvězdách. Zbývající tři stabilní izotopy jsou:Fe (5,85%),Fe (2,12%) aFe (0,28%).
Fe je zaniklýradionuklids dlouhým poločasem rozpadu (1,5 mil. let). Většina prací v minulosti týkajících se měření izotopového složení Fe se soustřeďovala na určování změnFe vzhledem k procesům doprovázejícínukleosyntézu(vznik jádra atomu znukleonu) a formaci rudy. V posledním desetiletí pokrok vhmotnostní spektrometriiumožnil detekci rozdílů řádově v minutách, což jsou přirozeně se vyskytující rozdíly stabilních izotopů železa. Velká část této práce byla hnána komunitou vědců zabývajících seZemíaplanetárnímivědami, ačkoliv se začíná objevovat využití i v biologických a průmyslových systémech.
Ve sloučeninách se železo vyskytuje především v mocenství Fea Fe.Redox potenciálvzájemného přechodu výše zmíněnýchiontůleží v oblasti, která umožňuje současnou existenci obou forem vedle sebe. Železo se dále vyskytuje v oxidačním stavu Fea Fe. Sloučeniny těchto oxidačních stupňů železa nejsou příliš stabilní.
S běžnými minerálnímikyselinamitvoří železo soli v obou mocenstvích. V bezvodém stavu je většina solí bezbarvých a v hydratované podobě mají téměř všechny barvu – Fesolijsou nejčastěji bezbarvé až světle zelené a Fesoli jsou nejčastěji tmavě žluté až hnědé.
Nejvýznamnější železnatou sloučeninou jesíran železnatý, triviálnězelená skalice. Železnatésolijsou dobře rozpustné ve vodě, většinou jsou bezbarvé až světle zelené a snadno se oxidují na železité sloučeniny. Zelená barva vznikající v oblastividitelného spektraželeznatých sloučenin je dána díky komplexu [Fe(H2O)6].
Oxid železnatýFeO je černá práškovitá hmota. Nerozpouští se ve vodě, ale v pyroforickém stavu (jemně rozptýleném) dokáže vodu rozkládat a to zvláště za tepla. Připravuje se tepelným rozklademšťavelanu železnatého. Při tomto rozkladu se vylučuje ve své pyroforické podobě. Je stálý jen nad teplotou 575 °C, pod touto teplotou se rozkládá na železo aoxid železnato-železitý.
Hydroxid železnatýFe(OH)2je bílá vločkovitá sraženina, nerozpustná ve vodě. Velmi rychle pohlcujekyslíka přechází přes zelenou barvu až do hněda. Tento barevný pochod je způsoben oxidacíhydroxidu železnatéhonahydrátoxidu železitého.Hydroxid železnatýse připravuje srážením železnatých iontů iontyhydroxidovými.
Sulfid železnatýFeS je v čistém stavu červenavě hnědá práškovitá látka, pokud se připravuje zahříváním železa sesírou, nebo černá práškovitá látka, pokud se připravuje srážením roztoků železnatých solí roztokem alkalickéhosulfidu.Sulfid železnatýje nerozpustný ve vodě a v přírodě se vyskytuje jako nerostpyrhotin.
Disulfid železnatýFeS2je mosazně žlutá krystalická látka s kovovým leskem, která se nerozpouští ve vodě. V přírodě se vyskytuje jako nerostpyritamarkazit. Laboratorně jej lze připravit zahříváním práškového železa v nadbytkusíry.
Fluorid železnatýFeF2je bílá, ve vodě dobře rozpustná krystalická látka. V roztoku je schopen tvořit komplexní sloučeniny (viz níže)fluoroželeznatany.Fluorid železnatýpřipravuje se rozpouštěním železa vkyselině fluorovodíkové.
Chlorid železnatýFeCl2je v bezvodém stavu světle žlutá krystalická látka, v hydratované formě má modrozelenou barvu. Je dobře rozpustný ve vodě, ale velmi lehce se oxiduje nachlorid železitýa to i vzdušnýmkyslíkem. V roztoku dokáže vytvářet komplexní sloučeniny (viz níže)chloroželeznatany.Chlorid železnatýse připravuje převáděním parchlorovodíkupřes rozžhavené železné piliny.
