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Eisen ist nach Sauerstoff, Silizium und Aluminium das vierthäufigste Element in der Erdkruste. Seine Entdeckung begründete die Eisenzeit, die in Westeuropa zwischen 1200 und 600 v. Chr. festlegt wird.
Ein beeindruckendes industrielles Verfahren
Stahl wird hergestellt, indem Kohle und Eisenerz – in der Regel ein Oxid wie Hämatit (Fe2O3) oder Magnetit (Fe3O4) – zusammen erhitzt werden. Heutzutage wird dieses Verfahren in Hochöfen von über 30 Metern Höhe angewandt. Der Windkanal, der das Feuer schürt, ist rund um die Uhr in Betrieb. Das Eisen fliesst bei über 1500°C zu Boden. Es bildet sich Gusseisen, das etwa 5% gelösten Kohlenstoff enthält. Ist das Gusseisen einmal erkaltet, bildet es ein brüchiges Material. Darum wird Luft in das noch flüssige Eisen eingeblasen, die den Kohlenstoff verbrennt. Bleibt noch 1% Kohlenstoff, erhält man Stahl, der seit dem 18. Jahrhundert die Grundlage unserer Industrie darstellt. Bleibt gar kein Kohlenstoff übrig, erhält man weiches Eisen, das sich zur Herstellung von Eisendrähten oder Blech eignet.
Hier findest du ein Video über die Stahl-Herstellung.
Ein lebenswichtiges Element
Eisen bildet zwei Arten von Verbindungen, je nachdem, ob es sich in Oxidationsstufe +II oder +III befindet. Eisen(II)-Verbindungen haben grundstätzlich eine blassgrüne Farbe, Eisen(III)-Verbindungen sind braunrot. Die Oxidation von Eisen +II zu +III ist einfach, jedoch nicht umgekehrt.
Lebende Organismen benötigen etwas Eisen(II) für ihren Metabolismus. Sie können jedoch kein Eisen(II) aufnehmen. Man weiss von Ananas-Pflanzen in Australien, denen Eisen fehlt, obwohl sie sich auf eisenreichem Grund befinden. Sie benötigen Dünger, welcher Eisen(II) enthält.
Das rote Blutpigment heisst Hämoglobin und enthält ein zentrales Eisen(II)-Atom, das von Tausenden von Atomen umgeben ist. Es dient dazu, gasförmigen Sauerstoff (O2) von den Lungen zu den Zellen des Organimus zu transportieren.
Merkwürdige Eigenschaften
Einige Eisenerze zeigen seltsame Eigenschaften. Magnetit (Fe3O4) zum Beispiel ist ein schwarzes Oxid, dessen Eisenatome sich gleichzeitig in Oxidationsstufe +II und +III befinden. Seine Strukturformel ist: O=Fe-O-Fe-O-Fe=O. Es wird häufig in Magneten verwendet. Reines Eisen ist ferromagnetisch: Es wird stark von einem äusseren Magneten angezogen; jedoch verschwindet das Phänomen mit der Entfernung des äusseren Magnetens. Stahl ist ebenfalls ferromagnetisch, behält jedoch seine Magnetisierung auch nach der Entferung des Magneten. Ein anderes häufiges Erz ist der Pyrit, der goldgelbe Kristalle bildet. Schlägt man Pyrit gegen Feuersteine, sprüht er Funken.
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