Chemie
- Details
- Zugriffe: 16292
Namen: Lucas, Kübra, Franziska, Nina, Namen: Christopher, Gabriel, Mandana und Evelyn (alle 2013, 10L1)
Lara 2019-12
Vorkommen von Eisen:
- nie elementar in der Natur (außer in Meteoriten)
- Hauptbestandteil (zusammen mit mit Nickel) im Erdkern
- 28,8% des Gesamtanteils der Erde
- 4. häufigstes Element
- ca. 4,7% in der Erdkruste
- wirtschaftlich bedeutend: Hämatit, Magnetit, Siderit, Brauneisenstein, Pyrit
- größte Eisenerzlieferanten: Brasilien, Australien, China, Russland, Indien,USA,Kanada,Schweden,Frankreich
- Erdkern besteht hauptsächlich aus Eisen
- wichtiger Mineralstoff im Körper
- Spurenelement -> erforderlich für den Stoffwechsel
- wird im Blut aufgenommen
- ca. 60% in Hämoglobin (roter Blutfarbstoff)
- Stärkung des Immunsystems
- ca. 10% des Eisens in Lebensmitteln können aufgenommen werden
- im Blut wird es mit Transferrin* transportier zu Muskeln, Knochenmark, Leber &,
- Milz, des Weiteren ist es wichtig für die Bildung einiger Enzyme (hauptsächlich in der Leber gebildetes Eisentransportmittel)
- industriell heißt es auch Gusseisen.
- Stahl wird nicht als Eisen bezeichnet, sondern als Eisenmetall.
Eisen und Nickel bilden den Hauptbestandteil des Erdkerns. Raseneisenstein (hohe, eisenhaltige Verfestigung) und offenliegende Erze wurden als erstes abgebaut. Heute findet der Abbau von 40-prozentigem Magneteisenerz statt. Die Reinform des Eisens ist in der Natur nur selten vorfindbar. Diese Naturform Eisens ist an 120 Orten zu finden. Häufig findet man jedoch Eisenerz. Man kennt circa 1500 Eisenminerale.
Eisengewinnung
Erzgewinnung und –aufbereitung
Eisenerz wird sowohl im Tage als auch in Tiefbau gefördert, wobei die Gewinnung beim Tagebau weitaus effektiver und kostengünstiger ist und so häufiger genutzt wird. Insbesondere in Südamerika, China, Osteuropa und Kanada wird heute im Tagebau Erz gefördert.
In der Regel muss zu feines Eisenerz, bevor man es weiterverarbeiten kann, in einer Sinteranlage zu Sinter verarbeitet werden. Dabei wird das Erz unter erhöhtem Druck erhitzt und so gepresst, es verschwinden Poren und aus kleineren Bruchstücken werden feste aber spröde Brocken gepresst. Neben dem Sintern von Bruchstücken wird feiner Erzstaub durch die Zugabe von Wasser und Bindemitteln wie beispielsweise Sand oder Kalk bei gehobenen Temperaturen der Staub gebunden und zu Pellets verarbeitet.
Dies ist notwendig, damit in der späteren Weiterverarbeitung im Hochofen beim Einschmelzen gegebenenfalls vorhandener Staub oder Erzbruchstücke nicht die Luftzufuhr behindern oder unterbrechen.
Einschmelzen im Hochofen
Die Produktion von Eisen findet in Hochöfen (Anlage zur Gewinnung von Eisen durch Reduktion von Eisenoxid) statt, kann jedoch auch ohne diese vollzogen werden. Man kann Eisen sowohl mit Kalkstein, als auch mit Koksgrus und Wasser vermischen und sintern (Eisenerze werden in Sinteranlagen zusammengebacken).
Bei einem Hochofen handelt es sich um einen Schachtofen bei dem das Eisenerz und das Steinkohlekoks abwechselnd von oben in die Brennkammer eingeführt werden. Diese Rohmaterialien sinken im Ofen ab und erhitzen sich dabei auf bis zu ca. 1800°C, wobei das Eisenoxid schmilzt und der Kohlenstoff aus der Kohle sich mit dem austretenden Sauerstoff aufgrund der anhaltenden Zugabe von 2000°C heißem Stickstoff und Kohlenmonoxid verbindet. Aufgrund von verschiedenen Verschmutzungen der Kohle sowie dem Erz entstehen Abgase, die neben den Prozessgasen Stickstoff und Kohlenmonoxid auch u.a. Siliziumdioxid enthalten.