Bromid železnatýFeBr2je v bezvodém stavu žlutozelená látka, v hydratované podobě to je zelená krystalická látka, dobře rozpustná ve vodě. Připravuje se převáděním parbromupřes rozžhavené železnaté piliny.
Jodid železnatýFeI2je v bezvodém stavu šedá krystalická látka, v čistém hydratovaném stavu zelená krystalická látka, dobře rozpustná ve vodě. Připravuje se syntézou z prvků, tedyjodua železa.
Rhodanid železnatýneboli thiokyanatan železnatý Fe(SCN)2je zelená krystalické látka, dobře rozpustná ve vodě. V roztoku je schopen tvořit komplexní sloučeniny (viz níže)rhodanoželeznatany. Na vzduchu se snadno oxiduje narhodanid železitý.Rhodanid železnatýse připravuje rozpouštěním železa vkyselině rhodanovodíkové.
Dusičnan železnatýFe(NO3)2je v hydratované formě zelená krystalická látka, velmi dobře rozpustná ve vodě. Navzduchuje stálý, ale za vyšší teploty se snadno oxiduje nadusičnan železitý.Dusičnan železnatýse připravuje rozpouštěním železa ve studené zředěnékyselině dusičné.
Síran železnatýFeSO4je v bezvodém stavu bezbarvá práškovitá látka, v hydratované podobě je nejznámější jako FeSO4· 7 H2O, což je triviálnězelená skalice, zelená krystalická látka. Ve vodě je dobře rozpustná, na vzduchu se pomalu oxiduje a za vyšší teploty probíhá oxidace nasíran železitýrychleji.Síran železnatýse připravuje rozpouštěním železa ve zředěnékyselině sírovéa používá se k výrobě inkoustu, berlínské modři, v barvířství (barvení vlny na černo), ke konzervování dřeva, k ničení plevele a jako součást některých léků k zajištění dostatečného příjmu železa do organismu.
Mohrova sůl(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O je triviální název pro hexahydrát síranu amonnoželeznatého. Je to podvojná sloučeninasíranu železnatéhoasíranu amonného, která je velmi dobře rozpustná ve vodě a využívá se v analytické chemii. Připravuje se krystalizací směsného roztokusíranu železnatéhoasíranu amonného.
Uhličitan železnatýFeCO3je bílá práškovitá látka, nerozpustná ve vodě, která se velmi rychle oxiduje nauhličitan železitýaoxid železitý, což se projeví změnou barvy z bílé na hnědou.Uhličitan železnatýse připravuje srážením roztoků železnatých solí roztokem alkalickéhouhličitanu.
Kyanid železnatý nebyl doposud připraven, ale existují jeho komplexní sloučeniny (viz níže)kyanoželeznatany.
Železité lze získat oxidací železnatých solí. Ve vodě jsou rozpustné podobně jako soli železnaté. Pokud jejich roztoky neobsahují přebytečnou kyselinu, je roztok hnědožlutý až tmavohnědý. Toto zbarvení je příčinou hydrolýzy železitých solí nahydroxid železitý, popřípadě vznikem zásaditých solí. Pokud budeme chtít hydrolýze zabránit přidáním nadbytečnékyseliny, tak často získáme acidokomplexní sloučeniny. Takovéto roztoky mají potom narůžovělou nebo žlutou barvu, nejčastěji jsou však bezbarvé. Pro velmi čisté železité sloučeniny je nutno upravit pH roztoku téměř na 0, při vyšším pH (okolo 2–3) se v roztoku vytváří koloidní gely, což vede ke vzniku červenohnědé sraženiny. Působením redukčních činidel se velmi lehce ze solí železitých připraví soli železnaté.
Oxid železitýFe2O3je červenohnědý prášek, nerozpustný ve vodě. V přírodě se vyskytuje jakonerosthematita v hydratované podobě jako nerostlimonit. V laboratoři se připravuje žíhánímhydroxidu železitého.
Hydroxid železitýFe(OH)3je červenohnědý prášek, nerozpustný ve vodě. V přírodě se vyskytuje jakonerostgoethitalepidokrokit. Čerstvě sraženýhydroxid železitýje amfoterní a rozpouští se vkyselináchna železité soli ihydroxidechnaželezitany.Hydroxid železitýse připravuje srážením roztoků železitých solí roztokem alkalického hydroxidu.
