Żelazo

Ten artykuł dotyczy pierwiastka chemicznego. Zobacz też: inne znaczenia tego słowa.

Żelazo

mangan ← żelazo → kobalt
– ↑ Fe ↓ ruten 26 Fe
Wygląd
srebrzystobiały
Widmo emisyjne żelaza
Ogólne informacje
Nazwa, symbol, l.a.	żelazo, Fe, 26 (łac. ferrum)
Grupa, okres, blok	8, 4, d
Stopień utlenienia	−II, −I, 0, I, II, III, IV, V, VI[4]
Właściwości metaliczne	metal przejściowy
Właściwości tlenków	amfoteryczne
Masa atomowa	55,845 ± 0,002[5]
Stan skupienia	stały
Gęstość	7874 kg/m³[1]
Temperatura topnienia	1538 °C[1]
Temperatura wrzenia	2861 °C[1]
Numer CAS	7439-89-6
PubChem	23925
Właściwości atomowe Promień • atomowy • walencyjny 140 (obl. 156) pm 125 pm Konfiguracja elektronowa 3d64s2 Zapełnienie powłok 2, 8, 14, 2 (wizualizacja powłok) Elektroujemność • w skali Paulinga • w skali Allreda 1,83 1,64 Potencjały jonizacyjne I 762,5 kJ/mol II 1561,9 kJ/mol III 2957 kJ/mol
Właściwości fizyczne Ciepło parowania 349,6 kJ/mol Ciepło topnienia 13,8 kJ/mol Ciśnienie pary nasyconej 7,05 Pa (1808 K) Konduktywność 9,93×106 S/m Ciepło właściwe 449 J/(kg·K)[6] Przewodność cieplna 80,2 W/(m·K) Układ krystalograficzny regularny przestrzennie centrowany (temp. pokojowa) Twardość • w skali Mohsa 4 Prędkość dźwięku 4910 m/s (293,15 K) Objętość molowa 7,09×10−6 m³/mol
Najbardziej stabilne izotopy izotop wyst. o.p.r. s.r. e.r. MeV p.r. 54Fe 5,8% stabilny izotop z 28 neutronami 55Fe {syn.} 2,73 roku w.e. 0,231 55Mn 56Fe 91,72% stabilny izotop z 30 neutronami 57Fe 2,2% stabilny izotop z 31 neutronami 58Fe 0,28% stabilny izotop z 32 neutronami 59Fe {syn.} 44,503 dnia β− 1,565 59Co 60Fe {syn.} 2,62×106 lat β− 3,978 60Co
Niebezpieczeństwa Karta charakterystyki: dane zewnętrzne firmy Sigma-Aldrich Globalnie zharmonizowany system klasyfikacji i oznakowania chemikaliów Substancja nie jest klasyfikowana jako niebezpieczna według kryteriów GHS[2]. NFPA 704 Na podstawie podanego źródła[3] 0 0 0
Jeżeli nie podano inaczej, dane dotyczą warunków normalnych (0 °C, 1013,25 hPa)
Multimedia w Wikimedia Commons
Hasło w Wikisłowniku

Żelazo (Fe, łac. ferrum) – pierwiastek chemiczny o liczbie atomowej 26, metal z VIII grupy pobocznej układu okresowego, należący do grupy metali przejściowych.

Pod względem masy żelazo jest najczęściej występującym pierwiastkiem chemicznym na Ziemi. Stanowi większość składu jej jądra zewnętrznego i wewnętrznego. Jest także czwartym najbardziej powszechnym pierwiastkiem w skorupie ziemskiej. Dostatek tego pierwiastka w strukturze planet skalistych podobnych do Ziemi wiąże się z obfitą jego produkcją w procesie fuzji jądrowej w gwiazdach o dużej masie, w której żelazo jest ostatnim pierwiastkiem, wytworzenie którego wiąże się z uwolnieniem energii. Pierwiastki o większej liczbie atomowej powstają w wyniku gwałtownego wybuchu supernowej, która rozrzuca w przestrzeń radionuklidy, będące także prekursorem stabilnego żelaza.

