Жељезо

изотоп	заст.	в.п.р.	н.р.	е.р. МеВ	п.р.
⁵⁴Фе	5,8%	стабилни изотор са 28 неутрона
⁵⁵Фе	(веш.)	2,73 година	з.е.	0,231	⁵⁵Мн
⁵⁶Фе	91,72%	стабилни изотор са 30 неутрона
⁵⁷Фе	2,2%	стабилни изотор са 31 неутрона
⁵⁸Фе	0,28%	стабилни изотор са 32 неутрона
⁵⁹Фе	(веш.)	44,503 дана	β^-	1,565	⁵⁹Цо
⁶⁰Фе	(веш.)	1,5×10⁶ година	β^-	3,978	⁶⁰Цо

Тамо где другачије није назначено,
употребљене су СИ јединице и нормални услови.

Објашњења скраћеница:

заст.=заступљеност у природи,
в.п.р.=време полу распада,
н.р.=начин распада,
е.р.=енергија распада,
п.р.=производ распада,
з.е=заробљавање електрона

Жељезо (ијек.) или железо (ек.), одн. гвожђе (Фе, латински феррум), је метал ВИИИБ групе. Постоји 16 изотопа жељеза чије се атомске масе налазе између 49 - 63. Постојани изотопи су: 54, 56, 57 и 58, а најзаступљенији је изотоп 56 (91%).

Симбол Фе долази од феррум, латинског назива за жељезо. Ферат је назив за жељезо у анионском комплексу. Телурско жељезо је назив за елементарно жељезо, које је настало у Земљиној кори.
Жељезо, кад је потпуно чисто, сребрнкастог је сјаја и мекано. Познато је од прадавних времена, а данас сигурно најважнији технички метал који се употребљава на много начина. Најважније је од свих метала и углавном се користи као челик, у којем има угљика (до 2,06%). Жељезо хрђа на влажном зраку и отапа се у разријеђеним киселинама. Жељезо је пријелазни метал 8. скупине периодног сустава елемената.

Жељезо у природи најчешће долази као минерал магнетит. Кристализира у облику црних кубичних кристала.
У Земљиној кори најраспрострањенији метални елемент и по масеном удјелу одмах је иза алуминија. У Земљиној кори удио је жељеза око 5%, а у цијелој Земљи се рачуна да је 37%. Најдубља унутрашњост Земље се претежно од њега и састоји. Концентрација жељеза у морима је врло мала (око 4x10⁻³ ппм). Елементарно жељезо се у природи налази само као метеорно, доспјело на земљу из Свемира и телурно присутно у Земљиној кори од исконских времена. Присутност жељеза утврђена је и у саставу Сунца, Мјесечевим стијенама и другим небеским тијелима гдје га има око 14,3%, како свједоче метеорити пали на Земљу од којих се половина састоји претежно од жељеза.
На површини Земље природно жељезо је само изузетно у елементарном стању (телурно жељезо на отоку Диско, западно од Гренланда).

Својства

Главни чланци: Алотропије жељеза и Изотопи жељеза

Дијаграм стања (фазни дијаграм) жељезо – угљик приказује разне алотропије жељеза и челика.

У елементарном стању чисто је жељезо: сребрнобијели, размјерно мекан, кован (ковак) метал, кемијски доста отпоран. Такођер, оно је и феромагнетично, што значи да задржава магнетска својства и престанком дјеловања магнетског поља.
Жељезо је кемијски врло реактивно и као неплеменити метал отапа се у неоксидирајућим киселинама. На зраку је врло нестабилно и релативно брзо оксидира (корозија). У оксидирајућим киселинама (концентрираној сумпорној и душичној киселини) површина жељеза се не отапа, него пасивизира стварањем заштитног слоја. Кристална му се структура мијења с промјеном температуре.

Чисто елементарно жељезо (Фе°) има 3 кристалне форме (алотропске модификације):

алфа-жељезо (α-Фе) или ферит, стабилно испод 906 °Ц с волумно центрираном кубичном кристалном структуром магнетично је, а у чврстом стању може отопити врло мало угљика;
гама-жељезо (γ-Фе) или аустенит, стабилно између 906 и 1403 °Ц с немагнетичном плошно центрираном кубичном кристалном структуром; немагнетично је и у чврстом стању може отопити много угљика;
делта-жељезо (δ-Фе) стабилно изнад 1403 °Ц с волумно центрираном кубичном кристалном структуром.^[1]

Алфа-жељезо је феромагнетично до Цуриеве температуре од 770 °Ц (1043 К). При температури 770 °Ц губи феромагнетска својства, али не мијења структуру, па се понекад погрешно назива и бета-жељезо.