Sulfid železitýFe2S3je černá práškovitá látka, nerozpustná ve vodě. V přírodě se vyskytuje jako součást nerostubornitu.Sulfid železitýpřipravuje se srážením roztoků železitých solí roztokem alkalickéhosulfidu.
Ferityjsou pevné, nerozpustné, práškovité látky, nereagující s kyselinami ani hydroxidy. Mají obecný vzorec M2Fe2O4a z hlediska systematického názvosloví je lze považovat za diželezitany. Za písmeno M v obecném vzorci lze dosadtit libovolný kov, pokud by se dosadil trojmocný, tak vznikne látka s antiferromagnetismem, který se nazýváferimagnetismus. Ferity se používají na výrobu magnetických jader pro vysokofrekvenčnítransformátory.Ferity, které se označují jako hexagonální např. BaFe12O19, jsou také ferimagnetické a vyrábí se z nich permanentnímagnety. Třetí z ferimagnetických sloučenin jsou granáty s obecným vzorcem M3Fe3O12. Nejznámější z nich je granát yttrium-železo používaný jakomikrovlnnýfiltr a vradarech.
Fluorid železitýFeF3je v bezvodém stavu nazelenalá krystalická látka a v hydratované podobě je to bledě růžová až světle žlutá krystalická látka, špatně rozpustná ve vodě. V roztoku tvoří komplexní sloučeniny (viz níže)fluoroželezitany. Připravuje se rozpouštěnímhydroxidu železitéhovkyselině fluorovodíkové.
Chlorid železitýFeCl3v bezvodém stavu černohnědá krystalická látka, v hydratované podobě je to žlutohnědá hygroskopická látka, která se působením vzdušné vlhkosti samovolně roztéká. V plynné fázi vytváří dimer Fe2Cl6. V roztoku tvoří komplexní sloučeniny sloučeniny (viz níže)chloroželezitany. Připravuje se působenímchloruna rozžhavené železné piliny.Chlorid železitýse používá v elektrotechnice při výroběplošných spojůjako leptadlo, rozpouštějící nechráněnou vrstvu kovovémědi. Za jistých podmínek jsou kyselé roztoky chloridu železitého schopny rozpouštět i kovovézlato. Používá se také jako vločkovací přísada při čištění odpadních vod.
Bromid železitýFeBr3je v bezvodém stavu hnědočervená krystalická látka a v hydratované podobě je tmavě zelená krystalická látka, dobře rozpustná ve vodě a svými vlastnostmi velmi podobnáchloridu železitému. Připravuje se reakcíbromus rozžhavenými železnými pilinami.
Jodid železitýFeI3je látka, kterou nelze získat v čistém stavu, jelikož v roztoku dokáže existovat pouze v rovnováze s velkým množstvímjodidu železnatého. Při reakci železité soli sjodidovýmianiony totiž dochází k oxidaci jodidu najoda redukci železitého kationu na železnatý.
Chloristan železitýFe(ClO4)3je v hydratované podobě slabě narůžovělá, silně hygroskopická krystalická látka, velmi dobře rozpustná ve vodě.Chloristan železitýv roztoku hydrolyzuje přičemž častopolymeruje.Chloristan železitýse připravuje odkouřenímchloridu železitéhoskyselinou chloristou.
Dusičnan železitýFe(NO3)3je v hydratované podobě bezbarvá krystalická látka, velmi dobře rozpustná ve vodě. Ve vodě však hydrolyzuje za vzniku hnědého roztoku, čemuž lze zamezit přidáním nadbytečnékyseliny dusičné. Dusičnan železitý se připravuje rozpouštěním železa v 20–30 %kyselině dusičné.
Síran železitýFe2(SO4)3je v bezvodém stavu bílý prášek a v podobě hydratované soli je to bílá krystalická látka, dobře rozpustná ve vodě. V přírodě se vyskytuje jako nerostcoquimbitaquenstedtit. V roztoku vytváří snadno podvojné solikamence, které jsou v čistém stavu bezbarvé a používají se jako mořidlo a v barvířství. Nejvýznamnější jsoukamenec železito-amonnýakamenec železito-draselný.Síran železitýse připravuje oxidacísíranu železnatéhonebo rozpouštěníoxidu železitéhov koncentrovanékyselině sírové.