Nach ca. 8 Stunden ist die Reduktion und die Schmelze abgeschlossen und aus dem Ofen kann das ca. 1450°C heiße Roheisen sowie ein weiteres Abfallprodukt, die Schlacke, entnommen werden. Zusätzlich zur gesonderten Entsorgung der Schlacke, da diese einige Schwermetalle enthält, müssen die Abgase in einem aufwändigen Filterprozess gereinigt und vom entstandenen Feinstaub befreit werden.
Das entstandene Roheisen hat einen Eisenanteil von ca. 95%, was für die meisten Stahlsorten zu niedrig ist, da durch den hohen Kohlenstoffrestanteil die Stahlqualität schlechter und der Stahl porös wird.
Neben dem schmelzen des Stahls im Hochofen gibt es noch weitere Möglichkeiten des Einschmelzens, wie beispielsweise die Eisenerzeugung im Schachtofen oder der Erzeugung in der Retorte. All diese Möglichkeiten wurden entwickelt um ungünstige Rohstoff- oder Energiebedingungen auszugleichen. Allerdings ist die Eisenerzeugung durch den Hochofen die wirtschaftlichste und effizienteste, weshalb man in der Industriellen Erzeugung nahezu ausschließlich diese antrifft.
Schematischer Aufbau des Hochofens (Klicken zum Vergrößern)
Quelle Bild: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Hochofenprozess.PNGby Andreas Schmidt
Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Unported license GNU Free Documentation License, Version 1.2
Eigenschaften von Eisen:
- chemisches Element mit Elementsymbol: Fe
- silbrig-weißes Aussehen
- weiches, dehnbares Metall
- unedles Metall
- Aggregatzustand normalerweise fest
- Ordnungszahl 26 (=> 26 Protonen, 26 Elektronen)
- Molmasse 55,85 g mol
- Elektrisch leitfähig
- Nicht brennbar
- Sehr gute Wärmeleitfähigkeit (z.B : Gußeiserne Pfanne)
- Geruch- und geschmacklos (der typische mit Eisen verbundene Geruch, entsteht durch eine chemische Reaktion bei der Berührung von Eisen mit den Fetten und dem Schweiß der Haut)
- 8. Hauptgruppe (Eisen-Platingruppe; Eisengruppe)
- 4 besetzte Elektronenschalen mit 8 Außeneletktronen
- oxidiert an feuchter Luft
- Elektronegativität: 1,83
- Dichte: 7,874g/cm3
- Schmelzpunkt: 1538°C
- Siedepunkt: 2861°C
- Atommasse: 55,845u
- Zählt zu den Übergangsmetallen
- Oxide: FeO; Fe2O3; Fe3O4
Isotope des Eisens:
- Eisen besitzt 27 Isotope und zwei Kerisomere.
- Vier Isotope sind natürlich und stabil (54Fe, 56Fe, 57Fe, 58Fe)
- 60Fe hat eine Halbwertzeit von 2,62 Mio. Jahren.
- "Äußere" Eigenschaften:
• Aussehen: metallisch glänzend; gräulich
• hartes, dehnbares Schwermetall
• Geruch: geruchlos (reines Eisen). Der bekannte Eisengeruch kommt von der Reaktion von Stoffen des Schweißes und Fettes der Haut mit den dabei entstehenden Eisenionen. Dabei ist der wichtigste Duftträger 1.Octon-3-on, das einen pilzig-metallischen Geruch hervorruft. Die Vorstufe sind die Lipidperoxide, die dadurch entstehen, dass das Hautfett durch bestimmte Enzyme oxidiert wird. Danach werden diese durch die zweiwertigen Eisenionen zersetzt und so werden Duftstoffe frei.
