Železo

Železo, ₂₆Fe

Železo
Izgovarjava	IPA: [ʒɛˈlɛːzɔ]
Alotropi	glej Alotropi železa
Videz	svetleča kovina s sivim nadihom
Standardna atomska teža Ar, std(Fe)	55,845(2)[1]
Železo v periodnem sistemu
Vodik Helij Litij Berilij Bor (element) Ogljik Dušik Kisik Fluor Neon Natrij Magnezij Aluminij Silicij Fosfor Žveplo Klor Argon Kalij Kalcij Skandij Titan (element) Vanadij Krom Mangan Železo Kobalt Nikelj Baker Cink Galij Germanij Arzen Selen Brom Kripton Rubidij Stroncij Itrij Cirkonij Niobij Molibden Tehnecij Rutenij Rodij Paladij Srebro Kadmij indij Kositer Antimon Telur Jod Ksenon Cezij Barij Lantan Cerij Prazeodim Neodim Prometij Samarij Evropij Gadolinij Terbij Disprozij Holmij Erbij Tulij Iterbij Lutecij Hafnij Tantal Volfram Renij Osmij Iridij Platina Zlato Živo srebro Talij Svinec Bizmut Polonij Astat Radon Francij Radij Aktinij Torij Protaktinij Uran (element) Neptunij Plutonij Americij Kirij Berkelij Kalifornij Ajnštajnij Fermij Mendelevij Nobelij Lavrencij Raderfordij Dubnij Siborgij Borij Hasij Majtnerij Darmštatij Rentgenij Kopernicij Nihonij Flerovij Moskovij Livermorij Tenes Oganeson – ↑ Fe ↓ Ru mangan ← železo → kobalt
Vrstno število (Z)	26
Skupina	skupina 8
Perioda	perioda 4
Blok	blok d
Razporeditev elektronov	[Ar] 3d6 4s2
Razporeditev elektronov po lupini	2, 8, 14, 2
Fizikalne lastnosti
Faza snovi pri STP	trdnina
Tališče	1538 °C
Vrelišče	2862 °C
Gostota (blizu s.t.)	7,874 g/cm3
v tekočem stanju (pri TT)	6,98 g/cm3
Talilna toplota	13,81 kJ/mol
Izparilna toplota	340 kJ/mol
Toplotna kapaciteta	25,10 J/(mol·K)
Parni tlak P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k pri T (°C) 1.455 1.620 1.818 2.073 2.406 2.859
Lastnosti atoma
Oksidacijska stanja	−4, −2, −1, 0, +1,[2] +2, +3, +4, +5,[3] +6, +7[4] (amfoterni oksid)
Elektronegativnost	Paulingova lestvica: 1,83
Ionizacijske energije	1.: 762,5 kJ/mol 2.: 1561,9 kJ/mol 3.: 2957 kJ/mol (več)
Atomski polmer	empirično: 126 pm
Kovalentni polmer	spodnji spin: 132±3 pm gornji spin: 152±6 pm
Spektralne črte železa
Druge lastnosti
Pojavljanje v naravi	prvobitno
Kristalna struktura	​telesno centrirana kubična (tck) a=286,65 pm
Kristalna struktura	​ploskovno centrirana kocka (pck) med 1185–1667 K; a=364,680 pm
Hitrost zvoka tanka palica	5120 m/s (pri r.t.) (elektrolitski)
Temperaturni raztezek	11,8 µm/(m⋅K) (pri 25 °C)
Toplotna prevodnost	80,4 W/(m⋅K)
Električna upornost	96,1 nΩ⋅m (pri 20 °C)
Curiejeva točka	1043 K
Magnetna ureditev	feromagneten
Youngov modul	211 GPa
Strižni modul	82 GPa
Stisljivostni modul	170 GPa
Poissonovo razmerje	0,29
Mohsova trdota	4
Trdota po Vickersu	608 MPa
Trdota po Brinellu	200–1180 MPa
Številka CAS	7439-89-6
Zgodovina
Odkritje	pred 5. tisočletjem pr. n. št.
Simbol	"Fe": iz lat. ferrum
Najpomembnejši izotopi železa
Izo­top Pogos­tost Razpolovni čas (t1/2) Razpadni način Pro­dukt 54Fe 5,85% stabilen 55Fe sint. 2,73 y ε 55Mn 56Fe 91,75% stabilen 57Fe 2,12% stabilen 58Fe 0,28% stabilen 59Fe syn 44,6 d β− 59Co 60Fe sled 2,6×106 y β− 60Co
Kategorija: Železo prikaži · pogovor · uredi · zgodovina | reference

Železo je kemični element s simbolom Fe (iz latinskega ferrum) in vrstnim številom 26. Je kovina iz prvega niza prehodnih elementov.^[5]

Po masi je najpogostejši element na Zemlji, saj tvori večino Zemljinega zunanjega in notranjega jedra. V Zemljini skorji je četrti najpogostejši element. Njegovo obilje v kamnitih planetih, kakršna je Zemlja, je posledica njegovega obilnega nastajanja v jedrskem zlivanju v zelo masivnih zvezdah (zvezdna nukleosinteza), v katerem v zadnji eksotermni jedrski reakciji ⁵⁶Ni, razpade na najpogostejša železova izotopa ⁵⁶Fe (~ 92 %) in ⁵⁴Fe (~ 6 %). Z eksplozijo supernove se nikelj in železo razpršita po vesolju in sta zato najpogostejši kovini v kovinskih meteoritih in skorjah planetov, kakršna je Zemlja.

Železo spada skupaj z rutenijem in osmijem v 8. stransko skupino periodnega sistema elemetov in ima zato mogoča oksidacijska stanja od -2 do +6. Najpogostejši stanji sta +2 in +3. Kot element se pojavlja v meteoroidih in okoljih z nizko vsebnostjo kisika. V stiku z vodo in kisikom železo oksidira. Sveža površina železa je bleščeče srebrno siva, vendar se na vlažnem zraku hitro prevleče s hidriranimi železovimi oksidi, bolj znanimi kot rja. V nasprotju z nekaterimi kovinami, ki se na zraku pasivirajo in s tem prekinejo proces oksidacije, imajo železovo oksidi večji volumen od kovine in se odluščijo, s čimer izpostavijo koroziji novo svežo površino.

Pridobivanje železa (železna doba) se je začelo okoli leta 3000 pr. n. št., na ozemlju Slovenije okoli leta 1000 pr. n. št. Pred železom se je uporabljal baker in njegovi zlitini medenina in bron, ki imajo nižja tališča. Čisto železo je relativno mehko. Njegovo trdoto in trdnost močno povečajo nečistoče, zlasti ogljik, s katerim se onesnaži v plavžu. Železa z 0,002-2,1 % ogljika so ogljikova jekla, ki so do 1000 krat trša od čistega železa.