Fosforečnan železitýFePO4je nažloutlá práškovitá látka, nerozpustná ve vodě. V roztocích snadno přechází v komplexní sloučeniny (viz níže)fosfatoželezitany, které jsou rozpustné a mají bílou barvu.Fosforečnan železitýse připravuje srážením roztoků železité soli roztokem alkalickéhofosforečnanu.
Thiokyanatan železitýFe(SCN)3je krvavě červená krystalická látka, dobře rozpustná ve vodě. Ve vodě snadno vytváří komplexní sloučeniny (viz níže)rhodanoželezitany. Thiokyanatan železitý se připravuje reakcí železité soli sthiokyanatanovýmianiony a následným vytřepáním vetheru.
Sloučeniny železičité nejsou pro železo vůbec typické. Železičité sloučeniny zastupujíželezičitanyMI4FeO4, které tvoří černý krystalický prášek. Získávají se redukcí železanů v prostředí koncentrovaného hydroxidu nebo například zahříváním směsi hydroxidu shexahydroxoželezitanemv proudukyslíkupři teplotě 500–800 °C.
Ve vodném roztoku disproporcionují za vzniku železanů:
Sloučeniny železové jsou zastoupenyželezanyFeO2-4. Mají červenou barvu, navzduchujsou relativně stálé, ale ve vodném roztoku v neutrálním a zejména kyselém prostředí se snadno rozpadají. Připravují se zahříváním železných pilin sdusičnanemnebo oxidací čerstvě sraženéhohydroxidu železitéhochloremnebobromemv prostředí hydroxidu. Po vychladnutí se vzniklá hmota rozpouští na jasně červenofialový roztok a schloridem barnatýmdává sraženinuželezanu barnatého.
Železanyjsou velmi silná oxidační činidla (ještě silnější nežmanganistany). Oxidují napříkladamoniakjiž za studena přímo nadusíka samy se redukují na železitou sůl. V kyselém prostředí přecházíželezanyza vývoje kyslíku na železitou sůl. V prostředí koncentrovanéhohydroxidupřecházejíželezanynaželezičitanyza současného odštěpování kyslíku.
Oxid železnato-železitýněkdy označovaný jako diželezitan železnatý (Fe3O4resp. FeO·Fe2O3) je černý, ve vodě, hydroxidech a kyselinách nerozpustný, ferromagnetický prášek, který se v přírodě vyskytuje jako minerálmagnetit. Má z oxidů železa z praktického hlediska největší význam – je důležitou surovinou pro výrobu železa a slouží jako surovina pro výrobupigmentůčervené až hnědé barvy. V laboratoři jej lze připravit působenímvodní páryna rozžhavený prášek železa.
Podobné vlastnosti má oxid Fe4O5, uměle vytvořený teprve v r. 2011. Jeho existence je možná pouze při vysokých tlacích. Stavební prvky Fe3O4a FeO jsou svázány do komplexnější struktury izomorfní s CaFe3O5umožňující zachovat pevný stechiometrický poměr železa a kyslíku.Podobně komplexní strukturu má i oxid Fe5O6, taktéž existující pouze za vysokého tlaku.
Železité komplexy mohou být (na rozdíl odruthenitýchaosmitých) vysokospinové (častěji) i nízkospinové (sbipyridylen(bipy),fenantrolinem(phen) akyanidovýmianiony). Většinakomplexůmáoktaedrickéuspořádání, ale mohou se objevovat i jiná.
Komplexy Fenejsou přílišstabilnía mají tendenci se redukovat. Trojmocné železo tvoří řadu jednoduchých kationtů a ty tvoří soli s anionty, které nemají např. jako jodidy redukční schopnosti. Soli se dají získat zroztokův podobě krystalických světle růžových nebo světle fialovýchhydrátůs hexaaquaželezitým kationtem [Fe(H2O)6]. Je rovněž přítomen v kamencích [M(H2O)6][Fe(H2O)6](SO4)2, které se používají v barvířství jako mořidla. Nejlevnější solí jesíran železitýFe2(SO4)3·nH2O, který se vyskytuje jako 3, 6, 7, 9, 10 a 12-hydrát. Nejčastější je nonahydrát, který se používá jako koagulační činidlo při úpravě pitné vody a čištění městských a průmyslových odpadních vod.
