Periodensystem 
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| Eigenschaften:
In reiner Form ist Eisen ein silberweiß glänzendes, gut dehnbares und relativ weiches Schwermetall. Bei Rotglut erweicht es und ist gut verformbar und schmiedbar. Es existieren mehrere Modifikationen: a-Eisen kommt bis 928°C vor, ist magnetisierbar und löst wenig Kohlenstoff. Im Temperaturbereich zwischen 770-928°C verliert das Eisen seine ferromagnetischen Eigenschaften und wird paramagnetisch, es liegt teilweise als b-Eisen vor; g-Eisen ist im Temperaturbereich zwischen 928-1398°C zu beobachten. Es ist nicht mehr magnetisch und löst viel Kohlenstoff; d-Eisen existiert zwischen 1398° und dem Schmelzpunkt von 1538°C. Die Modifikationen unterscheiden sich auch im Hinblick auf ihre Kristallstruktur.  Die Eigenschaften des Metalls werden durch den Zusatz anderer Metalle oder Nichtmetalle vor allem aber mit Kohlenstoff (in Legierungen) stark beeinflusst. Schmiedbarer Stahl besitzt einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 1,7%. Roheisen ist aufgrund seines hohen Kohlenstoffgehalts (1,7-4%) nicht schmiedbar. Aufgrund seines niedrigen Normalpotentials ist Eisen ein eher unedles Metall, d.h. es ist gut oxidierbar. An trockener Luft ist es beständig, da sich eine Oxidschicht bildet, die das darunter liegende Eisen schützt. An feuchter Luft und vor allem in Sauerstoff- und CO2-haltigem Wasser oxidiert es leicht unter Bildung von Rost (Eisen(III)-oxid, Fe2O3 . H2O).  In Salzsäure oder in verdünnter Schwefelsäure löst sich Eisen unter Wasserstoffbildung und Bildung der entsprechenden Salze: Fe + 2HCl 
FeCl2 (Eisen(II)-chlorid) + H2
Bei konzentrierter Schwefelsäure und konzentrierter Salpetersäure ist das Eisen infolge Passivierung beständig, so dass man diese in eisernen Gefäßen und Rohren aufbewahren oder transportieren kann. Dieses Phänomen kann dadurch erklärt werden, dass sich mit den oxidierend wirkenden Säuren eine sehr regelmäßige, aber dünne Oxidschicht bildet, die das Eisen vor Zersetzung schützt. Eisen bildet zahlreiche Verbindungen, z.B. mit heißem Chlor Eisen(III)-chlorid (FeCl3), mit Schwefel Eisen(II)-sulfid (FeS) und mit Sauerstoff Eisen(II,III)-oxid (Fe3O4): 3 Fe + 2 O2 -----> Fe3O4 DHR = -1118 kJ/mol 2 Fe + 3 Cl2 -----> 2 FeCl3 DHR = -800 kJ/mol   |
| Vorkommen:
Eisen steht mit 4,7% an vierter Stelle der Elementhäufigkeit in der Erdhülle. In der Natur kommt es aber nie elementar - außer in Meteoriten - vor. Dagegen existieren zahlreiche Eisenverbindungen, von denen einige als Erze große Bedeutung haben, z.B. Hämatit (Roteisenstein), Limonit (Brauneisenerz, chemisch ähnlich dem Goethit) oder Siderit (Eisenspat). Die größten Erzvorkommen liegen in Brasilien, ferner im Ural, in Australien, Kanada, Schweden, China und Frankreich. Auch in Deutschland kommen einige Eisenerzvorkommen vor, z.B. im Lahn-Dill-Gebiet, Hessen oder bei Salzgitter. Die Erzreserven werden weltweit auf über 115 Milliarden Tonnen Erz geschätzt.  Das folgende Bild zeigt einen Eisenmeteoriten, der in Gibeon/Namibia gefunden wurde und vor ca. 30000 Jahren auf der Erde einschlug. Sein Alter wird auf 4,5 Milliarden Jahre geschätzt. Er enthält neben Eisen einen Nickelanteil von 6,8%, einen Cobaltanteil von 0,4% und einen Iridiumanteil von 2ppm. Nach dem Schleifen wird der metallische Charakter des Meteoriten sichtbar. Nach dem Ätzen mit 5%iger alkoholischer Salpetersäure treten die für einen Meteoriten typischen "Widmannstättenschen Gefüge" sichtbar. Es handelt sich dabei um eine Mischung mehrerer Eisenmodifikationen. Die beim nickelarmen alpha-Eisen ausgebildeten Balken werden seitlich von nickelreichem gamma-Eisen ("Bandeisen") begrenzt. Sind die beiden Eisenmodifikationen nach dem Oktaeder verwachsen, erhält man nach dem Ätzen die beschriebenen Figuren:  |
