IJzer (element)

Fysische eigenschappen

IJzer is een grijs, zilverkleurig metaal. Het is magnetisch, hoewel verschillende allotropen van ijzer verschillende magnetische kwaliteiten hebben. IJzer is gemakkelijk te vinden, te delven en te smelten, en daarom is het zo nuttig. Zuiver ijzer is zacht en zeer buigzaam.

Chemische eigenschappen

IJzer is reactief. Het reageert met de meeste zuren zoals zwavelzuur. Het maakt ijzersulfaat wanneer het reageert met zwavelzuur. Deze reactie met zwavelzuur wordt gebruikt om metaal te reinigen.

IJzer reageert met lucht en water om roest te vormen. Wanneer de roest afbladdert, komt er meer ijzer bloot te liggen waardoor er meer ijzer gaat roesten. Uiteindelijk is het hele stuk ijzer weggeroest. Andere metalen zoals aluminium roesten niet weg. IJzer kan worden gelegeerd met chroom om roestvrij staal te maken, dat onder de meeste omstandigheden niet roest.

IJzerpoeder kan met zwavel reageren tot ijzer(II)sulfide, een harde zwarte vaste stof. IJzer reageert ook met halogenen om ijzer(III)haliden te maken, zoals ijzer(III)chloride. IJzer reageert met de hydrohalische zuren tot ijzer(II)haliden, zoals ijzer(II)chloride.

Chemische verbindingen

IJzer maakt chemische verbindingen met andere elementen. Normaal oxideert het andere element ijzer. Soms worden twee elektronen genomen en soms drie. Verbindingen waarbij ijzer twee elektronen heeft worden ferroverbindingen genoemd. Verbindingen waarbij ijzer drie elektronen heeft, worden ferroverbindingen genoemd. Ferroverbindingen hebben ijzer in zijn +2 oxidatietoestand. IJzerhoudende verbindingen hebben ijzer in de oxidatietoestand +3. IJzerverbindingen kunnen zwart, bruin, geel, groen of paars zijn.

Ferroverbindingen zijn zwakke reductiemiddelen. Veel van deze verbindingen zijn groen of blauw. De meest voorkomende ferroverbinding is ijzersulfaat.

IJzerverbindingen zijn oxidatiemiddelen. Veel van hen zijn bruin. De meest voorkomende ijzerverbinding is ijzeroxide, hetzelfde als roest. Een van de redenen waarom ijzer roest, is omdat ijzeroxide een oxidatiemiddel is. Het oxideert ijzer, waardoor het zelfs onder verf gaat roesten. Daarom kan bij een klein krasje in de verf de hele zaak gaan roesten.

IJzer(II)-verbindingen

Verbindingen in de +2 oxidatietoestand zijn zwakke reductiemiddelen. Ze zijn normaal licht gekleurd. Ze reageren met zuurstof in lucht. Zij worden ook ijzerverbindingen genoemd.

• IJzer(II)sulfide, een glanzende chemische stof die reageert met zuren waarbij waterstofsulfide vrijkomt, gevonden in de grond
• IJzer(II)sulfaat, een blauwgroene kristallijne chemische stof die wordt gemaakt door zwavelzuur te laten reageren met staal, en wordt gebruikt om giftige stoffen zoals chromaat in beton te verminderen
• IJzer(II)chloride, een lichtgroene kristallijne chemische stof die wordt gemaakt door zoutzuur te laten reageren met staal
• IJzer(II)hydroxide, een donkergroen poeder gemaakt door water te elektrolyseren met een ijzeren anode, reageert met zuurstof en wordt bruin
• IJzer(II)oxide, zwart, brandbaar, zeldzaam

Gemengde oxidatietoestand

Deze verbindingen zijn zeldzaam; slechts één ervan komt veel voor. Ze worden in de grond gevonden.

• IJzer(II,III)oxide, een zwart mineraal, gebruikt als erts van ijzer, bevat ijzer in de oxidatietoestanden +2 en +3.

IJzer(III)-verbindingen

Verbindingen in de oxidatietoestand +3 zijn gewoonlijk bruin. Het zijn oxidatiemiddelen. Ze zijn corrosief. Ze worden ook wel ferroverbindingen genoemd.

• IJzer(III)oxide, roest, roodbruin, lost op in zuur
• IJzer(III)chloride, giftig en bijtend, lost op in water en vormt een donkerbruine zure oplossing. Gemaakt door ijzer te laten reageren met zoutzuur en een oxidatiemiddel
• IJzer(III)nitraat, lichtpaars, bijtend, gebruikt bij het etsen
• IJzer(III)sulfaat, zeldzaam, lichtbruin, lost op in water. Gemaakt door ijzer te laten reageren met zwavelzuur en een oxidatiemiddel.

Er is veel ijzer in het heelal omdat het het eindpunt is van de kernreacties in grote sterren. Het is het laatste element dat wordt geproduceerd voordat het ijzer door de gewelddadige ineenstorting van een supernova de ruimte in wordt geslingerd.

Het metaal is het hoofdbestanddeel van de kern van de aarde. Aan het oppervlak wordt het aangetroffen als ferro- of ijzerverbinding. Sommige meteorieten bevatten ijzer in de vorm van zeldzame mineralen. Normaal wordt ijzer gevonden als hematiet erts in de grond, waarvan veel is ontstaan tijdens de Grote Zuurstofgebeurtenis. IJzer kan uit het erts worden gewonnen in een hoogoven. Soms wordt ijzer gevonden als magnetiet.

Er zitten ijzerverbindingen in vlees. IJzer is een essentieel onderdeel van de hemoglobine in rode bloedcellen.