Pokud se při krystalizaci z roztoků neudrží nízképH, dochází khydrolýzeza vzniku žlutých produktů, které znečišťují vylučující se sůl. K hydrolýze dochází také při rozpouštění železitých solí a žlutá barva roztoku se následně mění na hnědou. Tyto roztoky jsou poměrně kyselé. Při vyšším pH se vylučuje červenohnědásraženinahydratovanéhooxidu železitéhoFe2O3·nH2O.
Fedává přednostkyslíkatýmligandůmpředdusíkatými.Amonnékomplexy nejsou stabilní a ve vodném roztoku disociují. Mnohem stálejší jsouchelátotvorné komplexy(ligand s více donorovými elektrony) jako jsou například bipyridyl (bipy) a fenanthrolin (phen) (nízkospinové). Tyto sloučeniny však nejsou tak stabilní jako jsou analogické sloučeniny železnaté, například tmavě červený [Fe(phen)3]je ve vodném roztoku velice stálý, zatímco tmavě modrý [Fe(phen)3]se hydrolyzuje za vzniku polymerních hydroxo-částic a roztok mění barvu nakhaki.
Sfenolynebo enoly dává Feintenzivní zbarvení, což slouží jako důkaz těchto sloučenin. Přidánímkyseliny fosforečnédo žlutého roztokuFeCl3vznikají bezbarvé komplexy [Fe(PO4)3]a [Fe(HPO4)3]. Dalšími komplexy s kyslíkatými donory jsou zelené oxalatoželezitany [Fe(C2O4)3]a tmavě červený [Fe(acac)3]. Oxalatoželezitany jsou sice stálé vůči disociaci, ale jsou fotosensitivní a rozkládají se na Fe(C2O4)2a CO2.
Známé jsou i komplexy s ligandy obsahující kyslíkové i dusíkové donorové atomy, napříkladEDTAaSchiffovy báze. V [Fe(H2O)(edta)]jekoordinační číslo7 (pentagonální bipyramida) a v [FeCl(salen)] koordinační číslo 5 (čtvercová pyramida).
Stálosthalogenidovýchkomplexů klesá odfluorukbromu(komplexyjoduneexistují). Nejstálejší jsou fluoroželezitany, nejčastěji [Fe(H2O)F5], ale existují i komplexní sloučeniny typu [FeF6], a [FeF4]. Chloroželezitany se častěji vyskytují vtetraedrickémuspořádání [FeCl4]a méně častý je [FeCl5]. Bromoželezitany [FeBr4]jsou tepelně nestálé vlivemredoxních procesů(Fea Br2).
Charakteristické krvavě červené zbarvení dávají železité soli po přidání SCN. Způsobují ho vznikající thiokyanatoželezitany (rhodanoželezitany) [Fe(SCN)6], [Fe(SCN)4], Fe(SCN)3a převládající [Fe(H2O)5(SCN)].
Nejznámější nízkospinové komplexy jsou kyanoželezitany [Fe(CN)6]. Patří sem např. červená krevní sůl (hexakyanoželezitan draselný, ferrikyanid draselný) K3[Fe(CN)6], který se získáváoxidací[Fe(CN)6]např.chlorem. Kyanidové ligandy jsou však vázány natolik slabě, že jsou hexakyanoželezitany toxické. Má také nízkéoxidační účinky. Se solemi Feposkytují modrou sraženinu, nazývanouTurnbullova modř. Tato reakce je jedním zanalytickýchdůkazů přítomnosti dvojmocného železa ve vzorku.
Železité komplexy s pěti kyanidovými ligandy a jedním jiným se nazývajíprussidy. Z [Fe(CN)6]můžeme působením zředěných kyselin připravit [Fe(H2O)(CN)5]. Nejznámějšíje alenitroprussid sodnýNa2[Fe(CN)5(NO)]. Nitroprussidy slouží k důkazu Sza vznikučerveného[Fe(CN)5(NOS)].