Czyste żelazo jest lśniącym, srebrzystym, dość twardym i stosunkowo trudnotopliwym metalem, który ulega pasywacji^[7][8]. Domieszka krzemu bądź węgla, związana z procesem otrzymywania metalu z rud żelaza, zwiększa głębokość i szybkość korozji. Od starożytności (najstarsza znana archeologom stal pochodzi z ok. 1800 r. p.n.e.^[9]) jest stosowane w formie stopów z węglem, czyli żeliwa i stali, oraz stopów z manganem, chromem, molibdenem, wanadem i wieloma innymi (są to tzw. stale stopowe).

Podobnie jak inne pierwiastki chemiczne VIII grupy – ruten i osm – żelazo występuje w szerokim zakresie stopni utlenienia, od −II do VI, z których najpowszechniejsze są II i III stopień, gdzie II występuje nieco rzadziej od III, ze względu na niski standardowy potencjał redukcji ${\displaystyle E_{Fe^{3+}/Fe^{2+}}}$. Ma 25 izotopów z przedziału mas 45–69. Trwałe są izotopy 54, 56, 57 i 58, z czego najwięcej jest izotopu 56 (92%). Żelazo w stanie wolnym występuje w meteroidach oraz środowiskach o małej zawartości tlenu, gdyż reaguje z wodą i tlenem. Powierzchnia czystego żelaza jest lśniąca i srebrzystobiała, lecz utlenia się na wolnym powietrzu, tworząc uwodnione tlenki żelaza, potocznie nazywane rdzą. W przeciwieństwie do metali tworzących na swojej powierzchni powłokę pasywną, tlenki żelaza zajmują większą objętość niż metal, w wyniku czego łuszczą się, odsłaniając kolejne dla czynników korozyjnych warstwy nieskorodowanej jeszcze powierzchni.^{[potrzebny przypis]}

W literaturze żelazu przypisuje się różną liczbę odmian alotropowych.

Dwie odmiany alotropowe^[10]:

• żelazo α występujące w dwóch odmianach:
  • niskotemperaturowej α – trwałej do temperatury 912 °C; sieć krystaliczna: układ regularny przestrzennie centrowany (bcc) typu A2 (komórka elementarna 2,86 Å); do temperatury 768 °C jest ferromagnetykiem, powyżej zaś jest paramagnetykiem;
  • wysokotemperaturowej α(δ), odpowiadającej żelazu δ poniżej – trwałej od 1394 °C do 1538 °C; sieć krystaliczna: układ regularny przestrzennie centrowany bcc typu A2 (2,93 Å);
• żelazo γ – trwałe w zakresie 912–1394 °C, sieć krystaliczna: układ regularny ściennie centrowany (fcc) typu A1 (3,65 Å).

Cztery odmiany alotropowe^[11]:

• żelazo α – trwałe do temperatury Curie (768 °C), ferromagnetyk, sieć krystaliczna: układ regularny wewnętrznie centrowany (bcc) typu A2 (komórka elementarna 2,86 Å);
• żelazo β – trwałe w zakresie 768–910 °C, paramagnetyk, sieć krystaliczna: bcc typu A2 (2,90 Å);
• żelazo γ – trwałe w zakresie 910–1400 °C, sieć krystaliczna: układ regularny ściennie centrowany (fcc) typu A1 (3,64 Å);
• żelazo δ – trwałe od 1400 do 1535 °C (temperatura topnienia), sieć krystaliczna: bcc typu A2 (2,93 Å).

Ta sekcja od 2025-06 zawiera treści, przy których brakuje odnośników do źródeł.