Жељезо има 9 изотопа (масени број од 52 до 60) и четврти је елемент по удјелу у земљиној кори. У природи се жељезо налази као смјеса четири стабилна изотопа: жељезо-54 (5,8%), жељезо-56 (91,72%), жељезо-57 (2,2%) и жељезо-58 (0,28%), а остали су изотопи радиоактивни, с кратким временом полураспада, осим изотопа жељезо-60 (т_1/2 = 3x10⁵ година). Изотоп жељезо-56 познат је као нуклид с најстабилнијом језгром, јер има највећу нуклеарну енергију везања.

Као биогени елемент, жељезо спада у групу есенцијалних елемената гдје судјелује у пријеносу кисика. Жељезо је важно за живот биљака и животиња и налази се у саставу хемоглобина и клоропласта у крви, па га мора садржавати храна топлокрвних животиња, као и земља у којој расту биљке. У организму одраслог човјека има око 5,85 грама жељеза; од тога је 55% везано за хемоглобин, 10% га је у миоглобину и 17% у станичним хеминима; око 17% жељеза налази се и у другим органима (као феритин и хемосидерин). Препарати жељеза убрајају се у најстарија љековита средства; били су познати већ у римско вријеме. Данас се жељезо у облику топљивих феросоли највише употребљава за лијечење разних облика анемија. Мањак жељеза доводи до анемије, а вишак може изазвати оштећење јетре и бубрега. За неке спојеве жељеза се сумња да су канцерогени.^[2]

Ситније честице жељеза могу на зраку и горјети, при чему фрцају искре усијаног оксида, а у сасвим фином раздјељењу жељезо је и пирофорно, тј. самозапаљиво на зраку. С усијаним жељезом водена пара реагира уз постанак оксида Фе₃О₄ (магнетит) и водика. На високој температури жељезо се директно спаја с клором и са сумпором. У разријеђеним се киселинама техничко жељезо лако отапа. Концентрирана сумпорна киселина га не нагриза (стога се она може спремати и превозити у жељезним посудама), а у концентрираној душичној киселини жељезо постаје пасивно.
Жељезо изравно реагира с већином неметала при умјереним температурама. Осим с кисиком реагира с угљиком, сумпором, клором, фосфором и другима.

Кемијски спојеви жељеза

Оксидацијска стања	Представници кемијских спојева
−2	ријетки - На₂[Фе(ЦО)₄]; атомска љуска д10
−1	ријетки – [Фе₂(ЦО)₈]²; атомска љуска д9
0	[Фе(ЦО)5]; атомска љуска д8
1	ријетки – На₂[Фе(НО)(ОХ₂)₅]; атомска љуска д7
2 (двовалентно жељезо)	ФеО, ФеС₂, Фе(ОХ)₂, [Фе(ОХ₂)₆]² + (вода), ФеФ₂, [Фе(η-C₅Х₅)₂] итд.; атомска љуска д6
3 (тровалентно жељезо)	Фе₂О₃, Фе₃О₄, ФеФ₃, ФеЦл₃, Фе(ОХ)(О), [Фе(ОХ₂)₆]³+ (вода) итд.; атомска љуска д5
4	ријетко, неки комплекси; атомска љуска д4
5	[ФеО₄]³ (?); атомска љуска д3
6	К₂[ФеО₄]; атомска љуска д2

У кемијским спојевима је жељезо најчешће двовалентно или тровалентно (феро- и фери- спојеви).