Surovo železo se proizvaja v plavžih, v katerih se železova ruda reducira s koksom do elementarnega železa. Nadaljnja obdelava surovega železa s kisikom zniža vsebnost ogljika na raven, primerno za jekla. Jekla in železove zlitine z nizko vsebnostjo ogljika so poleg zlitin z drugimi kovinami (jeklene zlitine) zaradi svoje široke palete koristnih lastnosti in obilja železovih rud daleč najpogostejše industrijske kovine.

Zelo uporabne so tudi železove spojine. Zmes železovega(III) oksida (Fe₂O₃) in uprašenega aluminija je termit, ki se uporablja za varjenje in rafiniranje rud. Železo tvori s halogeni in halkogeni binarne spojine. Med njegovimi najbolj znanimi organokovinskimi spojinami je ferocen (bis(η⁵-ciklopentadienil)železo, C₁₀H₁₀Fe), ki je bil prva odkrita sendvičasta spojina.

Železo igra pomembno vlogo tudi v biologiji, ker v hemoglobinu in mioglobinu tvori komplekse z molekularnim kisikom. Obe spojini sta proteina, ki v vretenčarjih prenašata kisik za celično dihanje. Železo je vezano tudi na aktivnih mestih v mnogo pomembnih redukcijsko-ksidacijskih encimih in sodeluje v redukcijsko-oksidacijskih procesih v rastlinah in živalih.

Značilne vrednosti natezne trdnosti (NT) in trdote po Brinellu (TB) različnih vrst železa in jekla^[6][7]

Železo/jeklo	NT (MPa)	TB (Brinell)
Monokristalna vlakna	11000
Cementirano jeklo	2930	850–1200
Martenzitno jeklo	2070	600
Bajnitno jeklo	1380	400
Perlitno jeklo	1200	350
Hladno obdelano železo	690	200
Drobnozrnato železo	340	100
Železo z ogljikom	140	40
Čisto monokristalno železo	10	3

Mehanske lastnosti železa in njegovih zlitin se vrednotijo na različne načine. Trdoto, na primer, se lahko določa z Brinellovo, Rockwellovo ali Vickersovo metodo. Podatki za železo so tako skladni, da se pogosto uporabljajo za umerjanje instrumentov ali za primerjavo preskusov.^[7] Mehanske lastnosti železa so zelo odvisne od nečistoč. Monokristali zelo čistega železa, ki se uporablja v znanstvenih raziskavah, so mehkejši od aluminija.^[6] Najčistejše industrijsko proizvedeno železo s čistočo 99,99 % ima Brinellovo trdoto 20-30.^[8] Z naraščanjem vsebnosti ogljika sprva zelo narasteta tako trdota kot natezna trdnost. Maksimalno trdoto 65 Rc ima železo z 0,6 % ogljika, ki ima po drugi strani zelo majhno natezno trdnost.^[9]

Zaradi pomembnosti železa v jedrih planetov so se obširno raziskovale tudi njegove lastnosti pri visokih tlakih in temperaturah. S preskusi so ugotovili, da se nizkotlačna oblika železa, stabilna pri standardnih pogojih, šele pri tlaku približno 16 GPa pretvori v visokotlačno obliko.

Železo je zgleden primer alotropije kovin. Ima najmanj štiri alotropne oblike, znane kot α, γ, δ, in ε-železo. Nekaj, sicer spornih poskusov kaže, da je pri zelo visokih tlakih in temperaturah stabilno tudi β-železo.^[10]

Ohlajajoče se raztaljeno železo začne kristalizirati pri 1538 °C kot δ-alotrop, ki ima kristalno strukturo telesno centrirane kocke. Z nadaljnjim ohlajanjem se pri 1394 °C pretvori v γ-alotrop (avstenit), ki ima kristalno strukturo ploskovno centrirane kocke. Pri temperaturi 912 °C se struktura ponovno pretvori v telesno centrirano kocko ali α-železo (ferit). Pri 770 °C (Curiejeva temperatura, T_c) se železo še zadnjikrat pretvori in postane magnetno. Pri prehodu skozi Curiejevo temperaturo se kristalna struktura ne spremeni, pač pa se spremeni »domena strukture«, v kateri vsebuje vsaka domena železo s posebnim elektronskim spinom. V nemagnetiziranem železu so vsi elektronski spini atomov znotraj ene domene obrnjeni v eno smer, v drugi domeni pa v drugo smer, tako da se njihov učinek izniči. Rezultat je nemagnetno železo. V magnetiziranem železu so vsi elektronski spini usklajeni, tako da se magnetni učinki sosednjih domen medsebojno krepijo. Četudi vsebuje vsaka domena več milijard atomov, je zelo majhna in ima premer samo približno 10 mikrometrov.^[11] Pri tlakih nad približno 10 GPa in temperaturah nekaj sto K ali manj, se struktura α-železa pretvori v heksagonalni gosti sklad, znan tudi kot ε-železo. Pri višjih temperaturah se v ε-železo pretvori tudi γ-železo, vendar je zato potrebna višja temperatura. β-faza, če sploh obstaja, bi se lahko pojavila šele pri tlaku najmanj 50 GPa in temperaturi najmanj 1500 K. Zanjo se domneva, da bi lahko imela ortorombsko strukturo ali strukturo z dvojnim gostim skladom.^[10]

Bolj kot železo so pomembne njegove zlitine z nekaterimi kovinami in ogljikom. Obstaja veliko vrst jekla z zelo različnimi lastnostmi, za njihovo razumevanje in proizvodnjo pa je ključno poznavanje alotropov železa.

α-železo ali ferit je pri normalnih temperaturah najbolj stabilna oblika železa. Je precej mehka kovina, v kateri se lahko raztopi samo majhna količina ogljika, pri 910 °C ne več kot 0,021 masnih %.^[12]

Pri temperaturah med 912 in 1400 °C se struktura α-železa pretvori iz telesno centrirane v ploskovno centrirano kocko - γ-železo ali avstenit. Ta oblika železa je približno enako mehka, vendar se v njej lahko raztopi več ogljika, pri 1146 °C kar 2,04 masnih %. Avstenit je uporaben za proizvodnjo nekaterih vrst nerjavnih jekel, primernih za izdelavo nožev ter bolnišnične in kuhinjske opreme.^[11]

Visokotlačne faze železa so pomembne kot končni člen modelov za trdne dele jeder planetov. Za notranje jedro Zemlje se na splošno domneva, da je sestavljeno večinoma iz zlitine železa in niklja s strukturo ε (ali morda β).

Tališče železa je eksperimentalno dobro določeno za tlake do približno 50 GPa. Za višje tlake so različne študije določile trojno točko γ-ε-tekočina pri tlakih, ki se razlikujejo za več deset GPa in so prinesli razlike v tališčih, večje od 1000 K. Na splošno gledano kažeta računalniška simulacija molekularne dinamike taljenje železa in poskusi z udarnimi valovi višja tališča in veliko bolj strme naklone talilnih krivulj kot statični poskusi, izvedeni v celicah z diamantnim nakovalom.^[13]

Naravno železo sestavljajo štirje stabilnih izotopi: ⁵⁴Fe (5,845 %), ⁵⁶Fe (91,754 %), ⁵⁷Fe (2,119 %) in ⁵⁸Fe (0,282 %), od katerih ima samo ⁵⁷Fe spin (−1⁄2). Za nuklid ⁵⁴Fe se domneva, da je podvržen dvojnemu beta razpadu, vendar tega pojava nikoli niso opazili. Določili so samo spodnjo mejo razpolovnega časa, ki znaša t_1/2 > 3,1×10²² let.

