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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 Eisen werden nach Durchlaufen von Schwerionenbeschleunigern zur künstlichen Elementsynthese durch sanfte Kernfusion verwendet (Hassium, Meitnerium). Atomkerne des Eisen-Isotops Eisen, das einen grossen Protonenüberschuss aufweist, wurden 1996 beim Beschuss eines Berylliumtargets mit einem Nickel-58-Strahl hergestellt. [AFM]

Eisen 1: Wichtige Isotope.

Isotop

Natürliche Häufigkeit [%]

Atommasse

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

60Fe

0

59,934080

ca. 105 a

 

Eisen 2: Allgemeine, chemische und festkörperphysikalische Eigenschaften.

relative Atommasse (12C = 12,0000)

 55,847

Dichte [g cm - 3]

   7,874

Molvolumen [cm3]

   7,09

Oxidationszahlen

 - II,  - VI

photoelektrische Arbeit [eV]

   4,40

Debye-Temperatur (a-Fe) [K]

462

 

Eisen 3: Thermische und elektromagnetische Eigenschaften.

Siedetemperatur [K]

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

spezifische magnetische Suszeptibilität (a-Fe)

ferromagnetisch


Eisen 4: Atom- und kernphysikalische Eigenschaften.

Termsymbol

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

Einfangquerschnitt für thermische Neutronen [barn]

   2,56 ( ± 0,05)

 

 

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