Жељезо прави спојеве у којима има оксидацијски број +2, +3 и +6, а у најважнијима и највећем броју спојева има оксидацијски број +2 (феро) и +3 (фери). Стање +2 је најстабилније. Шестеровалентно жељезо је ферат ион ФеО₄ - који је постојан само у лужнатом медију, а у киселом медију се распада на Фе³+ и кисик, уз нешто озона.^[3]

Нестабилнији Фе²⁺ ион у воденој се отопини у присуству кисика лако оксидира у Фе³⁺ ион.
Жељезо због свог негативног стандардног електродног потенцијала Фе2+/Фе, отапа се у киселинама уз развијање водика.
Иони Фе²⁺ и Фе³⁺ имају изражену способност стварања комплекса координацијског броја 6. Отопина иона Фе²⁺ је свијетло зелене боје. Отопина иона Фе³⁺ је жуте боје, осим бромида који је црвене. Диметил-глиоксим обоји отопину Фе²⁺ иона у црвено.^[4]

Жељезови спојеви с кисиком

Од жељезових оксида важни су:

Жељезов(III) оксид (Фе₂О₃) и феро-фери-оксид (Фе₃О₄ x Фе₂О₃), који настаје као црвени прах кад се жари Фе(ОХ)₃, Фе(НО₃)₂ или Фе₂(СО₄)₃. Као минерал, хематит твори више или мање густе стијене, мјестимице и велике црвене кристале. Главна је састојина жељезних боја (цапут мортуум, колкотар, окер).
Фери-феро-оксид, Фе₃О₄ = ФеО x Фе₂О₃, настаје при жарењу жељеза и жељезних оксида на вишим температурама. Као магнетит најважнија је руда (минералне сировине), а од њега се праве и електроде за техничку електролизу. Састојина је термитне смјесе.
Жељезов(II) хидроксид, Фе(ОХ)₂, испада као бијели до свијетлозелени талог кад се отопини соли двовалентног жељеза у одсутности кисика дода лужина. На зраку лако прелази у смеђецрвени жељезов(III) хидроксид, Фе(ОХ)₃. Тај се таложи (с промјењивим количинама апсорбиране воде) као црвеносмеђи хладетинасти талог, кад се отопини соли тровалентног жељеза дода лужина. Састојина је различитих минерала и стијена (хидрохематит, тургит, лимонит, ксантосидерит, гетит, стилпносидерит, окер, лепидокрокит).

Хидратизирани жељезов(III) клорид.

Берлинско модрило је пигмент кемијске формуле Фе₇(ЦН)₁₈.

Хематит је жељезов оксидни минерал, кемијске формуле α-Фе₂О₃, најстабилнији је и најраспрострањенији од свих жељезових оксида.

Магнетит, кемијска формула Фе₃О₄, је црни феримагнетички жељезов оксид.

Жељезови спојеви с душиком

Жељезов(II) нитрат, Фе(НО₃)₂, настаје када се жељезо отапа у разријеђеној душичној киселини која је потребно да буде врућа. Хладна концентрирана ХНО₃ не отапа жељезо јер на површини настаје заштитни слој оксида.

Кристализира из отопине са 6 или 9 молекула воде у безбојним кристалима који се отапају у води и због хидролизе дају смеђу отопину. Употребљава се у медицини као адстрингенс против крварења у желуцу и цријевима. Такођер служи за отежавање свиле, за штављење коже, као мочило у бојадисарсту и бојадисарском тиску, за производњу берлинског модрила и др. Жељезов(II) нитрат отопљен у води отопина поприми зелену боју.

Жељезов(III) нитрат, жељезова је сол кемијске формуле Фе(НО₃)₃. Будући је хигроскопан, често се налази у нонахидратном облику, Фе(НО₃)₃ x 9Х₂О), који је кристална твар безбојне до блиједо љубичасте боје. Настаје реакцијом жељеза или жељезових оксида с душичном киселином.

Жељезови спојеви с угљиком

Жељезов карбид или цементит, Ф₃C, врло тврд и крт спој, састојина је техничког жељеза која узрокује његову тврдоћу.
Жељезов(II) карбонат (ФеЦО₃, сидерит) је позната карбонатна руда жељеза, налази се у природи као минерал сидерит.

Настаје као бијел аморфан талог кад се отопина соли двовалентног жељеза (било које жељезове(II) соли) помијеша с отопином соде бикарбоне.

На зраку губи угљиков диоксид и оксидира се на Фе₂О₃.