Reaktionsverhalten von Eisen und seinen Verbindungen:
- reaktionsfreudig
- beständig an trockener Luft, in trockenem Chlor, in konzentrierter Schwefel- und Salpetersäure und basischen Agenzien (außer heißer Natronlauge) mit einem pH- Wert über neun.
- in Salzsäure, Schwefelsäure und Salpetersäurelöst es sich rasch. Dabei entwickelt sich Wasserstoff.
- An feuchter Luft oder Wasser, in denen Sauerstoff oder Kohlenstoffdioxid vorhanden ist, wird es unter Bildung von Eisenhydrat (Rost) oxidiert.
- An trockner Luft erhitzt: Bildung einer dünnen Eisen (2,3)-Oxid.
- Stahlwolle reagiert in feuchtem Chlor- Gas: Bildung von brauen Eisen(III)- Chlorid.
- Gemisch von Eisen und Schwefel (Gewichtsverhältnis 7:4) erhitzt: Bildung von Eisen(II)-Sulfid
- Mit Nichtmetallen wie Phosphor oder Kohlenstoff erhitzt: Bildung von Phosphiden oder Carbiden
- Pyrophores Eisen, das fein verteilt ist, reagiert schon bei Raumtemperatur heftig an der Luft mit dem Sauerstoff. Es findet eine hohe Energiefreisetzung statt, wodurch es anfangen kann zu brennen oder glühen
Eisenverbindungen:
• Eisen(II)-Oxid, Eisen(III)-Oxid, Eisen(II,III)-Oxid
• Eisen(II)- Carbonat
• Eisen(II)-Sulfat
• Eisen(II)-Sulfid
• Eisen(II)-Hydroxid, Eisen(II)-Hydroxid
• Eisen(II)-Chlorid
Reaktionen von Eisen
• Fe + S --> FeS
• 2Fe + O2 --> 2FeO
• 2Al + Fe2O3 --> Al2O3 + 2Fe
• 2Fe2O3 + 3C --> 4Fe + 3CO2
Verwendung von Eisen
- Eisen gehört zu den meistverwendeten Metallen. Landfahrzeuge und Schiffe werden aus Eisen hergestellt. Im gesamten Baubereich wird es ebenfalls verwendet. Die häufigsten Metalllegierungen sind Eisen-Silicium, Eisen-Aluminium, Eisen-Nickel und Eisen-Kobalt. In der Chemie wird häufig reines Eisenpulver benötigt. Wenn man Gusseisen und Stahl herstellt, ist Roheisen ein Zwischenprodukt.
- Betrachtet man den prozentualen Gewichtsanteil an genutzen Metallen weltweit, so ist Eisen mit 95% das meist genutzte Metall.
- Da es in großen Mengen verfügbar ist, ist es recht preiswert und durch die hervorragende Festigkeit und Zähigkeit als Bestandteil von Legierungen ist es in vielen technischen Bereichen ein Grundwerkstoff (Fahrzeuge, Schiffe und Baubereich(z.B. Stahlbeton)).
- Da Eisen ferromagnetisch ist, wird es bevorzugt in Generatoren, Transformatoren, Drosseln, Relais und Elektromotoren als tragendes Bauteil des Elektromagnetismus verbaut.
- In Form einer Legierung mit anderen Metallen dient es als weichmagnetisches Material zur Führung, Abschirmung oder Erhöhung der Induktivität von Magnetfeldern.
- Eisen wird in den folgenden Formen verwendet:
- Roheisen enthält 4-5% Kohlenstoff und verschiedene anderen Elemente (Schwefel, Phosphor und Silicium). Es ist ein Vorprodukt in der Herstellung von Stahl und Gusseisen.
- Gusseisen enthält zwischen 2,06% und 6,67% Kohlenstoff und weitere Legierungselemente. Es gibt weißes und graues Gusseisen. Diese Unterscheidung findet im Vorkommen des Kohlenstoffes statt. Bei Ersterem kommt er als Carbid und bei letzterem als Graphit vor.