⁶⁰Fe je ugasel radionuklid z dolgim razpolovnim časom (2,6 milijona let).^[14] Na Zemlji ga niso odkrili. Njegov končni razpadni produkt je stabilen nuklid ⁶⁰Ni.

Večina preteklega dela pri merjenju izotopske sestava železa se je osredotočala na določanje zazličkov ⁶⁰Fe, nastalih v procesih, ki spremljajo nukleosintezeo, se pravi na študije meteoritov, in procese nastajanja rud. V zadnjem desetletju je napredek v masni spektrografiji omogočil detekcijo in kvantifikacijo minutnih naravnih sprememb v razmerjih stabilnih železovih izotopov. Gonilna sila teh raziskav so še vedno znanstvene skupnosti, ki preučujejo Zemljo in planete, čeprav so se v zadnjem času začele pojavljati tudi aplikacije za biološke in industrijske sisteme.^[15]

Za jedrske znanstvenike je še zlasti zanimiv najpogostejši železov izotop ⁵⁶Fe, ki je hkrati najpogostejši zadnji člen nuleosinteze. Pogosto se napačno navaja, da je izotop z najvišjo vezno energijo, čeprav je to v resnici ⁶²Ni.^[16] Ker se ⁵⁶Ni brez težav proizvaja iz lažjih jeder v alfa procesih jedrskih reakcij v supernovah, je prav on (14 alfa delcev, se pravi helijevih jeder) končni člen fuzijskih verig znotraj izjemno masivnih zvezd, saj bi dodajanje še enega helijevega jedra, ki bi dalo ⁶⁰Zn, zahtevalo veliko več energije. ⁵⁶Ni, katerega razpolovni čas je približno šest dni, se v teh zvezdah sicer masovno proizvaja, vendar hitro razpada, najprej do radioaktivnega ⁶⁰Co in nato do stabilnega ⁵⁶Fe. Slednji nuklid je zato v vesolju zelo pogost v primerjavi z drugimi kovinskimi elementi s približno enako atomsko maso.

V fazah na meteoritih Semarkona in Chervony Kut je korelacija med koncentracijo ⁶⁰Ni, hčerinskega produkta ⁶⁰Fe, in vsebnostjo stabilnih železovih izotopov, kar dokazuje obstoj ⁶⁰Fe v času nastanka našega Osončja. Energija, ki se je sprostila z razpadom ⁶⁰Fe, je skupaj z energijo, ki se je sprostila z razpadom radionukleida ²⁶Al, morda povzročila pretalitev in diferenciacijo asteroidov po njihovem nastanku pred približno 4,6 milijarde let. Še globlji vpogled v rojstvo in našega Osončja bi lahko omogočila pogostost ⁶⁰Ni v izvenzvezdnem gradivu.^[17]

Jedra železovih atomov imajo eno od najvišjih veznih energij na nukleon, katero presega samo nikljev izotop ⁶²Ni, ki nastaja z jedrskim zlivanjem v zvezdah. Zelo majhen delček energije bi se sicer še lahko pridobil s sintezo ⁶²Ni, vendar razmere za to sintezo na zvezdah niso primerne. V porazdelitvi elementov na Zemlji železo močno presega nikelj, kar predvidoma velja tudi za tvorjenje elementov v supernovah.^[18]

⁵⁶Fe je najtežji stabilni izotop, ki nastaja z alfa procesi v zvezdni nukleosintezi. Elementi, težji od železa in niklja, zahtevajo za svoj nastanek supernovo. Železo je najpogostejši element v jedrih rdečih velikanov in najpogostejša kovina v železnih meteoritih in v gostih jedrih planetov, kakršna je Zemlja.

Železo proizvajajo ekstremno velike in ekstremno vroče zvezde (več kor 2,5 milijona K) v procesih zgorevanja silicija. Železo je najtežji stabilni element, ki lahko nastane na ta način. Proces se začne z drugim največjim stabilnim jedrom, ki nastaja z zgorevanjem silicija, se pravi s kalcijem. Ko se stabilno kalcijevo jedro zlije s helijevim jedrom, nastane nestabilen titan. Preden titan razpade, se lahko zlije z drugim helijevim jedrom, tako da nastane nestabilen krom. Krom se lahko pred razpadom zlije z naslednjim helijevim jedrom, tako da nastane nestabilno železo. Železo se lahko pred razpadom zlije s še enim helijevim jedrom, pri čemer nastane nestabilen ⁵⁶Ni. Vsako nadaljnje zlivanje ne sprošča energije, ampak jo porablja, zato po pretvorbi vse snovi v ⁵⁶Ni zvezda ne proizvaja več energije, ki bi preprečila zrušenje jedra. ⁵⁶Ni nazadnje razpade v nestabilen ⁵⁶Co, ki se pretvori v stabilno ⁵⁶Fe. Ko se jedro zvezde zruši, nastane supernova, v kateri nastaja dodatno stabilno železo v procesu r.

Železo je četrti najpogostejši element v vesolju in najpogostejši element, ki je odporen na visoke temperature.^[19] Nastal je v zadnji eksotermni stopnji zvezdne nukleosinteze z zlivanjem jeder silicija v masivnih zvezdah.

Kovinsko ali samorodno železo je na Zemljini površini redko, ker na zraku hitro oksidira. Zaloge njegovih oksidov so izredno velike in spadajo med primarne železove rude. V Zemljini skorji ga je približno 5 %, kar ga postavlja na četrto mesto najpogostejših elementov,^[20][21] za notranje in zunanje Zemljino jedro pa se domneva, da je sestavljeno večinoma iz železo-nikljeve zlitine, ki predstavlja 35 % celotne Zemljine mase.

Največ železa je v njegovih oksidnih mineralih, kot sta hematit (Fe₂O₃) in magnetit (Fe₃O₄). Velika nahajališča železovih rud so običajno slojasta. V njih se tanki sloji železovih oksidov izmenjujejo s sloji z železom revnih skrilavcev in kremena. Slojaste tvorbe so nastale pred 3,7-1,8 milijarde let.^[22][23]

Eden od dvajset meteoritov je zgrajen iz edinstvenih železo-nikljevih mineralov taenita s 35-80 % železa in kamacita z 90-95 % železa. Železovi meteoriti so glavni vir samorodnega železa na Zemljini površini.^[24]

Rdeča barva površine planeta Marsa je posledica z železom bogatega minerala regolita, kar so potrdili z Mössbauerjevo spektroskopijo.^[25]

Po podatkih, ki jih je objavil International Resource Panel, znašajo svetovne zaloge železa v uporabi 2200 kg na prebivalca. Večina tega železa je v bolj razvitih državah, kjer znaša 7000–14000 kg na prebivalca. Zaloge v manj razvitem svetu znašajo približno 2000 kg na prebivalca.

