Wat is ijzer, waar komt het vandaan en hoe wordt het gewonnen? Dit nuttige metaal kent vele toepassingen. Het chemische element speelt een belangrijke rol in de wereldindustrie en de ijzercyclus in de natuur is belangrijk in het leven van de planeet.
Wat is ijzer?
IJzer is een metallisch element dat zeer chemisch reactief is, vooral wanneer het in wisselwerking staat met zuurstof. Het is een van de meest voorkomende elementen op aarde en in de ruimte. IJzeratomen bevatten 26 protonen in hun kernen. Het chemische symbool - Fe (ferum) komt van de Latijnse naam ferum. In zijn pure vorm is het een zacht en bros metaal, dat wordt versterkt door onzuiverheden. In combinatie met koolstof wordt staal geproduceerd dat meer dan 98% van het ijzererts gebruikt dat tegenwoordig wordt gedolven.
Alle ijzeratomen in het universum werden gevormd in de kernen van sterren tijdens de laatste stadia van fusie en vervolgens in stellaire explosies in de ruimte vrijgelaten. Het is de vierde grootsteelement in de aardkorst na silicium, zuurstof en aluminium. Wat is ijzer? Het is het meest voorkomende element waaruit onze planeet bestaat, hoewel het meeste massaal veel onder het oppervlak ligt - in de kern van de aarde. Het is aanwezig in bijna alle gesteenten van de korst en mantel als een chemisch bestanddeel van honderden verschillende mineralen.
IJzererts
Dit metaal is zeldzaam in zijn pure vorm. Sommige meteorieten bevatten elementair ijzer. Dit element reageert chemisch met zuurstof en water om ijzerhoudende mineralen te produceren. Elke steen die genoeg van dit metaal bevat om voor economische doeleinden te worden gedolven, wordt ijzererts genoemd. De meest voorkomende mineralen zijn:
- ijzeroxide (formule Fe2O3), dat wordt gevormd bij blootstelling aan zuurstof;
- gehydrateerd ijzeroxide, dat wordt gevormd door reactie in water.
De belangrijkste ijzerertsen zijn ijzeroxidemineralen die hematiet en magnetiet worden genoemd. De hoge concentratie van Fe maakt ze de meest geprefereerde in de industrie. IJzer wordt gewonnen bij de grootste ertsafzettingen. Meestal zijn dit formaties die oude sedimentaire gesteenten zijn. Ze bevatten lagen ijzeroxidemineralen (formule Fe2O3) tot enkele centimeters dik.
Waar kan ik ijzer vinden?
Bij kamertemperatuur is hetsolide. Het is een glanzend grijs metaal dat na verloop van tijd roest als het wordt blootgesteld aan vochtige lucht. Het combineert met vele andere metalen om legeringen te vormen. De reikwijdte van ijzer is vrij uitgebreid. Wanneer het wordt gecombineerd met koolstof, wordt het staal. Het kan ook worden gecombineerd met andere metalen zoals nikkel, chroom en wolfraam. Deze legeringen zijn erg sterk en kunnen worden gebruikt om bruggen en gebouwen te maken.
IJzer is een heel oud element dat al heel lang op aarde wordt gebruikt. Voorwerpen daaruit werden gevonden in het oude Egypte. Er is zelfs een hele tijdsperiode (1200-500 voor Christus) naar hem vernoemd - de ijzertijd, toen het werd gebruikt om gereedschappen en wapens te maken. Om dit nuttige metaal te vinden, moet je het diep onder de grond zoeken. Het wordt zowel in de aardkorst als in de kern van de aarde gevonden. Er is meer ijzer op aarde dan enig ander metaal. Dit element is ook te vinden op andere planeten, waaronder de kern van Jupiter en Saturnus, evenals het rode stoffige oppervlak van Mars (daarom werd het de Rode Planeet genoemd).
Terrestrische ijzercyclus in de natuur
IJzer (Fe) volgt de geochemische cyclus, net als veel andere voedingsstoffen. Het komt meestal vrij in de bodem of oceaan door de verwering van rotsen of vulkaanuitbarstingen. In het terrestrische ecosysteem nemen planten eerst ijzer via hun wortels uit de grond op. Het is een uiterst belangrijke voedingsstof die tussen levende organismen en de geosfeer beweegt.