Da Gusseisen sehr hart uns spröde ist lässt es sich in der Regel nicht plastisch verformen. - Stahl enthält zwischen 0,06% und 2,06% Kohlenstoff. Er ist plastisch umformbar und kann durch legieren bzw. thermische Behandlung in seinen mechanischen Eigenschaften verändert werden.
- In der Medizin kann Eisen als Präparat eingesetzt werden um den Hämoglobinwert im Blut zu steigern.
Youtubevideos zum Thema Eisen und Stahl:
- Anorganische Chemie: Metalle - Erdalkalimetalle
- Anorganische Chemie: Metalle - Gold
- Anorganische Chemie: Metalle - Korrosion und Korrosionsschutz
- Anorganische Chemie: Metalle - Kupfer und Kupferverbindungen
- Anorganische Chemie: Metalle - Uran
- Anorganische Chemie: Metalle und die Metallbindung
- Anorganische Chemie: Oxidationsstufen des Mangans
- Anorganische Chemie: Periodensystem (!)
- Anorganische Chemie: pH-Abhängigkeit von Redoxpotentialen (über die Nernst-Gleichung)
- Anorganische Chemie: pH-Elektrode & elektrochemische pH-Wert-Bestimmung
- Anorganische Chemie: pH-Wert (und pOH-Wert)
- Anorganische Chemie: Phosphor
- Anorganische Chemie: Photovoltaik und Brennstoffzelle
- Anorganische Chemie: Protolyse von Phosphorsäure
- Anorganische Chemie: Protolysereaktionen bei Salzen (Säure-Base Reaktionen)
- Anorganische Chemie: Reaktion von Säuren und Basen mit Wasser
- Anorganische Chemie: Reaktionsgeschwindigkeit und Messung der Reaktionsgeschwindigkeit
- Anorganische Chemie: Reaktionsgeschwindigkeit, Momentangeschwindigkeit und Messung (sowie HWZ)
- Anorganische Chemie: Reaktionsgeschwindigkeitsmessung von Thiosulfationen mit Säure
- Anorganische Chemie: Redoxreaktionen aufstellen
- Anorganische Chemie: Redoxreaktionen im Alltag
- Anorganische Chemie: Salpetersäure HNO₃ - Herstellung, Verwendung, Eigenschaften
- Anorganische Chemie: Salpetrige Säure
- Anorganische Chemie: Salze
- Anorganische Chemie: Salzherstellung durch Neutralisation
- Anorganische Chemie: Sauerstoff
- Anorganische Chemie: Sauerstoffsäuren des Chlors
- Anorganische Chemie: Sauerstoffsäuren des Phosphors
- Anorganische Chemie: Säure-Base Chemie (Brönsted-Definitionen)
- Anorganische Chemie: Säure-Base-Puffer und Puffersysteme
- Anorganische Chemie: Säurestärke (pKs) und Basenstärke (pKb)
- Anorganische Chemie: Schwefel
- Anorganische Chemie: Schwefelsäure
- Anorganische Chemie: Stickstoff
- Anorganische Chemie: Struktur von Salzen, Ionengitter und Ionenbildung
- Anorganische Chemie: Übungsaugaben zum Massenwirkungsgesetz (MWG)
- Anorganische Chemie: Vergleich von Ionenbindung und Atombindung
- Anorganische Chemie: Wasserstoff
- Anorganische Chemie: Wie berechnet man Neutralistionsaufgaben (Beispielaufgaben)
- Anorganische Chemie: Wie funktioniert der Lithium-Ionen-Akku?
- Anorganische Chemie: Zink
- Anorgansiche Chemie: Redoxreaktion - Beispielaufgaben
- Biochemie: Biokatalysatoren (Enzyme)
- Chemie: Oxidationszahlen und deren Bestimmung (!)
