Techniklexikon

Eisen

(ehem. Symbol Fe). Am häufigsten gebrauchtes Metall mit einer Dichte von 7, 88 g/cm3, das bei 1535 °C schmilzt und bei 2750 °C siedet. Es wird in Hochöfen aus Eisenerzen gewonnen. Reines Eisen wird wegen seiner geringen Festigkeit nicht als Konstruktionswerkstoff verwendet. Fast immer handelt es sich um Stahl, wenn von »Eisen« gesprochen wird. Wegen seiner großen magnetischen (Magnetismus) Permeabilität und niedrigen Koerzitivfeldstärke (Hysterese, Hysteresis) ist Eisen ein wichtiger Werkstoff in der Elektrotechnik. Chemie, Physikalische Chemie, Fe, Element der Nebengruppe VIII des Periodensystems - der Eisengruppe - bzw. der Gruppe Nr. 8 des Langperiodensystems, Ordnungszahl 26. Eisen besitzt die Elektronenkonfiguration [Ar]3d⁶4s² und kommt in der Natur in vier Isotopen vor (Tabelle 1). Es bildet den Hauptbestandteil des Erdkerns (90%; neben 10% Ni) und der "Siderit"-Meteorite, dies deshalb, da die Atomkerne des Eisens besonders stabil sind. Biologisch wichtig ist die Funktion des Eisens beim Sauerstofftransport im Blut. Eisen ist das verbreitetste Gebrauchsmetall; es wird im Hochofen durch Reduktion der oxidischen Eisenerze mit Koks gewonnen. Chemisch reines Eisen kommt in drei enantiotropen Modifikationen vor: a- (kubisch raumzentriert; ferromagnetisch), b- (kubisch dichtest; paramagnetisch) und d-Eisen (kubisch raumzentriert; paramagnetisch).

Der Magnetismus des reinen a-Eisens ist nur temporär, während kohlenstoffhaltiges Eisen, insbesondere Stahl, permanentmagnetisch ist. Eisen und Stahl rosten in Gegenwart von Luft und Wasser unter Bildung des hydratisierten Oxids Fe(OH)₃. Ein Schutz vor Rost wird erreicht durch: Farbanstrich, Galvanisieren (elektrolytisches Abscheiden von Zn oder Sn, Galvanisation), Passivieren (oxidative Bildung von schützendem Fe₂O₃), eine Schutzanode (Mg oder Zn). Die Atomkerne des Eisen-Isotops  werden nach Durchlaufen von Schwerionenbeschleunigern zur künstlichen Elementsynthese durch sanfte Kernfusion verwendet (Hassium, Meitnerium). Atomkerne des Eisen-Isotops , das einen grossen Protonenüberschuss aufweist, wurden 1996 beim Beschuss eines Berylliumtargets mit einem Nickel-58-Strahl hergestellt. [AFM]

Eisen 1: Wichtige Isotope.

bottom:solid black 1.1pt;border-right: none;mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-left-alt:solid black .75pt; mso-border-bottom-alt:solid black 1.1pt;padding:0cm 0cm 0cm 0cm\'> Isotop	bottom:solid black 1.1pt;border-right:none; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-bottom-alt:solid black 1.1pt; padding:0cm 0cm 0cm 0cm\'> Natürliche Häufigkeit [%]	bottom:solid black 1.1pt;border-right:none; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-bottom-alt:solid black 1.1pt; padding:0cm 0cm 0cm 0cm\'> Atommasse	bottom:solid black 1.1pt;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-bottom-alt:solid black 1.1pt; mso-border-right-alt:solid black .75pt;padding:0cm 0cm 0cm 0cm\'> Halbwertszeit T1/2
52Fe	0	51,948114	8,28 h
54Fe	5,8	53,9396120	stabil
55Fe	0	54,938296	2,7 a
56Fe	91,7	55,9349390	stabil
57Fe	2,2	56,9353960	stabil
58Fe	0,3	57,9332780	stabil
59Fe	0	58,934877	44,51 d
bottom:solid black 1.0pt;border-right:none; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-bottom-alt:solid black .75pt; padding:0cm 0cm 0cm 0cm\'> 60Fe	bottom:solid black 1.0pt; mso-border-bottom-alt:solid black .75pt;padding:0cm 0cm 0cm 0cm\'> 0	bottom:solid black 1.0pt; mso-border-bottom-alt:solid black .75pt;padding:0cm 0cm 0cm 0cm\'> 59,934080	bottom:solid black 1.0pt;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-bottom-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 0cm 0cm 0cm\'> ca. 105 a