Oksidacijsko stanje	Značilna spojina
−2	dinatrijev tetrakarbonilferat (Collmanov reagent)
−1
0	železov pentakarbonil
1	ciklopentadienil železo dikarbonil dimer
2	železov(II) sulfat, ferocen
3	železov triklorid, ferocenijev tetrafluoroborat
4	barijev ferat(IV)
5
6	kalijev ferat

Železo je v večini spojin v oksidacijskih stanjih +2 in +3. Železove(II) spojine so znane tudi kot fero, železove(III) spojine pa kot feri spojine. Železo se pojavlja tudi v višjih oksidacijskih stanjih, na primer +6 v purpurnem kalijevem feratu (K₂FeO₄). V oksidacijskem stanju +4 je pogost vmesni produkt v številnih biokemijskih oksidacijskih reakcijah.^[26][27] V številnih organokovinskih spojinah ima tudi formalna oksidacijska stanja +1, 0, -1 ali celo -2. Oksidacijska stanja in druge značilnosti vezi se pogosto preučujejo z Mössbauerjevo spektroskopijo.^[28] Obstaja tudi veliko spojin, v katerih ima železo mešano valenco. Barvilo prusko modro (Fe₄(Fe[CN]₆)₃), na primer, vsebuje centre Fe²⁺ in Fe³⁺.^[27] Barvilo se je uporabljalo za tradicionalno modro fotografsko kopiranje tehničnih načrtov.^[29]

Najmasovnejši industrijsko proizvedeni železovi spojini sta železov(II) sulfat (FeSO₄•7H₂O) in železov(III) klorid) (FeCl₃). Prvi je najpogostejši vir ionov Fe²⁺, vendar je manj stabilen proti oksidaciji na zraku kot Mohrova sol ((NH₄)₂Fe(SO₄)₂•6H₂O). Železove(II) spojine so na zraku nagnjene k oksidaciji v železove (III) spojine.

Železo v nasprotju z večino drugih kovin ne tvori amalgamov z živim srebrom. To značilnost se izkorišča za skladiščenje živega srebra v standardnih 34 kg železnih steklenicah.^[30]

Železo reagira s kisikom iz zraka in tvori različne okside. Najpogostejša sta železov(II,III) oksid (Fe₃O₄) in železov(III) oksid (Fe₂O₃). Obstaja tudi železov(II) oksid, ki je pri sobni temperaturi nestabilen. Oksidi so glavne železove rude za proizvodnjo železa v talilnih pečeh in plavžih. Uporabljajo se tudi za proizvodnjo feritov, medijev za magnetno shranjevanje podatkov v računalnikih, in pigmentov. Železo tvori dva sulfida: železov(II) sulfid (FeS) in železov(IV) sulfid (FeS₂), bolj znan kot pirit (FeS₂),^[27] ki ima zlat lesk in je spodbudil Frana Erjavca k pisanju pripovedi »Ni vse zlato, kar se sveti«.^[31]

Dobro znani so tudi binarni fero in feri halidi, z izjemo feri jodida. Fero halidi nastanejo v reakcijah železa s halogenvodikovimi kislinami in tvorijo pripadaloče hidrirane soli.^[27]

Fe + 2 HX → FeX₂ + H₂

Feri halidi nastajajo v reakcijah železa s fluorom, klorom in bromom. Najpomembnejši je feri klorid (FeCl₃):

2 Fe + 3 X₂ → 2 FeX₃ (X = F, Cl, Br)

Železo tvori več cianidnih kompleksov, od katerih je najbolj znano prusko modro (Fe₄(Fe[CN]₆)₃). Znana sta tudi kalijev fericianid in kalijev ferocianid. Prusko modro se uporablja kot protistrup pri zastrupitvah s talijem in radioaktivnim cezijem.^[32][33] V pralnicah se porablja za modrenje rumenega odtenka belega perila, ki ga povzročajo v vodi prisotne železove soli.

Znanih je tudi več železovih karbonilnih spojin. Primer železove(0) spojine je pentakarbonil (Fe(CO)₅), ki se uporablja za proizvodnjo karbonilnega železovega prahu, zelo reaktivne oblike kovinskega železa. S termičnim razpadom železovega pentakarbonila nastane trojedrni grozd triželezov dodekakarbonil (Fe₃(CO)₁₂). Collmanov reagent, dinatrijev tetrakarbonilferat (Na₂[Fe(CO)₄]), ki vsebuje železo oskidacijskem stanju -2, je koristen reagent v organski kemiji. Ciklopentadienilželezo je dikarbonilni dimer, ki vsebuje železo v redkem oksidacijskem stanju 1.^[34]

Ferocen je izredno stabilen kompleks in prva odkrita spojina v obliki sendviča. V središču kompleksa je Fe²⁺, na katerega sta preko vseh deset ogljikovih atomov vezana dva ciklopentadienilna liganda. Odkritje takšne razporeditve atomov je bila šokantna novost,^[35] ki je odprla povsem novo področje organokovinske kemije. Ferocen sam se lahko uporabi kot hrbtenica ligandov, na primer 1,1'-bis(difenilfosfino)ferocena (dppf). Z oksidacijo ferocena nastane ferocenijev kation (Fc⁺). Ferocen/ferocenijev člen se pogosto uporablja kot referenca v elektrokemiji.^[36]

Zelo stari predmeti iz železa so zaradi korozije železa precej redkejši kot predmeti iz zlata ali srebra.^[37] Železne koralde, izdelane leta 3500 pred n. št. ali prej, ki so jih odkrili v Gerzah, Egipt, vsebujejo 7,5 % niklja. Prisotnost niklja kaže na njihov meteorski izvor, ker je vsebnost niklja v Zemljini skorji izredno majhna. Meteorsko železo je bilo zaradi njegovega nebeškega izvora zelo cenjeno in se je pogosto uporabljalo za izdelovanje orožja. Znani so tudi celi primerki, razstavljeni v cerkvah.^[37][38] Drugi železni predmeti, najdeni v Egiptu, so bili izdelani verjetno v letih 2500-3000 pr. n. št..

