Właściwości i struktura żelaza
Żelazo (Fe) jest metalem przejściowym o masie atomowej 55,845 ± 0,002, występującym w stanie stałym. Jego gęstość wynosi 7874 kg/m³, a temperatura topnienia to 1538 °C. Żelazo charakteryzuje się amfoterycznymi właściwościami tlenków oraz układem krystalograficznym regularnym przestrzennie centrowanym.
Wyróżnia się cztery odmiany alotropowe żelaza:
- Żelazo α: trwałe do 768 °C, ferromagnetyk, sieć bcc (2,86 Å).
- Żelazo β: trwałe w zakresie 768–910 °C, paramagnetyk, sieć bcc (2,90 Å).
- Żelazo γ: trwałe w zakresie 910–1400 °C, sieć fcc (3,64 Å).
- Żelazo δ: trwałe od 1400 do 1535 °C, sieć bcc (2,93 Å).
Zastosowanie żelaza
Żelazo ma szerokie zastosowanie, od czasów prehistorycznych dominując w produkcji narzędzi i materiałów. W czystej postaci jest miękkie, lecz w połączeniu z węglem tworzy stal, która jest znacznie twardsza i bardziej wytrzymała. Stal jest stosowana w wielu gałęziach przemysłu ze względu na swoje korzystne właściwości.
Oprócz tego, żelazo jest wykorzystywane w reakcjach chemicznych, takich jak spalanie termitu w spawaniu, oraz w produkcji kompleksów karbonylowych, które pełnią rolę katalizatorów.
Występowanie i wydobycie
Żelazo jest czwartym najobficiej występującym pierwiastkiem w skorupie ziemskiej (około 6,2%). Spotykane jest w formie różnych minerałów, takich jak hematyt, magnetyt i syderyt. W 2017 roku największymi producentami rud żelaza były Australia, Brazylia, Chiny, Indie i Rosja.
Znaczenie biologiczne
Żelazo jest niezbędne dla życia wielu organizmów. W organizmach kręgowców pełni kluczową rolę w enzymach odpowiedzialnych za oddychanie komórkowe i transport tlenu. Niedobór żelaza może prowadzić do anemii, a jego nadmiar do schorzeń takich jak hemochromatoza.
Zapotrzebowanie i źródła w diecie
Zapotrzebowanie na żelazo wynosi od 1 mg/dobę u mężczyzn do 2 mg u kobiet, z wyższymi wartościami w czasie ciąży. Źródła żelaza w diecie to m.in. mięso, wątroba, jaja, orzechy i warzywa strączkowe. Przyswajalność żelaza jest różna w zależności od diety, wynosząc od 1% w diecie wegetariańskiej do 25% w diecie mięsnej.
Suplementacja żelaza jest zalecana w przypadkach zwiększonego zapotrzebowania, takich jak ciąża czy utrata krwi, ale wymaga ostrożności ze względu na ryzyko nadmiaru.