 

Eisen 2: Allgemeine, chemische und festkörperphysikalische Eigenschaften.

bottom:none;border-right:none; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-left-alt:solid black .75pt; padding:0cm 0cm 0cm 0cm\'> relative Atommasse (12C = 12,0000)	bottom:none;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 0cm 0cm 0cm\'>  55,847
Dichte [g cm - 3]	7,874
Molvolumen [cm3]	7,09
Oxidationszahlen	- II,  - VI
photoelektrische Arbeit [eV]	4,40
bottom:solid black 1.0pt;border-right:none; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-bottom-alt:solid black .75pt; padding:0cm 0cm 0cm 0cm\'> Debye-Temperatur (a-Fe) [K]	bottom:solid black 1.0pt;border-right:solid black 1.0pt;mso-border-bottom-alt: solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt;padding:0cm 0cm 0cm 0cm\'> 462

 

Eisen 3: Thermische und elektromagnetische Eigenschaften.

bottom:none;border-right:none; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-left-alt:solid black .75pt; padding:0cm 0cm 0cm 0cm\'> Siedetemperatur [K]	bottom:none;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 0cm 0cm 0cm\'> 3023
Schmelztemperatur [K]	1808
Siedeenthalpie [kJ mol - 1]	354,1
Schmelzenthalpie [kJ mol - 1]	15,47
Wärmeleitfähigkeit [W m - 1 K - 1]	80,2
spezifische Wärme [kJ kg - 1 K - 1]	0,452
thermischer Längenausdehnungskoeffizient [10 - 6 K - 1]	12,3
spezifischer Widerstand [10 - 8 W m]	10,1
Curie-Temperatur [K]	1043
bottom:solid black 1.0pt;border-right:none; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-bottom-alt:solid black .75pt; padding:0cm 0cm 0cm 0cm\'> spezifische magnetische Suszeptibilität (a-Fe)	bottom:solid black 1.0pt;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-bottom-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 0cm 0cm 0cm\'> ferromagnetisch

Eisen 4: Atom- und kernphysikalische Eigenschaften.

bottom:solid black 1.1pt;border-right: none;mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-left-alt:solid black .75pt; mso-border-bottom-alt:solid black 1.1pt;padding:0cm 0cm 0cm 0cm\'> Termsymbol	bottom:solid black 1.1pt;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-top-alt:solid black .75pt;mso-border-bottom-alt:solid black 1.1pt; mso-border-right-alt:solid black .75pt;padding:0cm 0cm 0cm 0cm\'> 5D4
1. Ionisierungsenergie [eV]	7,871
2. Ionisierungsenergie [eV]	16,183
Elektronenaffinität [eV]	0,151
Elektronegativität (Pauling)	1,8
effektive Kernladung (Slater)	3,75
magnetisches Moment mB	6,708
Ionenradius (Fe3 + ) [nm]	0,064
Kovalenzradius [nm]	0,1117
Atomradius [nm]	0,1241
Kernspin (57Fe)	1/2
kernmagnetisches Moment mK (57Fe)	0,09042
bottom:solid black 1.0pt;border-right:none; mso-border-left-alt:solid black .75pt;mso-border-bottom-alt:solid black .75pt; padding:0cm 0cm 0cm 0cm\'> Einfangquerschnitt für thermische Neutronen [barn]	bottom:solid black 1.0pt;border-right:solid black 1.0pt; mso-border-bottom-alt:solid black .75pt;mso-border-right-alt:solid black .75pt; padding:0cm 0cm 0cm 0cm\'>    2,56 ( ± 0,05)