Železnaté komplexy jsou na rozdíl od železitých velmistabilnía tvoří komplexní soli téměř se všemi anionty (až nadusitanový(redukce na NO),bromičnanovýajodičnanovýanion). Tyto roztoky obsahují hexaaquaželeznaté kationty [Fe(H2O)6], který se také vyskytuje např. v Fe(ClO4)2·6H2O, FeSO4·7H2O (zelená skalice) a (NH4)2SO4·FeSO4·7H2O (Mohrova sůl používaná v odměrné analýze). Železnaté soli nepodléhají hydrolýze, po přidání CO3se tak sráží FeCO3, který se na vzduchu následně oxiduje. Pokud je CO2v nadbytku, vzniká rozpustný Fe(HCO3)2. Jeho výskyt v minerálních vodách způsobuje vylučování FeCO3, který se oxiduje na hydratované oxidy železité Fe2O3·nH2O (hnědésraženiny).
Problém železnatých solí je jejich snadná oxidace (nejčastěji vzdušnýmkyslíkem) na železité sloučeniny, které nejsou zase stabilní v roztoku. Stálost vůči oxidaci na železité sloučeniny vykazují některépodvojné sloučeniny– zejménasírany, např. zmíněnáMohrova sůl.
Železnatý kation vykazuje, na rozdíl od železitého, výraznější sklon ke tvorbě komplexů sdusíkatýmiligandya výrazně menší sklon k tvorbě ligandů skyslíkatýmiligandy. Např. existuje [Fe(NH3)6]a méně stále komplexy s acac ašťavelanovýmaniontem.
Převážná většina železnatých komplexů jeoktaedrická. Ktetraedrickýmkomplexům patří komplexy schlorem,bromem,jodemarhodanidem[FeX4]. Železnaté komplexy jsou častěji vysokospinové, nízkospinové komplexy tvoří železo pouze sbipyridylen(bipy),fenanthrolinem(phen) akyanidovýmianionty.
[Fe(bipy)3]a [Fe(phen)3]jsou intenzivně červeně zbarvené. Druhý jmenovaný komplex slouží vanalytické chemiijako redoxní indikátorferroin, protože se při styku s oxidačním činidlem oxiduje namodrý[Fe(phen)3]. Vysokospinové mono- a bisfenathrolinové komplexy lze připravit obtížně.
Mezi nejznámější kyanoželeznatany [Fe(CN)6]patří světle žlutýhexakyanoželeznatan draselnýK4[Fe(CN)6] (žlutá krevní sůl, ferrokyanid draselný). Dříve se připravoval tavením dusíkatých živočišných zbytků (kůže, rohy, atd.) se železem a K2CO3. Je netoxický a dobře rozpustný ve vodě. Se solemi Feposkytují intenzivně modrou sraženinu, nazývanou berlínská modř. Tato reakce je jedním zanalytickýchdůkazů přítomnosti trojmocného železa ve vzorku.
Oxalatoželeznatany jsou komplexní sloučeniny s obecným vzorcem M2[Fe(C2O4)2]
Komplexy v nižších oxidačních číslech se podařilo připravit s karbonyly železa a to zejména Fe.Pentakarbonyl železaFe(CO)5je kapalná látka, vznikající tlakovým zahříváním práškového kovového železa v atmosféřeoxidu uhelnatého. Je nestálá toxická sloučenina, která se využívá k přípravě velmi čistého železa – lze ji snadnodestilačněoddělit od solí ostatních kovů.
Železo je biogenním prvkem a je také součástí organokovových sloučenin železa.Nejdůležitější biogenní a zároveň organokovovou sloučeninou železa je bezpochybyhemoglobin, který přenášíkyslíkv krvi a udržuje tak celý organismus při životě před vnitřním zadušením. K významným sloučeninám železa však také patří soli organických kyselin akarbonyly železa(viz výše).
Šťavelan železnatýFeC2O4je žlutá krystalická látka, nerozpustná ve vodě. V roztoku lze připravit i komplexní sloučeniny (viz výše)oxalatoželeznatany.Šťavelan železnatýse připravuje sražením železnatých solí vkyselinou šťavelovou. Používá se jakopigment.
Šťavelan železitýFe2(C2O4)3je hnědá práškovitá látka, rozpustná ve vodě a nestálá na světle. Na světle se totižšťavelan železitýredukuje našťavelan železnatý.Šťavelan železitýv roztocích vytváří rozpustné komplexní sloučeniny (viz výše)oxalatoželezitany. Připravuje se rozpouštěním železa vkyselině šťavelové.