IJzer wordt gemaakt in grote fabrieken die ijzersmelterijen worden genoemd door hematiet te reduceren met koolstof (cokes). Dit gebeurt in grote vaten die hoogovens worden genoemd. De hoogoven wordt gevuld met ijzererts, cokes en kalksteen. Er wordt een zeer hete luchtstroom ingeblazen, die de cokes doet verbranden. Door de extreme hitte reageert de koolstof met het ijzererts, waarbij de zuurstof aan de ijzeroxiden wordt onttrokken en kooldioxide ontstaat. Het kooldioxide is een gas en verlaat het mengsel. Er zit ook wat zand bij het ijzer. De kalksteen, die gemaakt is van calciumcarbonaat, verandert in calciumoxide en kooldioxide als de kalksteen erg heet wordt. Het calciumoxide reageert met het zand en vormt een vloeistof die slak wordt genoemd. De slak wordt afgevoerd, zodat alleen het ijzer overblijft. Door de reactie blijft zuiver vloeibaar ijzer over in de hoogoven, waar het na afkoeling kan worden gevormd en gehard. Bijna alle ijzersmelterijen maken tegenwoordig deel uit van staalfabrieken, en van bijna al het ijzer wordt staal gemaakt.

Er zijn vele manieren om ijzer te bewerken. IJzer kan worden gehard door een stuk metaal te verhitten en het in koud water te laten spatten. Het kan zachter worden gemaakt door het te verhitten en langzaam te laten afkoelen. Het kan ook geperst worden met een zware pers. Het kan tot draden worden getrokken. Het kan worden gewalst om plaatmetaal te maken.

In de Verenigde Staten werd een groot deel van het ijzer in Minnesota uit de grond gehaald en vervolgens per schip naar Indiana en Michigan verscheept, waar er staal van werd gemaakt.

Als metaal

IJzer wordt meer gebruikt dan enig ander metaal. Het is sterk en goedkoop. Het wordt gebruikt om gebouwen, bruggen, spijkers, schroeven, pijpen, liggers en torens te maken.

IJzer is niet erg reactief, dus is het gemakkelijk en goedkoop uit ertsen te halen. Het is zeer sterk als het eenmaal tot staal is verwerkt, en wordt gebruikt om beton te versterken.

Er zijn verschillende soorten ijzer. Gietijzer is ijzer dat wordt gemaakt op de hierboven in het artikel beschreven manier. Het is hard en bros. Het wordt gebruikt om dingen als riooldeksels, putdeksels en motorblokken (het hoofdonderdeel van een motor) te maken.

Staal is de meest voorkomende vorm van ijzer. Staal is er in verschillende vormen. Mild staal is staal met een laag percentage koolstof. Het is zacht en gemakkelijk te buigen, maar het barst niet gemakkelijk. Het wordt gebruikt voor spijkers en draden. Koolstofstaal is harder maar brozer. Het wordt gebruikt in gereedschap.

Er zijn nog andere soorten staal. Roestvrij staal is door het chroomgehalte roestbestendig, en nikkel-ijzerlegeringen kunnen sterk blijven bij hoge temperaturen. Andere staalsoorten kunnen zeer hard zijn, afhankelijk van de toegevoegde legeringen.

Smeedijzer is gemakkelijk te vormen en te gebruiken om hekken en kettingen te maken.

Zeer zuiver ijzer is zacht, en kan gemakkelijk roesten (oxideren). Het is ook tamelijk reactief.

Als verbindingen

IJzerverbindingen worden voor verschillende dingen gebruikt. IJzer(II)chloride wordt gebruikt om water schoon te maken. IJzer(III)chloride wordt ook gebruikt. IJzer(II)sulfaat wordt gebruikt om chromaten in cement te verminderen. Sommige ijzerverbindingen worden gebruikt in vitamines.

IJzertekort is het meest voorkomende voedingstekort in de wereld.

Ons lichaam heeft ijzer nodig om zuurstof naar onze spieren te brengen, omdat het de kern vormt van enkele essentiële macromoleculen in ons lichaam, zoals hemoglobine, die ervoor zorgen dat het lichaam beter werkt. Veel granen bevatten wat toegevoegd ijzer (het element metaal ijzer). Het wordt aan granen toegevoegd in de vorm van minuscuul metaalvijlsel. Het is soms zelfs mogelijk de splintertjes te zien door een extreem sterke magneet in de doos te steken. De magneet zal deze stukjes ijzer aantrekken. Het eten van deze kleine metaalsplinters is niet schadelijk voor ons lichaam.

IJzer is het meest beschikbaar voor het lichaam wanneer het wordt toegevoegd aan aminozuren - ijzer in deze vorm is tien tot vijftien maal verteerbaarder dan als element. IJzer wordt ook gevonden in vlees, bijvoorbeeld biefstuk. IJzer dat door voedingssupplementen wordt geleverd, is in de vorm van een chemische stof, zoals ijzer(II)sulfaat, dat goedkoop is en goed wordt opgenomen. Het lichaam neemt niet meer ijzer op dan het nodig heeft, en heeft meestal maar heel weinig nodig. Het ijzer in de rode bloedcellen wordt gerecycleerd door een systeem dat oude cellen afbreekt. Bloedverlies door verwondingen of parasitaire infecties kan ernstiger zijn.

IJzer is giftig als het in grote hoeveelheden in het lichaam wordt opgenomen. Wanneer te veel ijzerpillen worden ingenomen, worden mensen (vooral kinderen) ziek. Er bestaat ook een genetische aandoening die de regulering van het ijzergehalte in het lichaam verstoort.

Er zijn chemicaliën die zich binden met ijzer die artsen kunnen voorschrijven.

• Allotropen van ijzer
• IJzerverbindingen
• IJzertijd