Należy dodać przypisy do treści niemających odnośników do źródeł. Dodanie listy źródeł bibliograficznych jest problematyczne, ponieważ nie wiadomo, które treści one uźródławiają.
Sprawdź w źródłach: Encyklopedia PWN • Google Books • Google Scholar • BazHum • BazTech • RCIN • Internet Archive (texts / inlibrary)
Dokładniejsze informacje o tym, co należy poprawić, być może znajdują się w dyskusji tej sekcji.
Po wyeliminowaniu niedoskonałości należy usunąć szablon {{Dopracować}} z tej sekcji.

Żelazo wykorzystywane jest przez ludzi od czasów prehistorycznych. Czas, w którym żelazo stało się głównym surowcem w wytwarzaniu narzędzi nazywa się epoką żelaza^{[potrzebny przypis]}; w Starym Świecie zaczęła się ona ok. 1200 lat p.n.e., zaś w Amerykach i w Australii żelazo poznano dopiero po przybyciu nowożytnych kolonizatorów. Koniec epoki żelaza nastał wraz z początkiem średniowiecza albo w XIII wieku, choć według niektórych trwa do dziś^[12]. Żelazo wyparło stosowane wcześniej stopy miedzi mające niższe temperatury topnienia. W czystej postaci żelazo jest stosunkowo miękkie, aczkolwiek nie jest możliwe otrzymanie takiej jego formy na drodze wytapiania, gdzie otrzymuje się żelazo znacznie twardsze i wzmocnione przez zanieczyszczenia, a w szczególności przez węgiel.

 Osobny artykuł: Stal.

Odpowiednia mieszanina żelaza z węglem, w ilości od 0,002% do 2,1% węgla nazywana jest stalą, która charakteryzuje się nawet 1000 razy większą twardością niż czyste żelazo. Najstarsze ślady użycia stali pochodzą z ok. 1800 r. p.n.e.; ówczesna stal była niejednorodna pod względem jakości, ponieważ proces jej wytwarzania (wtedy było to mieszanie żelaza z węglem drzewnym w prymitywnych piecach) był czasochłonny i trudny do kontrolowania^[9]. W dzisiejszych czasach surowe stopy żelaza z węglem wytwarzane są w wielkich piecach, w których ze wsadu składającego się z rudy żelaza z dodatkiem koksu i topników wytapia się surówkę o wysokiej zawartości węgla. W kolejnych etapach produkcji, przy użyciu tlenu zmniejsza się zawartość węgla w surówce do odpowiedniej wartości, aby otrzymać stal. Z uwagi na szereg korzystnych właściwości, a także dostatek złóż rudy żelaza na świecie, stale oraz stopy żelaza utworzone z innymi metalami (stale stopowe) są najbardziej powszechnymi metalami przemysłowymi.

 Z tym tematem związana jest kategoria: Związki żelaza.

Związki chemiczne żelaza mają wiele zastosowań. Reakcja spalania mieszaniny tlenku żelaza i sproszkowanego glinu, nazywanej termitem, stosowana jest przy spawaniu i oczyszczaniu rud. Pierwiastek ten tworzy również związki dwuskładnikowe z halogenami i tlenowcami.

Oprócz minerałów duże znaczenie technologiczne mają karbonylkowe kompleksy żelaza, które otrzymuje się z chlorków żelaza i które są katalizatorami licznych reakcji organicznych. Zielony chlorek żelaza(II) o kwaskowym smaku jest podawany przy niedokrwistości.

Ta sekcja od 2025-06 wymaga zweryfikowania podanych informacji.

Należy podać wiarygodne źródła w formie przypisów bibliograficznych.
Część lub nawet wszystkie informacje w sekcji mogą być nieprawdziwe. Jako pozbawione źródeł mogą zostać zakwestionowane i usunięte.
Sprawdź w źródłach: Encyklopedia PWN • Google Books • Google Scholar • BazHum • BazTech • RCIN • Internet Archive (texts / inlibrary)
Dokładniejsze informacje o tym, co należy poprawić, być może znajdują się w dyskusji tej sekcji.
Po wyeliminowaniu niedoskonałości należy usunąć szablon {{Dopracować}} z tej sekcji.