Železo patří mezi tzv. mikrobiogenní prvky, které tvoří obvykle méně než 0,005% hmotnosti. V lidském těle se nachází asi 3–4 gramy železa. Z tohoto množství
Anémie z nedostatku železa patří mezi nejčastější nutriční deficienci na světě. V rozvojových zemích se vyskytuje u 30–40 % populace, zatímco v obecné populaci je to něco okolo 1–3 %.Ztráty železa jsou asi 0,5–1 mg za den, u žen větší ztráty 1,5–2 mg mají příčinu vmenstruaci. Podíl vstřebaného železa je pouze 3–6%. Doporučená denní dávka je 20 mg.Minimální denní příjem železa nezbytný pro červenoukrvetvorbuje 10–15 mg. Hlavním zdrojem železa v potravě je maso, především vnitřnosti jako játra, srdce a slezina. Zdrojem železa jsou ale iluštěniny, ořechy, listová zelenina, houby nebomák.Vitamín Czvyšuje biologickou využitelnost železa (i z rostlinných zdrojů).
Příjem železa v iontové formě (Fea Fe) není pokládán za optimální, především ion Feje značně rizikový. Celkový maximální obsah vpitné voděje normativně omezen na maximálně 0,2ppm(mg/l)č. 252/2004 Sb..
Organokovová komplexní sloučenina hemoglobin hraje totiž klíčovou roli v transportukyslíkuzplicdo tělesných tkání a je proto nezbytná prodýchání.
Chemicky je hemoglobin tvořenporfyrinovýmskeletem složeným ze 4pyrrolovýchjader, jejichždusíkovéatomy směřují do středu kruhu a komplexně váží atom železa. Porfyrinová struktura je v přírodě velmi běžná, zelené rostlinné barvivochlorofyls porfyrinovým skeletem má za centrální atomhořčíka s jeho pomocí produkují rostliny kyslík (fotosyntéza) a současně přeměňují energii slunečního záření na energeticky využitelné organické sloučeninysacharidy.
Hlavním nositelem hemoglobinu v krvi jsoučervené krvinky, které fungují jako přenašeč kyslíku z plic do organizmu. Důležitý je fakt, ževazebná energiemezi atomem železa a molekulou kyslíku je relativně značně nízká a tak může hemoglobin v tkáních s nízkým obsahem kyslíku uvolňovat jeho molekulu a naopak v plicních sklípcích bohatých kyslíkem molekulu kyslíku vázat a transportovat dále.
Porucha přenosu kyslíku nastává v případě, že se do plic dostane molekula s podobnými vazebnými charakteristikami jako kyslík. Nejběžnějším případem je zdeoxid uhelnatýCO, který se váže na hemoglobin stejně ochotně jako kyslík. Energie této vazby je však větší a dochází tak k zablokování přenosu kyslíku v důsledku nevratného obsazení molekul hemoglobinu oxidem uhelnatým. Protože komplexní sloučenina CO s hemoglobinem má intenzivně červenou barvu, projevuje seotravaoxidem uhelnatým zčervenáním sliznic postižené osoby.
Metabolické příčiny snížené tvorby červeného krevního barviva jsou obvykle vyvolány nedostatkem železa v přijímané potravě, ale nízké množství hemoglobinu může být způsobeno i vysokou ztrátou krve při úrazu, porodu apod. Navenek se tento stav projevuje chorobnou bledostí a zvýšenou únavou postiženého, medicínsky je tento stav označován jakochudokrevnostnebolianémie. Zvýšené riziko anémie nastává především u žen při porodu, ale částečně i při běžnémenstruaci.
Stejně jako ostatní minerály, i železo rostlina přijímá svodouz půdy. Feionty v půdě jsou obtížně rozpustné, proto rostlina vylučuje do svého okolí organické látky, které s železem reagují a tvořícheláty. Tyto cheláty se vážou namembránu, na které se železo redukuje z Fena FeFechelátreduktasou. Fepak vstupuje do buňky. U lipnicovitých (trav,Poaceae) se vylučované látky nazývajífytosideroforya skrz membránu procházejí neredukované Feionty. Fytosiderofory jsou případemfytometaloforů, neboť takto lze přijímat i jiné kovy. Železo se dále transportujexylémem. Skladováno je vefytoferitinu, což jeproteinovýobal, obalující 5000–6000 iontů železa. Nedostatek železa způsobuje světlé skvrny na listech, přebytek jejich bronzový nádech.