У води има топљивост: 3,13 x 10^-11. У води која садржи отопљени угљиков диоксид полако се отапа у облику хидрокарбоната (Фе(ХЦО3)2), састојака многих темељних и минералних вода. Тако настају минералне воде (вода која садржава угљиков диоксид), жељезовите киселице. Из њих се у додиру са зраком таложи смеђи оксидихидрат, па стога природне воде с много жељеза нису прикладне за пиће и у индустријске сврхе.

Жељезови спојеви с халогеним елементима

Жељезови(II) халогениди су ФеБр₂, ФеФ₂, ФеИ₂ и ФеЦл₂ и сви су топљиве соли, док су жељезови(III) халогениди ФеФ₃, ФеЦл₃ и ФеБр₃, од којих је жељезов(III) флуорид незнато топљив.
Жељезов(II) клорид, ФеЦл₂ x 4Х₂О, твори модрозелене моноклинске кристале који се на зраку расквасују и топљиви су у води; добива се отапањем жељеза у клороводичној киселини или директном синтезом из елемената. Служи као редуценс у производњи бојила, као средство за редуцирање. Искристализира као хидрат из отопине добивене отапањем жељеза у солној киселини. Разријеђена отопина је жута, а концентрираније буду црвене. Безводни се добије гријњем жељеза у атмосфери клороводика. Добива се отапањем жељеза у клороводичној киселини или директном синтезом из елемената. Жељезо на зраку брзо захрђа јер је влажно и пуно електролита. Отуд зелена боја жељезовим(II) солима, осим хидроксида и сулфида.
Жељезов(III) клорид хексахидрат (или тетрахидрат, ФеЦл₃ x 6 Х₂О). Хидратизиран је жуте боје. На зраку се расквасује, па је лако топљив у води, алкохолу и етеру. Раби се као кемијски реагенс, као коагуланс у чишћењу површинских вода, оксидацијско и кондензацијско средство, као преносилац клора у синтези бојила, мочило у бојадисарству при бојењу текстила, за нагризање метала (израдба тисканих плочица у електротехници), у медицини као адстригенс (вата за заустављање крварења рана), итд..

Долази у трговину у облику прљавожутих кристалних груда (обично као хексахидрат - са 6 молекула воде).

Безводни клорид је хигроскопна твар. Настаје жарењем жељеза у струји сухог клора или отапањем жељеза у клороводичној киселини уз увођење клора. Кристализира из водене отопине добивене отапањем жељезовог(III) оксида у солној киселини.

Жељезови спојеви са сумпором

Жељезо(II) сулфид (ФеС) у природи долази као минерал пирхотин (брончане боје), добива се у облику тамносивих или црних груда, плоча или штапића с металним сјајем тиме што се растављена смјеса жељеза и сумпора лијева на одговарајућу површину или у калуп; у разријеђеним киселинама отапа се уз развијање сумпороводика Х2С, па се у лабораторију употребљава за добивање тога плина.

Сулфид ион (С₂^-) таложи црни талог у неутралној отопини, који није топљив у води, али је топљив у киселинама:

Фе²⁺ + С^2- --> ФеС

ФеС + 2 Х⁺ --> Фе²⁺ + Х₂С

Жељезов дисулфид (ФеС₂) позната је сулфидна руда жељеза и врло је раширен у природи као минерал пирит (мање као марказит) који је златножуте боје с металним сјајем. Из њега се пржењем добива сумпоров диоксид за производњу сулфита (тиме и сумпорасте киселине) и сулфатне киселине.

1. Сумпороводик у киселој отопини редуцира жељезо уз излучивање сумпора:

2 Фе³⁺ + Х₂С <--> 2 Фе²⁺ + С₂Х⁺

2. Амонијев сулфид ((НХ₄)₂С) таложи црни талог који је топљив у киселини:

2 Фе³⁺ + 3С^2- <--> Фе₂С₃

Фе₂С₃ + 6 ХЦл --> 2 ФеЦл₃ + 3 Х₂С

Жељезов(II) сулфат, ФеСО₄ x 7Х₂О, добива се у облику свијетлозелених моноклиних призама из отопине жељеза у сумпорној киселини; у техници се добива и оксидацијом пирита на влажном зраку, а отпада у знатним количинама као споредни производ при цементацији бакра, при добивању коситра, при производњи кром алауна и титанског бјелила; најважнија је техничка жељезна сол и служи за добивање других спојева жељеза, такођер за производњу тинте, за уништавање штетника (инсектицид) и корова, у бојадисарству и кожарству, за дезинфекцију и дезодоризацију, за конзервирање дрвета, у ветеринарској медицини као адстрингенс итд.
Жељезов(III) сулфат, Фе₂(СО4)₃, твори бијели или сивобијели прах који се у води полако топи, а на зраку се расквасује дајући смеђу текућину; добива се тако да се кисела отопина зелене галице оксидира душичном киселином; служи као мочило у бојадисарсту, у производњи берлинског модрила и жељезних алауна, који се употребљавају у бојадисарству, фотографији и кемијској анализи.
Амонијев жељезов(II) сулфат хексахидрат (НХ₄)₂Фе(СО₄) x 36Х₂О познат је као Мохрова сол.

Органски жељезови спојеви

Жељезов(II) ацетат, (ЦХ₃ЦОО)₂Фе x 4Х₂О (или Фе(C₂Х₃О₂)₂ или Фе(ЦХ₃ЦОО)₂) добива се отапањем жељеза у оцтеној киселини, а употребљава се у бојадисарству као мочило и у медицини као адстрингенс.

2ЦХ₃ЦООХ + Фе --> (ЦХ₃ЦОО)₂ Фе + Х₂

Жељезов(III) ацетат (Фе(ЦХ₃ЦОО)₃) у води твори црвени талог. Иначе тако се опћенито доказује Фе₂О₃ (--> 6ЦХ₃ЦООХ + 2Фе --> 2(ЦХ₃ЦОО)₃Фе + 3Х₂)
Жељезов амонијев оксалат, (НХ₄)₃Фе(C₂О₄) x 3Х₂О, зелени, у води лако топљиви кристали који на свјетлу губе оксалну киселину оксидацијом на ЦО₂, при чему тровалентно жељезо прелази у двовалентно. То се својство употребљава за мјерење количине свјетла и за копирање нацрта и сл. У исту сврху, а и као лијек против слабокрвности, употребљава се и жељезов(II) цитрат.

Употреба

Жељезо је најкориштенији од свих метала и његова производња чини 95% (масено) од укупне свјетске производње метала. Разлог томе је комбинација ниске цијене и погодних физичких својстава, због чега је жељезо неизоставни материјал у аутомобилској индустрији, бродоградњи и градитељству.

Техничко жељезо представља редовито легуру жељеза с већим или мањим количинама угљика, силиција, мангана, сумпора и фосфора, па му својства увелике овисе о количини тих састојина, односно примјеса. Додацима других метала, као крома, титанија, молибдена, никла, тантала, ванадија, кобалта, ниобија, волфрама и др., својства жељеза се могу и даље модифицирати у ширим границама него било којег другог техничког метала. Стога данас има на тисуће врста техничких жељеза за најразличитије намјене. Техничко жељезо, осим врста које су посебним додацима (напосе никла и крома) учињене кемијски отпорнима (нехрђајући челик), кемијски је мање отпорно него чисто. Оно на влажном зраку хрђа, тј. превлачи се слојем хидроксида који не штити метал од даљег нагризања. Жељезо гријано на вишу температуру покрива се црвеном превлаком оксида Фе₃О₄.

Примјена жељеза је првенствено у облику челика.

Око године 400. саграђен је жељезни ступ у Делхију, висок 7 метара и тежак више од 6 тона, који и дан данас одолијева монсунским кишама и корозији.

Када се метални метеорити полирају и јеткају, показују познате Wидманстäттенове фигуре.

Челик

Главни чланак: Челик

Примјена жељеза је првенствено у облику челика, а мање као сировог или лијеваног жељеза. Челик је легура жељеза с 0,05 до 2,06% угљика. То је најважнији технолошки и конструкцијски материјал, а до данас је познато више од тисућу врста челика. Одликују се великом чврстоћом, тврдоћом, жилавошћу, могућношћу лијевања и механичке обраде, те великом еластичношћу.

Повијест

Главни чланак: Повијест металургије жељеза

Археолошки докази употребе "метеоритског жељеза" за израду ситног накита и оружја сежу до 5. тисућљећа пр.Кр., у данашњем Ирану и врхови копља, који датирају из 4. тисућљећа пр.Кр. из древног Египта. Записи хијероглифима из 2. стољећа пр.н.е говоре о "црвеном балону с неба", што се односи на метеоритско жељезо. Ово се је жељезо користило као украсни дио на врховима копља. То жељезо људи тада нису добивали лијевањем или таљењем жељезних руда, него су га обрађивали као што су обрађивали камен.