Żelazo jest szeroko rozprzestrzenione w skorupie ziemskiej i jego zawartość wynosi ok. 6,2% (co stawia żelazo na 4. miejscu wśród pierwiastków i 2. miejscu wśród metali).

Żelazo występuje w minerałach takich jak np.:

• czerwony hematyt (Fe₂O₃);
• czarny magnetyt (Fe₃O₄);
• syderyt (FeCO₃);
• limonit (Fe₂O₃·nH₂O), m.in. w formie rudy darniowej;
• goethyt (FeO(OH));
• piryt (FeS₂);
• arsenopiryt (FeAsS);
• żelazo rodzime (Fe).

 Osobny artykuł: Rudy żelaza na Ziemi.

Podstawowym źródłem produkcji żelaza są rudy żelaza, choć coraz większe znaczenie ma żelazo pozyskiwane z recyklingu^[13]. W wydobyciu rud żelaza w 2017 roku, wynoszącym ogółem ok. 2,4 mld ton, przodowały: Australia (880 mln ton), Brazylia (440 mln ton), Chiny (ok. 340 mln ton), Indie (190 mln ton) i Rosja (100 mln ton).

W Polsce zasobów żelaza w okolicach Suwałk nie wydobywa się w związku z groźbą zaistnienia katastrofy ekologicznej oraz z uwagi na głębokie położenie złóż^[14].

 Osobny artykuł: Rudy żelaza w Polsce.

	Państwa wydobywające najwięcej rud żelaza (2017) (w milionach ton)[15]
1	Australia	880
2	Brazylia	440
3	Chiny	340
4	Indie	190
5	Rosja	100
6	Południowa Afryka	68
7	Ukraina	63
8	Kanada	47
9	Stany Zjednoczone	46
10	Iran	35
	Łącznie na świecie	2,4 mld ton

Ta sekcja od 2025-06 zawiera treści, przy których brakuje odnośników do źródeł.

Należy dodać przypisy do treści niemających odnośników do źródeł. Dodanie listy źródeł bibliograficznych jest problematyczne, ponieważ nie wiadomo, które treści one uźródławiają.
Sprawdź w źródłach: Encyklopedia PWN • Google Books • Google Scholar • BazHum • BazTech • RCIN • Internet Archive (texts / inlibrary)
Dokładniejsze informacje o tym, co należy poprawić, być może znajdują się w dyskusji tej sekcji.
Po wyeliminowaniu niedoskonałości należy usunąć szablon {{Dopracować}} z tej sekcji.

Żelazo odgrywa ważną rolę w biologii. Mimo znacznego rozpowszechnienia na Ziemi, żelazo należy do mikroelementów – występuje w niewielkich ilościach w składzie organizmów, jest jednak pierwiastkiem niezbędnym do życia dla prawie wszystkich organizmów żywych – drobnoustrojów, roślin i zwierząt, w tym człowieka^[16].

Jest metalem występującym w wielu ważnych enzymach redoks, odpowiadających za oddychanie komórkowe, utlenianie i redukcję u roślin i zwierząt. W tym też w centrach aktywnych licznych enzymów takich jak: katalaza, peroksydazy oraz cytochromy. Znajduje się też w grupach prostetycznych wielu innych ważnych białek należących do metaloprotein: hemoglobinie, mioglobinie, będących typowymi białkami wykorzystywanymi do transportu i przechowywania tlenu cząsteczkowego u kręgowców.

Niekiedy podaż żelaza może nie pokrywać zapotrzebowania organizmu na ten pierwiastek, dzieje się tak m.in. w stanach zwiększonego zapotrzebowania, zaburzeń wchłaniania lub zwiększonej utraty żelaza. Po pewnym czasie prowadzi to do jego niedoboru i związanych z nim objawów chorobowych.