- Farbigkeit und Molekülstruktur
- Glossar: Fachbegriffe der anorganischen und organischen Chemie mit Erklärungen
- Komplexchemie: Anwendungen der Komplexchemie
- Komplexchemie: Aquakomplexe
- Komplexchemie: Aufbau von Komplexen
- Komplexchemie: Chelatkomplexe
- Komplexchemie: Historischer Abriss der Entdeckung der Komplexchemie
- Komplexchemie: In der Natur vorkommende (biologische) Komplexverbindungen
- Komplexchemie: Komplexe Gleichgewichtsreaktionen und die Stabilitätskonstanten
- Komplexchemie: Komplexstabilitätskonstante und Komplexzerfallskonstante
- Komplexchemie: Ligandenaustauschreaktionen
- Komplexchemie: Nomenklatur (Benennung) von Komplexen
- Komplexchemie: Wasserenthärtung
- Ökologische, ökonomische und soziale Nachhaltigkeit in Chemie
- Organische Chemie: Gelatine
- Selektivität und Spezifität von Katalysatoren
- Herstellung von Maßlösungen
- I-Effekte beeinflussen die Säurestarke von Carbonsäuren
- Organische Chemie: Oxidative Fettumwandlung (Ranzigwerden von Fetten)
- Organische Chemie: Alkane - feste Alkane // Wachse und Paraffine
- Organische Chemie: Alkane - flüssige Alkane
- Organische Chemie: Alkane - gasförmige Alkane
- Organische Chemie: Alkanole (Alkohole)
- Organische Chemie: Alkene und Alkine
- Organische Chemie: Alkohol und seine Wirkung auf Menschen
- Organische Chemie: Alkoholate
- Organische Chemie: Alkohole: Ethanolherstellung durch alkoholische Gärung und großtechnische Produktion
- Organische Chemie: Aminosäuren - Peptidbindung, Typen, Aufbau, Reaktionen
- Organische Chemie: Anorganische Ester
- Organische Chemie: Aufgaben und Übungen zur Nomenklatur bei organischen Verbindungen
- Organische Chemie: Benzin und Diesel
- Organische Chemie: Bestimmung von Schmelz- und Siedepunkten
- Organische Chemie: Biogasanlagen
- Organische Chemie: Brennbarkeit von Kohlenwasserstoffen
- Organische Chemie: Carbonsäuren: homologe Reihe, Verwendung
- Organische Chemie: Carbonylverbindungen - Aldehyde
- Organische Chemie: Carbonylverbindungen - Ketone
- Organische Chemie: chemische Nachweise bei organischen Verbindungen
- Organische Chemie: Cis-/ trans-Isomerie und E/Z-Isomerie
- Organische Chemie: Cycloalkane und Cykloalkene
- Organische Chemie: Darstellungsweisen organischer Verbindungen
- Organische Chemie: Der Einfluss der I-Effekte auf die Säurestärke
- Organische Chemie: Die Aminosäure Glycin
- Organische Chemie: Die Chemie der "Shisha"
- Organische Chemie: Die Harnstoffsynthese von Friedrich Wöhler
- Organische Chemie: Eigenschaften von Aminosäuren
- Organische Chemie: Einfluss von Molekülmasse und Van der Waals-Kräften auf die Schmelz- und Siedepunkte
- Organische Chemie: Elektrophile und nukleophile Addition
- Organische Chemie: Eliminierung
- Organische Chemie: Energetische Betrachtung organischer Reaktionen
- Organische Chemie: Erdöl und Erdgas
- Organische Chemie: Erdöldestillation zur Gewinnung von Kohlenwasserstoffen
- Organische Chemie: Ester und die Veresterung
- Organische Chemie: Esterspaltung durch Hydrolyse
- Organische Chemie: Ethan
- Organische Chemie: Ethanol
- Organische Chemie: Ethen, Propen und Buten
- Organische Chemie: Ethin
- Organische Chemie: Ethin, Propin, Butin
- Organische Chemie: Färbeverfahren
- Organische Chemie: Fehlingprobe & Tollens-Probe
- Organische Chemie: Fehlingprobe und reduzierende Eigenschaften bei Kohlenhydraten
- Organische Chemie: Fette
- Organische Chemie: Fetthärtung und Margarineherstellung
- Organische Chemie: Fettsäuren
- Organische Chemie: Fischer-Projektion und die Umwandlung in die Haworth-Projektion
- Organische Chemie: Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffe (FCKW)
- Organische Chemie: Fruchtsäuren
- Organische Chemie: Fructose
- Organische Chemie: Galactose (!)
