Eisen – Steckbrief

Stellung im Periodensystem

Zum ganzen Periodensystem

Vorkommen und Gewinnung

Eisen ist nach Sauerstoff, Silicium und Aluminium das vierthäufigste Element der Erdkruste und das häufigste Metall im ganzen Erdkörper, denn der Erdkern besteht überwiegend aus Eisen und Nickel. Gediegenes Eisen findet man an der Erdoberfläche fast nur in Eisenmeteoriten. Die wichtigsten Erze sind Hämatit, ein rotes Eisenoxid, und Magnetit, ein schwarzes, magnetisches Eisenoxid. Große Lagerstätten liegen in Australien, Brasilien und China.

Eisen ist seit dem Altertum bekannt. Mit der Eisenzeit, die in Europa vor rund dreitausend Jahren begann, lösten eiserne Waffen und Werkzeuge die aus Bronze ab. Man musste dafür Temperaturen erreichen, bei denen Eisenerz mit Holzkohle zu Metall reagiert.

Heute läuft das im Hochofen ab. Man schüttet Eisenerz, Koks und Kalkstein von oben ein, von unten bläst man heiße Luft hinein. Der Koks verbrennt zu Kohlenmonoxid, und dieses entzieht dem Eisenoxid den Sauerstoff: Fe₂O₃ + 3 CO → 2 Fe + 3 CO₂. Das flüssige Roheisen enthält noch rund vier Prozent Kohlenstoff und ist deshalb spröde. Der Kalkstein bindet das taube Gestein zu Schlacke, die oben auf dem Roheisen schwimmt. Im Stahlwerk bläst man Sauerstoff durch das Roheisen und verbrennt den Großteil des Kohlenstoffs. Übrig bleibt Stahl mit weniger als zwei Prozent Kohlenstoff, der sich schmieden und walzen lässt. Stahlschrott kann man immer wieder einschmelzen, deshalb ist Eisen eines der am meisten recycelten Materialien.

Eigenschaften und Reaktionen

Eisen steht in Periode 4 und Gruppe 8 und hat die Elektronenkonfiguration [Ar] 3d⁶ 4s². Die Elektronegativität beträgt 1,83. Das Metall hat eine Dichte von 7,874 g/cm³, schmilzt bei 1538 °C und siedet bei 2861 °C. Reines Eisen ist weich und gut verformbar. Zusammen mit Cobalt und Nickel gehört es zu den drei ferromagnetischen Elementen bei Raumtemperatur: Es wird von Magneten angezogen und kann selbst dauerhaft magnetisiert werden. Oberhalb von rund 770 °C verliert es diese Eigenschaft.

Eisen ist ein unedles Metall. In verdünnten Säuren löst es sich unter Bildung von Wasserstoff und Eisen(II)-Salzen. In Verbindungen tritt es meist als Eisen(II) oder Eisen(III) auf. Eisen(II)-Lösungen sind blassgrün, Eisen(III)-Lösungen gelbbraun. Ein Eisen(III)-Salz lässt sich mit Thiocyanat-Ionen nachweisen: Es entsteht eine tiefrote Lösung.

Rost ist ein Gemisch aus wasserhaltigen Eisen(III)-oxiden. Er entsteht, wenn Eisen gleichzeitig mit Sauerstoff und Wasser in Berührung kommt; Salz im Wasser beschleunigt die Reaktion. Anders als die Oxidschicht auf Aluminium haftet Rost nicht fest, sondern ist porös und blättert ab. Darunter liegt frisches Eisen, und der Vorgang geht weiter. Weltweit zerstört Korrosion so jedes Jahr große Mengen Stahl. Schutz bieten Lack, Zinküberzüge und Legierungen mit Chrom.

Verwendung in Alltag und Technik

Reines Eisen braucht man kaum, fast alles wird als Stahl oder Gusseisen verwendet. Der Kohlenstoffgehalt entscheidet über die Eigenschaften: Weicher Baustahl eignet sich für Träger, Bleche und Armierungen im Beton, härterer Stahl für Werkzeuge, Federn und Schienen. Gusseisen mit mehr Kohlenstoff lässt sich gießen, etwa für Motorblöcke, Pfannen und Gullydeckel. Legiert man Stahl mit Chrom und Nickel, entsteht rostfreier Edelstahl, mit Mangan ein besonders zäher Stahl. Rund neun Zehntel aller Metalle, die Menschen verwenden, sind Eisenmetalle.

Auch in Magneten steckt Eisen. Weichmagnetisches Eisen sitzt in Transformatoren und Elektromotoren, und Magnetbänder trugen Eisenoxide als Speicherschicht.

Für Lebewesen ist Eisen unentbehrlich. Im Körper eines Erwachsenen stecken etwa vier Gramm, der größte Teil davon im Hämoglobin der roten Blutkörperchen. Dort sitzt in jedem Häm-Baustein ein Eisen-Ion, das Sauerstoff reversibel bindet und so den Transport von der Lunge zu den Zellen ermöglicht. Der eisenhaltige Farbstoff Häm gibt dem Blut seine rote Farbe. Eisenmangel führt zu Blutarmut mit Müdigkeit und Blässe, besonders betroffen sind Frauen im gebärfähigen Alter. Gute Quellen sind Fleisch, Hülsenfrüchte, Haferflocken und Hirse. Vitamin C verbessert die Aufnahme von Eisen aus pflanzlicher Nahrung. Zu viel Eisen in Form von Tabletten ist dagegen schädlich und für Kleinkinder sogar lebensgefährlich; Eisentabletten gehören außer Reichweite von Kindern.

Moleküle mit diesem Element

• Eisen(II)-oxid FeO3D ansehen
• Eisen(III)-oxidhydroxid FeO(OH)3D ansehen
• Eisendisulfid (Pyrit) FeS₂3D ansehen

Kurz gefragt

Welche Position beschreibt Eisen (Fe) korrekt?

Häufige Fragen