IJzeris een belangrijke beperkende voedingsstof voor planten, die het gebruiken om chlorofyl te produceren. Fotosynthese is afhankelijk van een voldoende aanbod van dit metaal. Planten assimileren het vanuit de grond naar de wortels. Dieren consumeren de plant en gebruiken deze om hemoglobine te produceren. Wanneer ze sterven, ontbinden ze en de bacteriën brengen het metaal terug in de grond.
Zeecyclus van ijzer
De mariene cyclus van ijzer in de natuur lijkt erg op de aardecyclus. Dit proces vindt plaats vanwege de vitale activiteit van bepaalde micro-organismen die het metaal oxideren tot hydroxide en koolstof uit koolstofdioxide halen. IJzerbacteriën in een rivier, zee of ander water onttrekken energie aan hun levenscyclus, en na voltooiing bezinken ze in de bodem in de vorm van moeraserts.
De rol van ijzer in oceaanecosystemen is ook significant. De belangrijkste producenten die dit metaal opnemen, zijn meestal fytoplankton of cyanobacteriën. IJzer wordt vervolgens door consumenten opgenomen wanneer ze deze bacteriën eten. De cyclus van ijzer in de natuur is een uiterst complex proces. Het hangt af van veel bijkomende factoren: chemische reacties, soorten habitats en groepen microben. Dit alles verbindt het met andere even belangrijke biogeochemische cycli van de aarde.
Algemene kenmerken
IJzer in de vorm van verschillende gecombineerde ertsen is een van de meest voorkomende elementen die ongeveer 5% van de aardkorst uitmaken. De belangrijkste ijzerhoudende mineralen zijn:oxiden en sulfiden (hematiet, magnetiet, goethiet, pyriet, marcasiet). Dit metaal is ook aanwezig in meteorieten, op andere planeten en in de zon. IJzer wordt zowel in zee als in zoet water gevonden.
Interessante feiten
Hier zijn enkele interessante feiten over dit schijnbaar eenvoudige chemische element:
- IJzer is een essentiële bouwsteen voor plantenvoeding en helpt zuurstof in het bloed te transporteren, waardoor het leven op aarde wordt ondersteund.
- Het is een brosse vaste stof, geclassificeerd als een metaal in groep 8 op het periodiek systeem der elementen. In zijn pure vorm corrodeert het snel door blootstelling aan vochtige lucht en hoge temperaturen.
- Het is qua gewicht het vierde meest voorkomende element in de aardkorst, en men denkt dat het grootste deel van de kern van de aarde uit ijzer bestaat.
- Het meeste wordt gebruikt om staal te maken, een legering van ijzer en koolstof, die op zijn beurt wordt gebruikt bij de productie en constructie, zoals gewapend beton.
- Roestvrij staal dat ten minste 10,5% chroom bevat, is zeer goed bestand tegen corrosie. Het wordt gebruikt in keukenbestek en gebruiksvoorwerpen zoals roestvrijstalen potten.
- Het toevoegen van andere elementen kan het staal nieuwe nuttige eigenschappen geven. Nikkel verhoogt bijvoorbeeld de duurzaamheid van de legering en maakt deze beter bestand tegen hitte en zuren.
Korte informatie over het element Fe
- Nummerprotonen in de kern: 26.
- Atoomsymbool: Fe.
- Gemiddelde massa van een atoom: 55.845 g/mol.
- Dichtheid: 7,874 gram per kubieke centimeter.
- Fase bij kamertemperatuur: vast.
- Smeltpunt: 1538 0C.
- Kookpunt: 2861 0C.
- Aantal isotopen: 33.
- Stabiele isotopen: 4.
Belangrijkste toepassingen
IJzer wordt in veel sectoren gebruikt, zoals elektronica, productie, auto's en de bouw. Dit zijn de toepassingen van ijzer:
- Als hoofdbestanddeel van ferrometalen, legeringen en staal.
- Een legering die koolstof, nikkel, chroom en verschillende andere elementen gebruikt om ijzer of staal te produceren.
- In magneten.
- In afgewerkte metalen producten.
- In industriële apparatuur.
- In transportmiddelen.
- In de tools.
- In speelgoed en sportartikelen.
IJzer maakt 5% van de aardkorst uit en is een van de meest voorkomende en meest gebruikte metalen. Dit element komt ook voor in vlees, aardappelen en groenten en is essentieel voor mens en dier. Het is een integraal onderdeel van hemoglobine. Het metaal ziet er grijzig uit en is zeer ductiel en kneedbaar. Het lost gemakkelijk op in verdunde zuren en is reactief. De belangrijkste ijzermijngebieden zijn China, Australië, Brazilië, Rusland en Oekraïne.
