Raud

Raud (ladina keeles ferrum) on keemiline element järjenumbriga 26. Raud kuulub perioodilisussüsteemi VIII B rühma ja 4. perioodi.

Tal on neli stabiilset isotoopi massiarvudega 54, 56, 57 ja 58.

Raud on metall, tal on metallilised omadused.

Normaaltingimustel on raud tahke aine tihedusega 7,87 g/cm3. Raua sulamistemperatuur on 1539 °C. Raud esineb madalal rõhul nelja kristallmodifikatsioonina olenevalt temperatuurist.

Raud on kõige levinum element Maa koostises ning levimuselt maakoores neljandal kohal ning metallidest alumiiniumi järel teisel kohal.

Raua asetus perioodilisussüsteemis ja aatomi ehitus
Raud kuulub perioodilisussüsteemis VIII rühma kõrvalalarühma. Raua aatomi järjenumbrist (26) ja täisarvuni ümardatud aatommassist (56) järeldub, et raua aatomi tuumas on 26 prootonit ja 56–26=30 neutronit. Raud on neljanda perioodi element, mis tähendab, et tema elektronkatte 26 elektroni asuvad neljal elektronkihil : Fe : +26 / 2)8)14)2). Raua aatomi elektronkonfiguratsioon on lühendatud kujul järgmine:  
(Argooni aatomi elektronkonfiguratsioon pluss 8 ülejäänud raua elektroni)  Ar 3d6 4s2.

Keemiliste reaktsioonide käigus võib raud loovutada elektrone ka eelviimaselt elektronkihilt.

Ühendeis on raua oksüdatsiooniaste II või III, viimane neist on keemiliselt stabiilsem. Kuigi tavaliselt on raua oksüdatsiooniaste +2 või +3, võib see harvem olla ka -4, -2, -1, 0, +1, +4, +5, +6, +7.

Raua aatomituuma nukleonide seoseenergia on üks kõrgemaid. 56Fe ja 58Fe tuumade seoseenergiast nukleoni kohta on suurem üksnes nikli (62Ni) aatomituuma seoseenergia. Vaata ka raua positsiooni keemiliste elementide perioodilisussüsteemi kontekstis artikli seoseenergia peatükist "tuuma seoseenergia kõver".

Raud looduses
Raud on looduses laialt levinud element. Maakoores on rauda 6,2%. Selle näitaja järgi on raud neljas element maakoores. Raud on levinud ka kosmoses. Meie Päikesesüsteemi rauarikkamad planeedid on Merkuur ja Marss.

Lihtainena esineb rauda nii maailmaruumist Maale langenud meteoriitides kui ka magmakivimeis. Maa metalliline tuum sisaldab rauda. Meteoriitset rauda hakkas inimkond arvatavasti ka esimesena kasutama. Suurem osa rauast on maakoores ühenditena.

Rauaühendeid, mida kasutatakse malmi ja terase tootmisel, nimetatakse rauamaakideks. Maagi kaevandamisel saadakse koos rauaühenditega ka kivimeid ja mineraale, mis rauamaagi töötlemisel pole enamasti vajalikud. Selliseid jääkaineid nimetatakse aheraineteks.

Tähtsamad rauamaagid on järgmised. 
 Punane ja pruun rauamaak sisaldavad põhiühendina raud(III)oksiidi (Fe2O3), mis on hüdraaditud vee molekulidega (2Fe2O3, 3H2O jt). 
 Magnetiidi põhiosa moodustab triraudtetraoksiid, mis on musta värvusega kristalne magnetiline aine. Magnetiit on kõige rauarikkam ja puhtam rauamaak. Suurim leiukoht maailmas on Kurski oblast.
 Püriiti (FeS2) tavaliselt rauamaagina ei kasutata, sest väävel halvendab püriidist saadud rauasulamite kvaliteeti. Püriiti kasutatakse väävelhappe tootmisel. 
 Sideriit kujutab endast raudkarbonaati (FeCO3). Raudkarbonaat reageerib süsinikdioksiidi sisaldava veega, muutudes lahustuvaks raudvesinikkarbonaadiks: FeCO3 + H2O + CO2 = Fe(HCO3)2

Raua füüsikalised ja keemilised omadused
Raud on hõbevalge keskmise kõvadusega metall. Lisandid muudavad raua kõvemaks. Raua tihedus on 7874 kg/m3 ja sulamistemperatuur 1539 °C.

Raud on plastiline, mistõttu seda on võimalik valtsida ja sepistada. Raud on hea soojus- ja elektrijuht.

Raud on magneeditav. Raua kristallvõre muutub eri temperatuuridel.

Raud on keskmise aktiivsusega metall (asub metallide elektrokeemilise pingerea keskpaiga lähedal). Kuivas õhus ta hapnikuga ei reageeri, kuid niiskuses kattub kergesti roostekihiga. Mida lisanditevabam on metall, seda püsivam on ta korrosiooni suhtes.

