Żelazo (Fe, łac. ferrum) – metal z VIII grupy pobocznej.

Posiada 25 izotopów z przedziału mas 45 - 69. Trwałe są izotopy 54, 56, 57 i 58. Najwięcej jest izotopu 56 (92%).

 

Występowanie w skorupie ziemskiej 

Występuje w skorupie ziemskiej w ilości ok. 6% w minerałach takich jak np.:

• czerwony hematyt (Fe₂O₃),
• czarny magnetyt (Fe₃O₄),
• syderyt (FeCO₃),
• limonit,
• getyt (FeO(OH),
• piryt (FeS₂)
• arsenopiryt (FeAsS)
• i wiele innych.

W wydobyciu rud żelaza w 2003 roku, wynoszącym ogółem ok. 1 mld ton, przodowały: Chiny (240 mln ton), Brazylia (215 mln ton), Australia (ok. 190 mln ton), Rosja (90 mln ton) i Indie (80 mln ton).

W Polsce zasobów żelaza w okolicach Suwałk nie wydobywa się w związku z groźbą zaistnienia katastrofy ekologicznej oraz z uwagi na głębokie położenie złóż.

Żelazo znane było już cywilizacjom starożytnym.

Oprócz minerałów, duże znaczenie technologiczne mają karbonylkowe kompleksy żelaza, które otrzymuje się z chlorków żelaza i które są katalizatorami licznych reakcji organicznych. Żółty chlorek żelaza(II) o kwaskowym smaku, jest podawany przy niedokrwistości.

 

Znaczenie biologiczne 

Znaczenie biologiczne dla organizmu ludzkiego

Pierwiastek ten należy do ważnych dla zachowania pełni zdrowia składników pokarmowych. Atom żelaza znajduje się w wielu ważnych białkach: hemoglobinie, mioglobinie, w tym też w centrach aktywnych licznych enzymów takich jak: katalaza, peroksydazy oraz cytochromy. Ponieważ zapotrzebowanie na żelazo jest zmienne i zależy od wieku, płci i stanu organizmu, norma dobowego spożycia waha się w dość dużych granicach. U osób dorosłych: od 10 mg/dobę u mężczyzn, do 20 mg u kobiet, z zastrzeżeniem że w okresie ciąży i karmienia powinno to być ok. 30 mg/dobę. Chociaż organizm ma dość dobrze rozwinięte mechanizmy regulacyjne, w niektórych sytuacjach może dojść do schorzenia nazywanego hemochromatozą, związanego z nadmiarem żelaza w organizmie. Duże ilości soli żelaza(II) są toksyczne. Sole żelaza(III-VI) są nieszkodliwe, ponieważ się nie wchłaniają.

Prawidłowe stężenie żelaza w surowicy krwi:

• wartość średnia
  • mężczyźni 21,8 μmol/L, 120 μg/dL
  • kobiety 18,5 μmol/L, 100 μg/dL
• wartość skrajna
  • mężczyźni 17,7 - 35,9 μmol/L, 90 - 200 μg/dL
  • kobiety 11,1 - 30,1 μmol/L, 60 - 170 μg/dL

Żelazo wchłania się w dwunastnicy i jelicie cienkim w postaci Fe +2. Po wchłonięciu wiązane jest przez apoferrytynę w błonie śluzowej przewodu pokarmowego. Powstaje ferrytyna, a żelazo znajduje się wtedy na +3 stopniu utlenienia. We krwi transportowane jest przez transferynę. Magazynowane jest w wątrobie również w postaci ferrytyny.

Niedobór spotyka się w stanach zwiększonego zapotrzebowania, zaburzeń wchłaniania lub zwiększonej utraty żelaza. W takim przypadku może wystąpić niedokrwistość. Należy wprowadzić suplementację preparatami żelaza. Powinno się stosować ją m.in: u osób po zabiegach operacyjnych z dużą utratą krwi, u osób z krwawieniami z przewodu pokarmowego, z dróg rodnych, kobiet ciężarnych, karmiących, przy obfitych menstruacjach, u wcześniaków, u dzieci po konflikcie serologicznym, u osób z zaburzeniami wchłaniania.

Znaczenie w botanice

Niedobór żelaza u roślin powoduje zakłócenia przebiegu fotosyntezy i chlorozę młodych liści.

 

Formy występowania 

Czyste żelazo jest lśniącym, srebrzystym i miękkim metalem, który ulega łatwo korozji. Od wieków jest stosowane w formie stopów z węglem zwanym żeliwem i stalą oraz stopów z manganem, chromem, molibdenem, wanadem i wieloma innymi (są to tzw. stale stopowe).

Żelazo występuje w dwóch odmianach alotropowych:

• żelazo α - w zakresie wysokotemperaturowym oznaczana niekiedy α lub α(δ).
• żelazo γ

Jedynie żelazo α posiada własności ferromagnetyczne.

Przemiana alotropowa żelaza α w żelazo γ zachodzi w temperaturze 723°C przy schładzaniu lub 728°C przy ogrzewaniu.

Przemiana alotropowa żelaza γ w żelazo α(δ) zachodzi w temperaturze 1400°C.

 

Żelazo rodzime 

Żelazo rodzime – minerał z gromady pierwiastków rodzimych.

Nazwa pochodzi od Ferrum Noricum – celtyckich plemion produkujących wysokogatunkowe żelazo (teren dzisiejszej Austrii). Minerał bardzo rzadki.

 

Właściwości 

• Symbol chemiczny: Fe /ferrum/ - żelazo
• Układ krystalograficzny: regularny
• Twardość: 4-5
• Gęstość: 7,88
• Rysa: stalowoszara, metalicznie błyszcząca
• Barwa: stalowoszara lub prawie czarna
• Przełam: haczykowaty lub zadziorowaty
• Połysk: metaliczny

Minerał nieprzezroczysty, kowalny, ciągliwy. Wykazuje silne właściwości magnetyczne. Zazwyczaj zawiera niewielkie domieszki niklu, czasem kobaltu, miedzi, manganu, siarki, węgla. Tworzy skupienia ziarniste, zbite, wyjątkowo tworzy niewielkie kryształy o postaci sześcianu lub ośmiościanu.

 

Występowanie 

W skałach magmowych, najczęściej w bazaltach oraz w meteorytach (najbardziej znany meteoryt żelazny to "Canyon Diablo" z krateru Barringera w Arizonie w USA), również w skałach osadowych.

Miejsca występowania: Na wyspie Disko u wybrzeży Grenlandii (w bazaltach; znajdowano rodzimki o wadze nawet do 20 ton), Missouri Clinton County (USA; skały osadowe karbonu), Nowy Brunszwik (Kanada; łupki), Hesja (Niemcy).

 

Zastosowanie 

Ze względu na rzadkość występowania, żelazo rodzime nie ma praktycznego zastosowania. Używa się go głównie jako rdzeni elektromagnesów (pętla histerezy jest tym węższa im żelazo jest czystsze). Ma bardzo duże znaczenie naukowe i kolekcjonerskie (wartość handlowa przekracza niekiedy wartość takich samych wagowo samorodków srebra).