Cechy materii pozwalające na odróżnienie jednej substancji od drugiej nazywane są właściwościami. W chemii do opisu substancji używane są właściwości chemiczne i fizyczne.

W tym rozdziale opisane zostaną właściwości fizyczne żelaza. Od czasów starożytnych żelazożelazo, Feżelazo było wykorzystywane przez ludzi. Cała epoka w dziejach ludzkości nazwana została na jego cześć - epoką żelaza. Najstarsze wyroby z kutego żelaza pochodzą z XV i XIV wieku p.n.e. Zatem było i jest ono po dzień dzisiejszy metalem o znaczeniu strategicznym w przemyśle, a nawet w medycynie. Zajmuje ono czwarte miejsce pod względem rozpowszechnienia w skorupie ziemskiej. Szacuje się, że ok 5,6% Ziemi to właśnie żelazo, jednak znaczna jego część ulokowana jest w metalicznym jądrze naszej planety.

W przyrodzie można je spotkać w stanie rodzimym niezwykle rzadko, bowiem najczęściej występuje w postaci minerałów, tj.: magnetyt (${\text{Fe}}_3{\text{O}}_4$), hematyt (${\text{Fe}}_2{\text{O}}_3$), limonit (${\text{Fe}}_2{\text{O}}_3$$·$HIndeks dolny 2₂O), syderyt (${\text{FeCO}}_3$) oraz piryt (${\text{FeS}}_2$).

R1YphnvODAOKX

Na ilustracji znajduje się kawałek magnetytu. Nie ma on jednolitego koloru, widoczne są fragmenty jasne i ciemne. Minerał ma nieregularny kształt.

RceVYg1dQYkOL

Ilustracja przedstawia kryształ syderytu. Minerał ma żółtobrunatny kolor i nieregularny kształt.

R1GTDqr1PrhoB

Na ilustracji znajdują się kryształy pirytu. Minerał ma nieregularny kształt i metaliczny połysk.

R1QzkHRagnPL7

Na zdjęciu znajduje się kryształ hematytu. Minerał jest nieprzezroczysty, posiada metaliczny połysk. Jego powierzchnia jest nierówna.

RriZMSXhDMFBW

Na zdjęciu znajduje się kryształ limonitu. Minerał ma niejednolity kolor, chropowatą powierzchnię. Kamień nie wykazuje metalicznego połysku.

Żelazo (Fe, liczba atomowa 26) to metal występujący w bloku d, VIII grupie i 4 okresie układu okresowego pierwiastków chemicznych. Jego masa atomowa wynosi 55,845(2)u i posiada on 25 izotopów, z czego cztery są izotopami trwałymi. Żelazo chemicznie czyste to lśniący i srebrzystobiały metal, którego twardość wynosi 4 w skali Mohsaskala MohsaMohsa. Jest ono kowalne i ciągliwe, a jego gęstość wynosi 7,86 $\frac{\mathrm{g}}{{\mathrm{cm}}^3}$.

• Odmiana αalfa‑Fe

Jest trwała do temperatury 1179 K (905,85ºC). Tworzy ona sieć krystalicznąsieć krystalicznasieć krystaliczną - regularną, przestrzennie centrowaną. Odmiana ta posiada właściwości ferromagnetyczneferromagnetykferromagnetyczne i wykazuje je do temperatury 1041K (767,85ºC - temperatura Curietemperatura CurieCurie), powyżej tej temperatury jest paramagnetykiem.

R1aU4BP0lFLyM

Rysunek przedstawia sześcian. W jego wierzchołkach znajdują się małe kulki. Długość krawędzi oznaczono jako α. Dokładnie w centrum sześcianu jest kulka, od której poprowadzono proste w kierunku kulek znajdujących się na wierzchołkach.

• Odmiana γgamma‑Fe

Jest to odmiana trwała w zakresie temperatur od 1179 K - 1674 K (905,85ºC - 1400,85ºC). Tworzy ona sieć krystaliczną regularną, płasko centrowaną.

R1epeCtac1im1

Rysunek przedstawia sześcian. W jego wierzchołkach znajdują się małe kulki. Długość krawędzi oznaczono jako α. Na każdej z sześciu ścian znajduje się dodatkowo kulka dokładnie na środku ściany. Od każdej z tych kulek poprowadzono proste do kul znajdujących się na wierzchołkach danej ściany.

• Odmiana δdelta‑Fe

Jest to odmiana trwała w zakresie temperatur od 1674 K - 181 2K (1400,85ºC - 1538,85ºC). Tworzy ona sieć krystaliczną regularną, przestrzennie centrowaną.

Schemat przemian fazowychprzemiana fazowaprzemian fazowych żelaza wygląda następująco:

Ciekawostka

Żelazo w meteorytach

Rmf0FvsgLrmPE1

Na ilustracji znajduje się kawałek meteorytu. Ma on brązowo‑czarny kolor i liczne wgłębienia.

Żelazo niezwykle rzadko i w niewielkich ilościach można spotkać w postaci rodzimej, np. w skałach bazaltowych (np. na Grenlandii). Jak wiadomo, w obecnych czasach żelazo pozyskuje się z innych minerałów zawierających żelazo, w wyniku redukcji rud tlenkowych koksem w wielkich piecach, a więc poprzez zastosowanie metod chemicznych i odpowiedniej obróbki tych złóż. Powstaje pytanie, w jaki sposób nastała epoka żelaza? Wiadomo, że w czasach starożytnych nie znano sposobów pozyskiwania żelaza. Skąd więc ono pochodziło? Żelazo w czasach prehistorycznych było głównie pochodzenia meteorytowego. Meteoryty bowiem są fragmentami skał, odłupanymi od macierzystych ciał w wyniku katastrofalnych zderzeń ciał niebieskich w kosmosie. Większość z nich posiada budowę ziarnistą i składa się z kamiennych kuleczek, między którymi występuje m.in. żelazo rodzime - w czystej postaci.

Słownik

Bibliografia

Bielański A., Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 1994.

Encyklopedia PWN

Hejwowska S., Marcinkowski R., Równowagi i procesy jonowe, Gdynia 2005.

Pilski A. S., Meteoryty, online: http://www.ptmet.org.pl/meteoryty/, dostęp: 19.05.2021.