- Organische Chemie: Glucose (Traubenzucker)
- Organische Chemie: Glycogen (tierische Stärke)
- Organische Chemie: Glycosidische Bindung
- Organische Chemie: Gummi und Kautschuk
- Organische Chemie: Halogenalkane (!)
- Organische Chemie: Homologe Reihe der Alkane (!)
- Organische Chemie: I-Effekte
- Organische Chemie: Insulin
- Organische Chemie: Isobuten
- Organische Chemie: Isomaltose & Maltose als typische Disaccharide
- Organische Chemie: Isomerieformen
- Organische Chemie: Kerosin und Schweröl als Erdölbestandteile
- Organische Chemie: Keto-En(di)ol-Tautomerie bei Monosacchariden
- Organische Chemie: Kohle und Graphit
- Organische Chemie: Kohlenhydrate - Disaccharide
- Organische Chemie: Kunststoffe I - Allgemeines und radikalische Polymerisation
- Organische Chemie: Kunststoffe im Vergleich: Thermoplaste
- Organische Chemie: Lactose
- organische Chemie: Löslichkeit von organischen Verbindungen (polare und apolare Lösungsmittel)
- Organische Chemie: Mechanismus Veresterung
- Organische Chemie: mehrwertige Alkohole (Alkanole)
- Organische Chemie: Methan
- Organische Chemie: Nachweis von Proteinen (Ninhydrin-Reaktion)
- Organische Chemie: Nachweise für ungesättige Fettsäuren
- Organische Chemie: Nitril als wichtiger Kunststoff
- Organische Chemie: Nomenklatur und Benennung von organischen Kohlenwasserstoffen
- Organische Chemie: Nukleophile Addition
- Organische Chemie: Nukleophile Substitution
- Organische Chemie: Optische Aktivität
- Organische Chemie: Oxidation und Reduktion von Aldehyden
- Organische Chemie: Oxidation von Alkoholen
- Organische Chemie: Oxidation von Glucose mit Methylenblau (blaues Wunder)
- Organische Chemie: Pektine
- Organische Chemie: Petrochemie
- Organische Chemie: Plexiglas als Kunststoff
- Organische Chemie: Polare und apolare Lösungsmittel und Lösungmitteleigenschaften (!)
- Organische Chemie: Polykondensation von Nylon
- Organische Chemie: Polysaccharide
- Organische Chemie: Propan
- Organische Chemie: Radikalische Substitution
- Organische Chemie: Reaktionsmechanismen der organischen Chemie (Übersicht)
- Organische Chemie: Redoxreaktionen und Oxidationszahlen bei organischen Verbindungen
- Organische Chemie: Saccharose
- Organische Chemie: Schmelz- und Siedebereiche von Fetten und Ölen
- Organische Chemie: Schmelz- und Siedepunkte von Alkanen und Alkenen
- Organische Chemie: Schmerzmittel
- Organische Chemie: Spiegelbildisomerie (Stereoisomerie)
- Organische Chemie: Stärke (Amylose und Amylopektin)
- Organische Chemie: Struktur- und Eigenschaftsbeziehungen bei organischen Kohlenwasserstoffen
- Organische Chemie: Tenside
- Organische Chemie: Titration von Glycin
- Organische Chemie: Typen von Carbonsäuren
- Organische Chemie: Verbrennung von Alkanen und CO2-Emission
- Organische Chemie: Vergleich von Siedepunkten bei Alkanen, Alkanolen, Aldehyden und Carbonsäuren
- Organische Chemie: Verseifung
- Organische Chemie: Viskosität
- Organische Chemie: Was ist Organische Chemie?
- Organische Chemie: Zusammensetzung von Waschmitteln
- Organische Chemie: Zusammensetzung von Waschmitteln und deren Funktion
- Organische Chemie: Zwischenmolekulare Kräfte und Anziehungskräfte zwischen Molekülen
- Physikalische Chemie: Die Grundlagen der Thermodynamik