U kręgowców jest to głównie niedokrwistość z niedoboru żelaza. Według danych WHO aż 30% światowej populacji może spełniać kryteria niedokrwistości. W krajach rozwijających się ten problem dotyczy co drugiej kobiety w ciąży i blisko 40% dzieci w wieku przedszkolnym^[17].

Niedobór żelaza u roślin powoduje zakłócenia przebiegu fotosyntezy i chlorozę młodych liści.

Czasem mimo istniejących mechanizmów regulacyjnych organizmu, może dojść do stanów przeciążenia żelazem. Najważniejszymi schorzeniami związanymi z nadmiarem żelaza w organizmie są hemochromatoza dziedziczna i hemosyderoza. Duże ilości soli żelaza(II) są toksyczne. Związki żelaza(III–VI) są nieszkodliwe, ponieważ słabo się wchłaniają.

W organizmie ludzkim żelazo występuje w hemoglobinie, tkankach, mięśniach, szpiku kostnym, białkach krwi, enzymach, ferrytynie, hemosyderynie oraz w osoczu^[18]. Przeciętny mężczyzna ma w organizmie 4 gramy żelaza, a kobieta około 3,5 grama.

Żelazo wchłania się w dwunastnicy i jelicie cienkim w postaci Fe²⁺. Po wchłonięciu wiązane jest przez apoferrytynę w błonie śluzowej przewodu pokarmowego. Powstaje ferrytyna, a żelazo znajduje się wtedy na III stopniu utlenienia. We krwi transportowane jest przez transferrynę. Prawidłowe stężenie żelaza w surowicy krwi^[19]:

• wartość średnia
  • mężczyźni 21,8 μmol/l, 120 μg/dl
  • kobiety 18,5 μmol/l, 100 μg/dl
• wartość skrajna
  • mężczyźni 17,7–35,9 μmol/l, 90–200 μg/dl
  • kobiety 11,1–30,1 μmol/l, 60–170 μg/dl

Magazynowane jest w wątrobie również w postaci ferrytyny.

Zapotrzebowanie na żelazo u człowieka jest zmienne i zależy od wieku, płci i stanu organizmu. U osób dorosłych wynosi ono od 1 mg/dobę u mężczyzn do 2 mg u kobiet, z zastrzeżeniem, że w okresie ciąży i karmienia powinno to być ok. 3 mg/dobę^[20]. Różnice w przyswajalności żelaza z pożywienia są bardzo duże w zależności od diety, od 1–2% dla diety wyłącznie zbożowej, do 25% dla diety mięsnej. Dla średniej, mieszanej diety przyswajalność żelaza wynosi ok. 10%, co oznacza konieczność spożywania ok. 10-krotnie większej ilości żelaza niż wynosi jego zapotrzebowanie przez organizm^[21]. Źródła żelaza w diecie człowieka to: mięso (w tym mięso ryb), wątroba, żółtko jaj, twaróg, orzechy, mleko, warzywa strączkowe, brokuły, krewetki^{[potrzebny przypis]}. Szpinak, wbrew obiegowym opiniom, zawiera umiarkowane ilości żelaza^[22] na dodatek w formie słabo przyswajalnej przez człowieka^[23].

Suplementację preparatami żelaza powinno się stosować m.in. u osób po zabiegach operacyjnych z dużą utratą krwi, u osób z krwawieniami z przewodu pokarmowego, z dróg rodnych, kobiet ciężarnych, karmiących, przy obfitych menstruacjach, u wcześniaków, u dzieci po konflikcie serologicznym, u osób z zaburzeniami wchłaniania żelaza^[17]. Część badań wskazuje, że podawanie żelaza może zmniejszać natężenie objawów u dzieci z ADHD mających niedobory tego pierwiastka. Rola suplementacji żelaza w tej chorobie nie jest jednak potwierdzona i wymaga dalszych badań^[24].

Zobacz kolekcję cytatów związane z żelazem w Wikicytatach

• żelazokrzem
• epoka żelaza
• Atomium