Негдје између 3. и 2. тисућљећа пр. Кр. проналазе се остаци обрађеног жељеза у подручју Мезопотамије, Анатолије и Египта. Овакви рани почеци обрађеног жељеза разликују се од жељеза метеоритског поријекла, јер не садрже никал у свом саставу. Чини се да су људи тада ово жељезо користили искључиво у религијске сврхе, а жељезо је тада било вриједније од злата и вјеројатно је настало као вишак код производње бронце.

Између 16. и 12. стољећа пр. Кр. жељезо се почиње снажније користити; додуше и у то вријеме бронца је се још увијек снажно користила. Но од 1200. пр. Кр. почиње пријелаз брончаног доба у жељезно доба. Сматра се да овај пријелаз људског друштва није потакнула премоћ и квалитета једног материјала над другим, него недостатак коситра (који је наиме неопходан за добивање бронце). Ови први кораци обраде жељеза на почецима жељезног доба укључивали су и кориштење дрвеног угљена тијеком обраде, а резултат овакве обраде жељеза био је први произведени челик (површински слој жељеза). Хлађењем овако обрађеног жељеза (у правилу помоћу неке текућине) добивени материјал добивао је еластичност и чврстоћу, која је била надмоћна особинама над бронцом.

Жељезо се почело добивати из руда, највјеројатније хематита (Фе₂О₃), око 1500. пр. Кр., најприје у Анатолији, данашњој Малој Азији, као тзв. “спужвасто жељезо”. У то вријеме, због недовољне температуре примитивних пећи, није било могуће добивање лијеваног жељеза, већ је настајало “спужвасто жељезо”, које се ковањем претварало у употребљив метал. Налазишта у Уру (Ирак), те у Египту свједоче о раном добивању жељеза из руда. Жељезо је у то вријеме било невјеројатно важан стратешки материјал. Сматра се, да је племе Хетита из Мале Азије постигло своју велику војну моћ управо због ране производње жељезног оружја. У то је вријеме цијена жељеза била већа од цијене злата, а начин његовог добивања чувао се као најстрожа тајна.

У старој Грчкој жељезно доба почиње око 1300. пр. Кр., а 1200. пр. Кр. жељезо је већ познато у читавом “старом свијету”. Очвршћавање жељеза закаљивањем било је познато око 900. пр. Кр, а такођер и опорављање (попуштање) загријавањем. О томе свједоче налази и писани документи из Рима, Халстатта (Њемачка) и Ла Тене (Француска).

Жељезо је човјеку било познато већ у праповијесним временима, а данас је оно кудикамо најважнији технички метал. Од њега се праве мостови, жељезнице, стројеви, бродови, грађевине, итд. као и безброј ситница потребних у свакодневном животу: игле, чавли, вијци, пера, квачице за списе, кутије за конзерве итд.

Добивање жељеза

Висока пећ у мјесту Сестао, Шпањолска.

Сирово жељезо је због већег садржаја нечистоћа и угљика, јако крхко и неподесно за обраду или примјену.

Бессемерови конвертери за добивања челика.

Рад у близини високе пећи Тřинец.

За добивање жељеза данас се углавном користе оксидне, а рјеђе карбонатне руде. Црвена жељезна руда садржи минерал хематит. Друге руде садрже минерал магнетит, који је црне боје и магнетичан. Жељезо ријетко налазимо у елементарном облику који се налази у околици вулкана и у метеорима. Велике количине жељеза кориштене од жељезног доба, у првом тисућљећу прије Криста, добивене су таљењем жељезних минерала, као што је хематит.

Из оксидних руда жељезо се добива редукцијом руда коксом, односно угљиковим(II) оксидом (угљиков моноксид) у високим пећима. Из руда које су сиромашне жељезом (нпр. лимонита), жељезо се добива тзв. киселим таљењем и Крупповим поступком.