Rauasoolad
Raud(II)sooladest on kõige tähtsam raud(II)sulfaat-vesi (1/7) (FeSO4*7H2O), mida rahvapäraselt nimetatakse raudvitrioliks. See on heleroheline vees lahustuv kristalne aine. Raud(II)sulfaat saadakse raua reageerimisel lahjendatud väävelhappega: 

Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2

Raud(II)sulfaati kasutatakse taimekahjurite tõrjevahendina, värvainetes ja tindi saamisel, kuid ka puiduimmutuslahuste valmistamiseks, et kaitsta puitu mädanemise eest.

Raud(III)sooladest on olulisemad raud(III)kloriid (FeCl3) ja raud(III)sulfaat (Fe2(SO4)3).

Raud(III)kloriidi võib saada vastavate lihtainete otsesel reageerimisel ja raud(III)oksiidi või -hüdroksiidi reageerimisel vesinikkloriidhappega: 

Fe2O3 + 6HCl = 2FeCl3 + 3H2O

Fe(OH)3 + 3HCl = FeCl3 + 3H2O

Kasutades vesinikkloriidhappe asemel väävelhapet, saadakse raud(III)sulfaat: 

2Fe(OH)3 + 3H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 6H2O

Raud(III)kloriidi ja –sulfaati kasutatakse reaktiividena keemialaborites.

VIII rühma kõrvalalarühma metallid
Erinevalt perioodilisussüsteemi teistest rühmadest on VIII rühma kõrvalalarühmas elemendid kolmekaupa, triaadides. Rauatriaadi kuuluvad raud, koobalt ja nikkel. Kaks järgmist triaadi sisaldavad plaatinametalle: 1) kergete plaatinametallide triaad – ruteenium, roodium ja pallaadium, 2) raskete plaatinametallide triaad – osmium, iriidium ja plaatina.

Rauasulamid 
Rauasulami omadusi mõjutab oluliselt süsinikusisaldus. Teras on rauasulam, milles on alla 2% süsinikku. Kui süsiniku sisaldus on 2–5%, siis on tegemist malmiga. Kõrvuti süsinikuga sisaldub terases ja malmis veel lisandina väävlit, räni, fosforit, mangaani jt elemente.

Eriterased ehk legeeritud terased sisaldavad lisandina mangaani, kroomi, niklit, molübdeeni, volframit jt metalle. Kroomilisand (kuni 13%) muudab terase korrosioonikindlaks ja suurendab kõvadust, Mo ja W suurendavad terase kuumakindlust, Mn (kuni 14%) tõstab terase kulumiskindlust, Ni suurendab terase sitkust ja vähendab soojuspaisumist, sellepärast valmistatakse sellest sulamist mõõteriistade osi, Cr ja Ni koos suurendavad terase kõvadust ja püsivust keemilistele mõjutustele.

Rauamaaki töödeldakse malmiks kõrgahjudes, erilistes konverterites vähendatakse malmis süsiniku ja teiste lisandite sisaldust ning saadakse teras.

Eristatakse valu- ja töötlusmalmi. Valumalmis sisaldub süsinik grafiidina. Et selle malmi murdepind on hall, nimetatakse seda sageli halliks malmiks. Valumalm on hästi valatav, sellest valatakse näiteks hoorattaid, seadmete aluseid ja pliidiraudu. Töötlusmalm sisaldab süsinikku raudkarbiidi Fe3C kujul. Niisuguse malmi murdepind on hele ja teda nimetatakse tihti valgeks malmiks. Töötlusmalm ei sobi valamiseks ja seda töödeldakse teraseks.

Raua saamine soomaagist

Eestis algas rauatootmine umbes 2000 aastat tagasi ja kestis arvatavasti kuni 18. sajandini. Raud oli ainus metall, mida Eestis sai toota kohalikust toorainest, soomaagist. See on tekkinud soistel aladel rauarikkast põhjaveest.

Tallinna teletorni ehituse ajal 1977. aastal avastatud sooraua leiukohas asub maak huumushorisondi all kohati kuni 0,7 m paksuse kihina, sisaldades kuni 40% rauda. Eesti suurim muistne rauasulatuskeskus asus Põhja-Saaremaal Tuiu küla lähistel, mida tuntakse Tuiu Rauasaatmemägedena. 1988. aastal tehti seal esimene katse esivanemate eeskujul soomaagist rauda sulatada, tulemuseks oli 680 g rauda, 1990 saadi seda juba rohkem kui kaks kilogrammi.

Rauasulatusahju kaks põhilist protsessi:

2C + O2 → 2CO; ...      Fe2O3 + 3CO → rauamaagi taandamine → 2Fe + 3CO2  
 
CaCO3  → CaO  +  CO2; ...    CaO + SiO2 → räbu teke → CaSiO3

Vaata ka 
Rauaaeg
Raudoksiidid

Välislingid

Raud viib väsimustunde, buduaar.ee, 21. jaanuar 2008
Arvi Lauringson: Kuidas soomaagist rauda saadi?

Keemilised elemendid
Lihtained
Metallid