Železna vojaška oprema je imela v primerjevi z bronasto več prednosti. Bila je mnogo trša in trpežnejša, čeprav je bila dovzetna za rjavenje. Trditev je nekoliko sporna, saj hetitolog Trevor Bryce trdi, da se je orožje iz meteorskega železa, ki so ga uporabljale vojske v Mezopotamiji pred razvojem naprednih tehnik obdelave železa v Indiji, zaradi visoke vsebnosti ogljika v boju pogosto zdrobilo.^[39]

Proizvodnja železa iz rude se je začela v srednji bronasti dobi, vendar je trajalo več stoletij, da je železo izpodrinilo bron. Najstarejši znani vzorci metalurško proizvedenega železa iz Asmarja v Mezopotamiji in Tel Chagar Bazarja v severni Siriji so iz obdobja 2700-3000 pr. n. št.^[40] Zgleda, da so bili Hetiti prvi, ki so doumeli pridobivanje železa iz njegovih rud in ga zelo cenili. Železo so začeli proizvajati v letih 1500 in 1200 pr. n. št., po propadu njihovega imperija leta 1180 pr. n. št. pa se je njegova proizvodnja razširila po celem Bližnjem vzhodu.^[40] Začela se je tako imenovana železna doba, ki je dosegla Evropo dvesto let kasneje, Zimbabwe v južni Afriki pa šele v 8. stoletju n. št.^[40] Na Kitajskem se je proizvodnja železa začela okoli leta 500-700 pr. n. št.,^[41] kamor je prišla preko Srednje Azije.^[42] Najzgodnejša dokazana uporaba plavža na Kitajskem datira v 1. stoletje n. št.,^[43] uporaba kupolne peči pa v čas vojskujočih se držav (403-221 pr. n. št.).^[44] Uporaba plavža in kupolne peči se je v obdobju dinastij Song in Tang razširila po celi Kitajski.^[45]

Artefakti metalurškega železa, najdeni v Indiji, so iz obdobja 1800-1200 pr. n. št.,^[46] primerki iz Levanta pa približno iz leta 1500 pr. n. št..^[47][48]

V Svetem pismu je železo prvič omenjeno v Prvi Mojzesovi knjigi, ki pravi, da je »Cila rodila Tubál Kajina, ki je koval vsakovrstno orodje iz brona in železa«.^[49] Rudarjenje je omenjeno v Jobu 28:2: »Železo pridobivajo iz zemlje in baker talijo iz kamna«, železno pisalo v Jobu 19:24: »Da bi jih z železnim pisalom in s svincem za vselej vklesal v kamen!«, vigenj v Tobitu 4:20, železni vozovi v Jozuetu 17:16, železo za žeblje in skobe v Prvi kroniški knjigi 22:3, žage, klini in sekire v Drugi Samuelovi knjigi 12:31 in železna ponev v Ezekielu 4:3.^[50] Železo je omenjeno tudi v Novi zavezi, na primer v Apostolskih delih 12:10, kjer so omenjena železna mestna vrata Antiohije.^[51]

V Grčiji so začeli obdelovati železo v poznem 11. stoletju pr. n. št..^[52] Od tam se je vzporedno s širjenjem Keltov razširilo na srednjo in zahodno Evropo. Po pisanju Plinija starejšega je bila raba železa v rimskem obdobju nekaj vsakdanjega.^[38] Letna proizvodnja železa v Rimskem mperiju je ocenjena na 84.750 ton,^[53] medtem ko je v istem obdobju v približno enako naseljenem kitajskem cesarstvu Han znašala približno 5.000 ton.^[54]

Med industrijsko revolucijo v Združenem kraljestvu je začel industrijalec Henry Cort predelovati surovo železo v kovaško železo z manj kot 0,08 % ogljika in leta 1873 patentiral pudlanje, postopek za rafiniranje surovega železa. Postopek so kasneje večkrat izboljšali.

Sivo litino so prvič proizvedli na Kitajskem v 5. stoletju pr. n. št..^[55] V Evropi se je proizvodnja začela šele v srednjem veku.^[56][57] Najstarejše ulite predmete so arheologi odkrili v sedanji kitajski pokrajini Luhe. Lito železo se je uporabljalo v vojski, poljedelstvu in arhitekturi.^[58] V Evropi se je v srednjem veku iz sive litine (točneje grodlja) s kovanjem proizvajalo tudi kovno železo. Za vse metalurške in kovaške procese se je za gorivo uporabljalo lesno oglje.

Srednjeveški plavži so bili zidani iz ognjeodporne opeke in visoki približno 3 m. Zrak se je vpihaval z ročno gnanimi mehovi.^[57] Največji sodobni plavž ima prostornino 5.580 m³ in proizvede več kot 10.000 ton železa dnevno.^[59]

Leta 1709 je Abraham Darby I. oglje zamenjal s koksom. Uvedba koksa je pocenila in povečala proizvodnjo železa in bila eden od dejavnikov, ki so vodili do industrijske revolucije. Proti koncu 18. stoletja je lito železo zaradi nižje cene začelo nekaterih področjih zamenjavati kovno železo. Razlik v lastnostih kovnega železa, litega železa in jekla do 18. stoletja niso povezovali z vsebnostjo ogljika.^[40]

Ker je železo postalo cenejše in bolj dostopno, se je uveljavilo tudi v gradbeništvu, zlasti po izgradnji inovativnega prvega železa mostu leta 1778.

Jeklo, ki vsebuje manj ogljika kot surovo železo in več kot kovno železo, so prvič proizvedli v antiki v fužinah. Kovači v Luristanu v zahodnem Iranu so dobro jeklo proizvajali že okoli leta 1000 pr. n. št..^[40] Izboljšani različici sta bili wootzovo jeklo, ki so ga razvili v Indiji okoli leta 300 pr. n. št., in damaščansko jeklo, ki so ga razvili okoli leta 500 pr. n. št.. Obe proizvodni metodi sta bili specializirani, zato se jeklo ni uveljavilo vse do 50. let 19. stoletja.^[60]

V 17. stoletju so razvili nove metode proizvodnje jekla z ogljičenjem ingotov in s cementiranjem. V industrijski revoluciji so razvili proizvodnjo ingotov brez ogljika, kar so kasneje uporabili tudi v proizvodnji jekla. V drugi polovici 50. let 19. stoletja je Henry Bessemer iznašel nov postopek za proizvodnjo jekla v tako imenovani besemerjevi hruški, ki je vključeval vpihavanje zraka v surovo železo. Proizvodnja jekla se je s tem pocenila in povečala, proizvodnja kovnega železa pa opustila.^[61]

Antoine Lavoisier je z reakcijo vodne pare s kovinskim železom v žareči železni cevki proizvedel vodik, s čimer je postavil temelje zakona o ohranitvi mase. V anaerobnih oksidacijah železa z vodno paro potekajo naslednje reakcije:

Fe + H₂O → FeO + H₂

2 Fe + 3 H₂O → Fe₂O₃ + 3 H₂

3 Fe + 4 H₂O → Fe₃O₄ + 4 H₂

Proizvodnja železa ali jekla je postopek, sestavljen iz dveh glavnih korakov. V prvem koraku se iz rude v visoki peči ali plavžu proizvede surovo železo ali grodelj. V drugem koraku se surovo železo pretvori v kovno železo ali jeklo.

Za nekatere posebne namene, na primer za jedra elektromagnetov, se čisto železo proizvaja z elektrolizo raztopine železovega(II) sulfata.

Industrijska proizvodnja železa se začne z železovo rudo, večinoma s hematitom (Fe₂O₃) in magnetitom (Fe₃O₄). Limonit, siderit in piritni ogorki so za proivodnjo manj primerni. Proizvodnja železa iz železove gobe je povsem opuščena.