Добивање жељеза у високим пећима

Кроз горњи отвор високе пећи (гротло), пећ се наизмјенично пуни слојевима кокса и руде с талионичким додацима. Овисно о руди, талионички додатак је вапненац или доломит (ако су руде киселе, јер јаловине садрже силикате и алуминијев оксид) или кварцни пијесак (ако су руде алкалине, јер јаловине садрже калцијев оксид). Најдоњи слој кокса се запали, а доводи му се врућ зрак (до 800 °Ц) обогаћен кисиком. При том кокс изгара дајући најприје ЦО₂, а затим проласком кроз сљедећи слој кокса прелази у ЦО:

2 C + О₂ → 2 ЦО

Настали угљиков(II) оксид (угљиков моноксид) главно је редукцијско средство које поступно, овисно о температури појединих зона пећи, све више редуцира оксиде жељеза, док коначно не настане тзв. спужвасто жељезо, а све реакције се сумарно могу свести на:

Фе₂О₃ + 3 ЦО → 2 Фе + 3 ЦО₂

Реакцијама ослобођени ЦО₂ (који настаје распадом карбоната) реагира с угријаним коксом дајући поново ЦО, који се у мање врућим дијеловима пећи распада на ЦО₂ и фино диспергирани угљик, који се отапа у спужвастом жељезу. Угљик тако снизује талиште редуцираног жељеза на 1100 - 1200 °Ц. Растаљено жељезо се, због веће густоће, слијева полагано у доњи дио пећи и скупља се на дну одакле се испушта у калупе или вагонете којима се одвози на даљњу прераду. Текућа и лакша троска плива на растаљеном жељезу и испушта се кроз нешто више смјештен испуст.

Производи који настају у високој пећи су:

Сирово жељезо. Полаганим хлађењем добива се сиво сирово жељезо из којег се излучио графит. Наглим хлађењем добива се бијело сирово жељезо из којег се графит није стигао излучити. Међутим, сирово жељезо обично се не хлади него одмах прерађује у челике.
Троска или згура, која је углавном калцијев алумосиликат, употребљава се за производњу цемента и као изолацијски материјал.
Гротлени плин настаје као производ наведених процеса горења, а састоји се од душика, угљиковог диоксида, угљиковог моноксида, водика и метана. Користи се за загријавање зрака који се упухује у пећ.

Сирово жељезо

Сирово жељезо је због већег садржаја нечистоћа и угљика, јако крхко и неподесно за обраду или примјену. Може се користити само за лијевање најгрубљих масивних предмета (нпр. постоља), који нису механички или топлински оптерећени. Да би се добило квалитетније жељезо или челик, сирово се жељезо прерађује, што укључује смањење садржаја свих примјеса и подешавање жељеног садржаја угљика, који битно одређује квалитету челика. Челиком се сматра легура жељеза од 0,05 до 2,06% угљика. Прочишћено сирово жељезо које садржи више од 1,7%, а мање од 2,5% угљика обично зовемо лијевано жељезо, а користи се за израду масивнијих жељезних одљевака за разна постоља, носаче, кострукцијско и грађевинско жељезо итд. Мјешањем сировог жељеза с талином кварцног пијеска и претаљивањем те смјесе у пећима обложеним Фе₂О₃, у талини се добива спужвасто, порозно жељезо, у којем присутни Фе₂О₃ оксидира већину примјеса. Добива се тзв. профилно жељезо јер се директно из пећи, под тлаком који истискује силикатну масу с отопљеним примјесама, извлаче профилни производи жељеза (цијеви, трачнице, шипке итд.).

Примјесе знатно утјечу на физикална својства жељеза. Талиште чистог жељеза је 1535 °Ц, а жељеза са свега 0,83% угљика 740 °Ц. Састав сировог жељеза:

w(Фе) = 90%,
w(C) = 2 - 5%,
w(Си) = 0,2 – 4%,
w(П) = 0,1 – 3%,
w(Мн) = 1,5 – 6%,
w(С) = 0,01 – 0,05%.