| Geschichtliches:
Die Eisenerzlagerstätten sind sedimentär in der Frühgeschichte der Erde entstanden, als die eisenhaltigen Meteoriten in den Urmeeren am Meeresboden durch Bakterien und biologische Abbauprozesse in Eisensalze umgewandelt wurden. Der Name Eisen und das englische iron könnten ihren Ursprung in keltischen Flussnamen, z.B. Isarno, Isarkos, Eisack, Eisen haben. Andere Quellen sehen den Ursprung im keltischen Isara ("stark, fest"). Der lateinische Name ferrum stammt von dem lateinischen Wort Wort ferreus ("kräftig, hart, schwer") ab. Das Symbol "Fe" führte J.J. Berzelius im Jahre 1814 ein. In der Alchemie war das Eisen dem Planeten Mars zugeordnet und verkörperte im Gegensatz zum Kupfer das männliche Prinzip. Es erhielt daher das Marszeichen (links):  Eisen als Metall war bereits in der Antike bekannt. Die Eisenzeit begann nach der Bronzezeit etwa um 1400 vor Christus. Als Erfinder der Eisengewinnung aus Eisenerz gelten die Hethiter, ein Volksstamm im Vorderen Orient. Ihre Technologie kam um 500 vor Christus nach Europa. Die Eisenindustrie enstand im 7. Jahrhundert nach Christus in der Steiermark, später in Thüringen und Sachsen. Als Reduktionsmittel wurde anfangs Holz verwendet. Die Verwendung von Koks und damit der erste Betrieb eines Hochofens ist seit 1735 durch Abraham Darby in Shropshire, England, bekannt. Benjamin Huntsmann stellte 1742 erstmals Stahl her. Dieses Verfahren wurde Anfang des 19. Jahrhunderts durch den Deutschen Friedrich Krupp (1787-1826) industriell genutzt. In der Folgezeit verfeinerten sich die Verfahren, 1904 wurde der erste Elektroofen zur Stahlerzeugung in Betrieb genommen. |
| Herstellung:
Da Eisen in der Natur nur in Meteoriten elementar vorkommt, muss es durch eine Reduktion aus Eisenerzen gewonnen werden. Das bedeutendste Verfahren ist heute der Hochofenprozess (näheres siehe dort).   Im Labor kann man Eisenerz mit Hilfe von Aluminium reduzieren. Dazu gibt man ein Gemisch aus rotem gemahlenem Eisenoxid und Aluminiumgrieß in einen Tontopf und zündet dieses Thermitgemisch mit Hilfe einer starken Wunderkerze (>Versuchsbeschreibung). Der Versuch verläuft stark exotherm: Fe2O3 + Al -----> 2 Fe + Al2O3 DHR = -852 kJ/mol  |
| Verwendung:
Eisen ist das wichtigste Gebrauchsmetall. Während reines Eisen nur selten eingesetzt wird (z.B. bei der Herstellung von Magneten), sind zahlreiche Eisenlegierungen als Werkstoffmaterial bekannt (Tabelle). Eisenverbindungen spielen eine große Rolle als Katalysatoren bei großtechnischen Prozessen, z.B. beim Haber-Bosch-Verfahren. Die Eisenoxide werden als Pigmente verwendet. Bei Eisenmangel werden Eisensalze medizinisch verabreicht, denn Eisenverbindungen spielen im menschlichen Stoffwechsel eine bedeutende Rolle: Im roten Blufarbstoff Hämoglobin sind Eisenatome chemisch gebunden und sind für den Sauerstofftransport im Blut verantwortlich.  |
| Copyright: Thomas Seilnacht |