Za redukcijo železovih oksidov v kovinsko železo se uporablja ogljik, praviloma koks. Redukcija običajno poteka v plavžu pri temperaturi približno 2000 °C. V proces vstopa tudi apnenec (CaCO₃), ki deluje kot talilo in iz rude odstrani silikatne minerale, ki bi sicer zamašili plavž. Ruda, koks in apnenec se vsipata na vrhu plavža, v spodnjem delu pa se v plavž vpihuje vroč zrak. Poraba zraka je približno štiri tone na tono železa.^[57]

V plavžu se koks s kisikom iz vpihanega zraka oksidira v ogljikov monoksid:

2 C + O₂ → 2 CO

Ogljikov monoksid reducira železove okside v tekoče železo in se oksidira v ogljikov dioksid:

Fe₂O₃ + 3 CO → 2 Fe + 3 CO₂

Fe₃O₄+ 4 CO → 3 Fe + 4 CO₂

V spodnjem, zelo vročem delu plavža, nekaj oksidov reagira neposredno s koksom:

2 Fe₂O₃ + 3 C → 4 Fe + 3 CO₂

Fe₃O₄ + 2 C → 3 Fe + 2 CO₂

Talilo, praviloma apnenec (CaCO₃) in dolomit (CaMg(CO₃)₂), raztalita nečistoče. Dodajajo se lahko tudi posebna talila, odvisna od sestave rude. Apnenec se v plavžu pretvori v kalcijev oksid, bolj znan kot živo apno:

CaCO₃ → CaO + CO₂

Nastali kalcijev oksid se veže s silicijevim dioksidom in tvori tekočo žlindro:

CaO + SiO₂ → CaSiO₃

Tekoča žlindra se nabira v spodnjem delu plavža nad gostejšim raztaljenim železom in se skozi stransko odprtino ločeno od železa izpušča iz plavža. Uporabna je za gradnjo cest ali v poljedelstvu za izboljšanje sestave z minerali revne prsti.^[57] Glavni proizvod plavža je surovo železo ali grodelj.

Železova ruda je zelo poceni. Njeno ceno določajo predvsem stroški prevoza. Cena železa je potemtakem odvisna od cene goriva in od stroškov drugih za proizvodnjo potrebnih snovi. Za 1000 ton železa je potrebno okoli 2000 ton rude, 1000 ton koksa, 600 ton dodatkov (npr. apnenca), 4000 ton zraka in 30 000 ton tehnološke vode za hlajenje in izpiranje. Iz masne bilance procesa je razvidno, da vsakih 1000 ton železa proizvede 600 ton trdnih odpadkov, 125 ton prahu in 5900 ton plavžnih plinov.

Zaradi skrbi za okolje so se razvile alternativne metode proizvodnje železa. Z neposredno redukcijo železove rude z zemeljskim plinom (metan) nastane prah, imenovan »gobasto« ali »direktno« železo, ki je primeren za proizvodnjo jekla.^[57] Med neposredno redukcijo potekata dve glavni reakciji. V prvi se zemeljski plin katalitsko delno oksidira:

2 CH₄ + O₂ → 2 CO + 4 H₂

Nastala zmes plinov v peči reducira železovo rudo v trdno gobasto železo:

Fe₂O₃ + CO + 2 H₂ → 2 Fe + CO₂ + 2 H₂O

Kremen iz železove rude se odstrani na že opisan način z dodajanjem apnenca.

Surovo železo ali beli grodelj ni čisto, ampak vsebuje 4-5 % raztopljenega ogljika in manjše količine drugih nečistoč, med njimi žveplo, magnezij, fosfor in mangan. Glavna nečistoča je ogljik, zaradi katerega je železo krhko in trdo. Primerno je za proizvodnjo neketerih ulitih izdelkov, na primer peči, cevi, radiatorjev, stebrov uličnih svetilk in železniških tirnic.

Surovo železo se lahko predela ali v jeklo z vsebnostjo ogljika do 2 % ali v kovno železo (tržno čisto železo). Za proizvodnjo teh produktov so potrebni različni metalurški procesi, na primer kovanje, pudlanje, prepihavanje z zrakom v Besssemerjevem ali Thomasovem konverterju, Siemens-Matinovi peči, po Linz-Donawitzovem postopku ali v električni peči. Namen vseh postopkov je oksidacija vsega (ali samo dela) ogljika in drugih nečistoč. K tako pripravljenemu železu se lahko zatem z dodajanjem drugih kovin, najpogosteje Si, Mn, Ni, Cr in W, proizvajajo zelo različne jeklene zlitine.

Žilavljenje je postopek, v katerem se kosi jekla nekaj ur segrevajo pri 700-800 in nato počasi ohladijo. Tako obdelano jeklo je mehkejše in bolj kovno.

V laboratoriju se železo pripravlja praviloma na dva načina: z elektrolizo železovega(II) klorida na železno katodo in redukcijo železovh oksidov z vodikom pri 500 °C.^[62]

Železarstvo na našem ozemlju ima zelo dolgo tradicijo.

Fužinarstvo je zgodovinska gospodarska dejavnost pridobivanja in predelave kovin, predvsem železa, v polizdelke in končne izdelke. Na slovenskem ozemlju so bile fužine (iz beneškoitalijanske narečne besede fusina - topilnica, kovačnica) sprva omejene na lokalne vire železove rude – bobovca, kasneje tudi na bolj oddaljene vire, in lokalne vire energije, predvsem lesnega oglja. Najbolj znane so bile fužine v Bohinju, Savi (Jesenice), Javorniku, Tržiču, Ajdovščini, Dvoru pri Žužemberku in Mežiški dolini. Nanje še vedno spominjajo številna ledinska in krajevna imena, predvsem na severozahodu in severu Slovenije.^[63]

Postavitev fužin je bila pogojena s podelitvijo vladarskega ali deželnoknežjega privilegija. Glede na namen so se navadno delile na fužine za razkosanje ali velike laške fužine, fužine za presnanje, fužine za izkovanje ali brescianske fužine, fužine za jeklo, fužine za pločevino in fužine za proizvodnjo specialnih jekel. Med industrijsko revolucijo, ki se je v Angliji začela že v 17. stoletju, na Slovenskem pa mnogo kasneje, so jih zaradi zastarele tehnologije opustili, njihovo vlogo pa so prevzele železarne in jeklarne.^[63]

Med industrijsko revolucijo je na Slovenskem delovalo pet večjih železarskih obratov: na Jesenicah, v Štorah, na Ravnah na Koroškem, na Prevaljah in v Dvoru pri Žužemberku. Eno vidnejših vlog pri razvoju železarstva so imele Jesenice, kjer so odkrili postopek za pridobivanje feromangana v plavžu.

Predhodnica jeseniške železarne je bila delniška Kranjska industrijska družba, ustanovljena leta 1869. Na Jesenicah je bilo že pred tem nekaj fužin, katerih lastniki so se pogosto menjavali. Obrate na Savi so leta 1766 prevzeli Ruardi, obrate na Plavžu in Javorniku pa leta 1752 Zoisi. Obrati so sprva cveteli, med industrijsko revolucijo pa so postali nekonkurenčni. Ker lastniki niso bili finančno dovolj močni, da bi jih posodobili, so z ljubljanskim lastnikom parnega mlina Lambertom Karlom Lukmannom in veletrgovcema Karlom Kanutom Holzerjem in Vincencom Sunigom ustanovili Kranjsko industrijsko družbo, ki naj bi prevzela upravljanje industrijskih in rudarskih podjetij.