Производња челика

Постоји више поступака прераде жељеза у челике, а најчешћи су:^[5]

непосредним пропухивањем кисика или зрака обогаћеног кисиком кроз растаљено жељезо у конвертерима. Највише се користе Бессемеров и Тхомасов поступак. Разликују се у томе што се Тхомасовим поступком из сирова жељеза може уклонити и фосфор.
посредном оксидацијом која се проводи у Сиеменс - Мартиновим пећима. Код овог поступка оксидацију врши кисик из плинова изнад талине.
ЛД поступком с чистим кисиком (99,9%), у којем се кисик не проводи кроз талину, него проводи кроз водом хлађену капљасту цијев, која сеже до једног метра изнад талине. Данас се овај поступак све више примјењује.
електролучни поступак у којем се сирово жељезо тали електричним луком. Ово је модернији поступак добивања легираних челика у којима је удио других метала већи од 5%.

Налазишта

Жељеза има у саставу Мјесеца, Сунца и других небеских тијела као и на Земљи гдје је најраспрострањенији метал. Земљина се језгра највећим дијелом састоји од ковинаста жељеза, с нешто никла, а управо тај састав жељеза у вањској текућини језгре и у њезиним чврстим унутрашњим дијеловима даје Земљи њезино магнетно поље. Може се наћи као и минерал, али ријетко, јер жељезо се спремно спаја с кисиком и водом па ствара оксиде и друге минерале. Повремено се налази у неким промијењеним базалтима, гдје су жељезни минерали сведени на урођено жељезо.

Жељезни цвијет или жељезни шешир називају рудари дијелове лежишта жељезне руде (пирита, хематита, магнетита, сидерита), гдје су оне прешле у лимоните.

У природи (на многим мјестима Земљине површине) спојено се жељезо накупило у већим концентрацијама, а стијене које садржавају 20% и више жељеза могу служити као жељезне руде. Најчешће и најважније руде од њих садржавају минерале хематит (Фе₂О₃ x Х₂О), најмање заступљен лимонит (ФеО(ОХ) x нХ₂О) и магнетит (Фе₃О₄) које су оксидне руде, те врло раширени пирит (ФеС₂) који је сулфидна руда, те сидерит (ФеЦО₃) која је карбонатна руда. Вивијанит је кристал, жељезни фосфат. Жељезо још налазимо и у силикатним рудама (спојевима).

Све руде се морају пржити прије прерадбе у сирово жељезо да пријеђу у оксид. Из руде се сирово жељезо добива прерадбом у високој пећи. Тако добивено сирово жељезо употребљава се мањим дијелом за производњу предмета лијевањем, а већим дијелом прерађује се у челик.

Занимљивости

За добивање 1 тоне сировог жељеза потребно је: 1,65 т руде с додатцима, 0,5 т кокса, 1,5 – 2,5 т врућег зрака и 10 м³ воде за хлађење. Притом још настаје: 0,3 т троске, 3 - 3,5 т гротлених плинова и прашине.
Еиффелов торањ саграђен је 1889. Поводом свјетске изложбе у Паризу. Иако је Александар Густав Еиффел (1832.-1923.) имао највише усјеха у пројектирању челичних мостова, његов најзначајнији пројект је познати паришки челични торањ који је по њему добио име. Са четири решеткаста носача уздиже се до висине око 300 метара, а тежи 9 700 тона. Челични носачи спајају три платформе на висинама 58, 116 и 276 метара које су посјетитељима приступачне дизалом или стубама. С једне од туристички најпознатијих грађевина на свијету пружа се поглед око 140 км у даљину. На торњу се налази метеоролошка постаја, а служи и као антенски ступ.

Извори

Хрватска енциклопедија, Број 11 (Тр-Ж), стр. 400.. За издавача: Лексикографски завод Мирослав Крлежа, Загреб 2000.г. ИСБН 953-6036-32-0.

↑ [1] Архивирано 2014-07-04 на Wаyбацк Мацхине-у "Физикална металургија I", др.сц. Тања Матковић, др.сц. Проспер Матковић, www.симет.унизг.хр, 2011.
↑ [2] "Елементи у траговима - жељезо", Из књиге: проф. др. Роко Живковић "Дијетотерапија", www.ззјзпгз.хр, 2011.
↑ [3] "ЖЕЉЕЗО, Фе", www.псе.пбф.хр, 2011.
↑ Хрватска енциклопедија (ЛЗМК); број 11 (Тр-Ж), стр. 478. За издавача: Лексикографски завод Мирослав Крлежа, Загреб 2009.г. ИСБН 978-953-6036-41-7
↑ "Стројарски приручник", Бојан Краут, Техничка књига Загреб 2009.