Družba je leta 1870 od Zoisovih dedičev odkupila plavže in fužine na Javorniku, v Radovni, Mostah, Bohinjski Bistrici in Stari Fužini. Leto kasneje je od Viktorja Ruarda odkupila plavž na Savi, dve pudlarski peči z žagami in mlini, fužine v Mojstrani in Globokem, rudnik Savske jame in rudnik manganove rude na Begunjščici. Leta 1873 je sledil še nakup fužin v Slapu pri Tržiču. Posel kljub temu ni cvetel, kot so pričakovali, zato so morali že leta 1882 prodati del posesti.

V jeseniški železarni so iznašli postopek za proizvodnjo feromangan]a, kar ji je prineslo svetovno slavo^[64] in zlato medaljo na svetovni razstavi na Dunaju leta 1873. Postopek so kasneje izpopolnili in proizvajali železo s stalno vsebnostjo 40 % mangana, največ v plavžu na Savi. Najvišja vsebnost mangana je dosegla 54 %. Ko je Kranjska industrijska družba zgradila večje in sodobnejše plavže v Trstu, so savske in javorniške plavže leta 1897 in 1904 ugasnili in uvedli predelovalne obrate in proizvodnjo jekla v Siemens-Martinovi peči.

Železarna Jesenice je dosegla ponoven razcvet v 1960. letih in se po razpadu Jugoslavije v 1990. letih preoblikovala v več manjših podjetij. Vodilno podjetje je SŽ Acroni d.o.o., ustanovljeno 23. decembra 1992, ki stalno širi in posodablja proizvodnjo in skrbi tudi za varstvo okolja. V njen proizvodni program spadajo nerjavna, trda, konstrukcijska, orodna in specialna jekla, elektro pločevina in nikljeve zlitine.^[64]

Glavni članek: Železarna Ravne.

V Štorah se je železarstvo začelo leta 1850, ko je Tirolec Andrieu dobil koncesijo za postavitev pudlarne in valjarne. Oba obrata so odprli leta 1860 in nato dozidali livarno in kovačnco s parnimi kladivi. Leta 1876 je lastnik železarne postal Karel Neufeldt, ki je svojo železarsko in premogovniško posest združil v podjetje Berg-und Hűttenwerk Store s sedežem na Dunaju. Leta 1912-1913 so pudlarske peči odstranili, zgradili novo martinarno z 20-tonsko Siemens-Martinovo pečjo za proizvodnjo jekla, novo toplotno centralo s tremi parnimi kotli in dvema parnima strojema in modernizirali valjarno.^[65]

Leta 1950 so začeli izdelovati valje in leta 1959 prvi v Jugoslaviji izdelali valje iz nodularne litine. Leta 1954 so zgradili elektroplavž, ki je pokrival vse lastne potrebe po belem in sivem grodlju, in se v valjarni preusmerili na proizvodnjo vzmeti in specialnih profilov. Leta 1968 se je v livarni II začela proizvodnja specialnih jekel.^[65]

Na začetku 1970. let so Siemens-Martinovo peč ustavili in septembra 1973 pognali novo Brlecovo obločno peč za proizvodnjo specialnih jekel. V naslednjih letih so začeli proizvajati tudi traktorje. Po letu 1990 se je zaradi izgube tržišč v razpadli Jugoslaviji proizvodnja jekel prepolovila. Železarna se je reorganizirala v več samostojnih podjetij, ki nadaljujejo štorsko železarsko tradicijo.^[65]

Železarna na Dvoru pri Žužemberku je obratovala od leta 1796 do 1896. Spadala je med največje industrijskih obrate na Slovenskem. Leta 1820 se je usmerjena v železolivarstvo in sredi 19. stoletja ostala edina na našem ozemlju, ki se je ukvarjala s tako imenovanim umetniškim livom. Železovo rudo je dobivala iz Soteske, Repče gore in Hmeljnika, oglje pa iz gozdov bližnjega Kočevskega Roga.

Leta 1806 je posebni odposlanec Jurija Karađorđa na Dvoru naročil 60 topov in možnarjev, vendar je avstrijska vlada pogodbo razveljavila. Livarne na Dvoru so nekaj topov kljub temu na skrivaj izdelale in poslale naročniku.^[66]

Leta 1822 je železarno prevzel nov nadzornik Ignacij von Panz in jo še povečal, s čimer je postala največje tovrstno podjetje južno od Alp. Leta 1834 je železarna dobila naziv »Cesarsko-kraljeva privilegirana tovarna za litoželezno in kovano blago kneza Auersperga«. Zaposlovala je več kot petsto delavcev in imela za proizvodnjo svojih izdelkov izdelane natančne predpise. Takšni predpisi so bili takrat v Evropi redki in so pomenili velik napredek v podjetništvu.

Na Dvoru so izdelovali različne železne predmete, od preprostih predmetov za vsakdanjo rabo (kotli, žeblji, pločevina...) do zahtevnih litoželeznih izdelkov, ki so jih tudi izvažali. Na Dvoru so med drugim ulili železno konstrukcijo nekdanjega Mrtvaškega mosta v Ljubljani (sedanji Hradeckega most) in prve vagončke za železnico v Postojnski jami.

Leta 1869 je železarna pogorela, kar je povzročilo zmanjšanje proizvodnje in krčenje železarne. Železarna se ni nikoli več povsem pobrala in zaradi hude konkurence povsem propadla. Zadnji obrat so zaprli leta 1896.

Zgodovina ajdovskih fužin se je začela 12. novembra 1561, ko je cesar Ferdinand I. Habsburški izdal koncesijo za dva plavža ob Hublju in v dolini Vodic.^[67]

Železo se je proizvajalo iz limonita iz rudnika Napredalo med Podkrajem in Vodicami. Fužine so bile od samega začetka usmerjene v proizvodnjo kovnega železa. Ko so peči predelali v plavž, je proizvodnja narasla na 45 in celo 200 ton letno. Nova železarna je proizvajala kovno železo, jeklo in grodelj.^[67]

Lesno oglje so kuhali v Trnovskem gozdu in Hrušici. Železo so predelovali v lastnih kovačijah, opremljenih s kovaškimi ognjišči ter kladivi in mehovi na vodni pogon. Kovali so ročna orodja za lastne potrebe, za delo na polju in v vinogradu ter v gozdu in rudniku, izdelovali so granate in krogle ter okovja za ladijske topove. Ulivali so celo retorte za žganje cinabarita v rudniku živega srebra v Idriji.^[67]

Fužine so s krajšim presledkom delovale od leta 1561 do leta 1700.

Proizvodja železa leta 2009 (v milijonih ton)^[68]

Država	Železova ruda	Surovo železo	Neposredno reducirano železo	Jeklo
Kitajska	1.114,9	549,4		573,6
Avstralija	393,9	4,4		5,2
Brazilija	305,0	25,1	0,011	26,5
Japonska		66,9		87,5
Indija	257,4	38,2	23,4	63,5
Ruska federacija	92,1	43,9	4,7	60,0
Ukrajina	65,8	25,7		29,9
Južna Koreja	0,1	27,3		48,6
Nemčija	0,4	20,1	0,38	32,7
Svet	1.594,9	914,0	64,5	1.232,4

Železo je najpogosteje uporabljena kovina, saj predstavlja 95 % svetovne proizvodnje kovin. Zaradi nizke cene in visoke trdnosti je nepogrešljivo na primer v strojegradnji, gradbeništvu, ladjedelništvu in avtomobilski industriji. Ker je čisto železo zelo mehko, se najpogosteje legira z drugimi kovinami.

Tržno železo se razvršča na podlagi čistosti in vsebnosti dodatkov. Surovo železo ima 3,5-4,5 % ogljika^[69] in različne količine nečistoč, najpogosteje žvepla, silicija in fosforja. Zanimivo je samo kot vmesni produkt za proizvodnjo litine in jekla. Z zmanjšanjem vsebnosti nečistoč, kot sta žveplo in fosfor, ki slabšajo lastnosti železa, nastane siva litina, ki vsebuje 2-4 % ogljika, 1-6 % silicija in manjšo količino mangana. Tališče sive litine je 1140-1200 °C in je nižje od tališč obeh njenih glavnih komponent. Njene mehanske lastnosti so zelo odvisne od oblike ogljika v zlitini.

Bele litine vsebujejo ogljik v obliki železovega karbida (cementit, Fe₃C), ki je zelo trd in krhek in igra glavno vlogo v mehanskih lastnostih belih litin. Litine so trde in neodporne na udarce. Na prelomih je polno drobnih ploskev zelo svetlega srebrnega in svetlečega se zdrobljenega železovega karbida.

V sivem železu je ogljik v obliki ločenih lističev grafita, ki povzročajo stresna mesta. Železo je zaradi ostrih robov delcev grafita krhko. Novejšim različicam sivega žleza, imenovanega raztezno ali žilavo železo, so po posebnem postopku dodani sledovi magnezija, ki lističe grafita pretvorijo v sferoide ali nodule, s čimer se zelo povečata žilavost in trdnost.

Kovaško železo vsebuje manj kot 0,25 % ogljika in veliko žlindre, ki je v obliki tankih vlaken ujeta v kovino.^[69] Železo je zato žilavo in kovno in bolj obstojno proti koroziji kot jeklo, vendar ne tako taljivo kot surovo železo. Nabrušeni robovi kovine hitro otopijo. V kovaštvu so ga skoraj v celoti izpodrinila lahka ogljikova jekla z 0,05–0,15 % % ogljika. Lahko jeklo je bolj podvrženo koroziji kot kovaško železo, vendar je cenejše in mnogo bolj dostopno.

Ogljikova jekla vsebujejo do 2 % ogljika^[70] in majhne količine mangana, žvepla, fosforja in silicija. Jeklene zlitine vsebujejo poleg različnih količin ogljika tudi druge kovine, med njimi krom, vanadij, molibden, nikelj, volfram in druge. Legirni elementi povečajo ceno jekel, zato se uporabljajo samo v posebne namene. Najpogostejša in najbolj znana zlitina je nerjavno jeklo.

V metalurgiji železa so nedavno razvili vrsto mikrolegiranih jekel (HSLA iz angleškega High-strength low-alloy steel) z izredno majhnimi vsebnostmi legirnih elementov, ki z minimalnimi stroški povečajo trdnost. Pogosto izredno povečajo tudi žilavost.

Železo se, med drugim, uporablja tudi za zaščito pred ionizirajočim sevanjem. Njegov učinek je sicer manjši kot pri drugih zaščitnih materialih, ima pa višjo mehansko odpornost.

Glavna pomanjkljivost železa, jekla in večine zlitin je njihova majhna odpornost proti koroziji. Železo se pred vodo in kisikom zaščiti s premazi, galvanizacijo, pasivacijo, plastificiranjem, bruniranjem ali katodno zaščito.

Pomen železovih spojin je v primerjavi s pomenom železa v metalurgiji zelo majhen, saj imajo spojine samo nekaj nišnih aplikacijh. Železovi katalizatorji se tradicionalno uporabljajo v Haber-Boschevem procesu proizvodnja amonijaka in Fischer-Tropschevem procesu pretvarjanja ogljikovega monoksida v ogljikovodike za goriva in maziva.^[71] Uprašeno železo v kislih topilih se je uporabljalo za redukcino nitrobenzena v anilin.^[72]

Železov(II) klorid se uporablja za čiščenje odpadnih voda, barvanje tkanin, kot barvni aditiv v premazih, aditiv v živalski hrani in jedka za baker v proizvodnji tiskanih vezij.^[73] Raztopljen v etanolu tvori železovo tinkturo. Drugi železovi halidi so omejeni na laboratorijsko rabo.

Železov(II) sulfat je prekurzor za druge železove spojine. Uporablja se tudi za redukcijo kromatov v cementu in kot prehranski dodatek za zdravljenje slabokrvnosti, ki je posledica pomanjkanja železa. Železov(III) sulfat se uporablja za obarjanje trenutnih drobnih delcev v rezervoarjih za pitno vodo. Železov(II) klorid se uporablja kot redukcijski flokulant, kemikalija za tvorjenje železovih kompleksov, proizvodnjo magnetnih železovih oksidov in reducent v organskih sintezah.

Železo je eden najpomembnejših biogenih elementov človeškega organizma. Skupna količina železa v telesu zdravega odraslega človeka znaša 4,5 g. Je sestavni del več sto proteinov in encimov, med katerimi so najpomembnejši:

• železo v hemu je sestavni del hemoglobina in mioglobina, ki prenašata kisik in omogočata celično dihanje
• hem je kofaktor citokromov, ključnih encimov biotransformacije ksenobiotikov,
• hem je kofaktor številnih encimov, ki sodelujejo pri mitohondrijskem prenosu elektronov oz. v dihalni verigi,
• železo vsebujoči proteini z nehemsko strukturo, kot sta NADH dehidrogenaza in sukcinat dehidrogenaza, so ključni encimi primarnega metabolizma,
• katalaze in peroksidaze so hemski proteini, ki sodelujejo pri razgradnji vodikovega peroksida ter varujejo celice pred škodljivimi kisikovimi zvrstmi,
• hemski encim mieloperoksidazo uporabljajo nevtrofilci pri sintezi hipoklorove kisline, slednjo pa uporabljajo pri uničenju bakterij,
• človeški organizem uporablja železo vsebujoč encim prolil hidroksilazo kot enega izmed senzorjev za hipoksijo ter tako omogoča prilagodljivost človeškega telesa življenju na različnih nadmorskih višinah,
• ribonukleotid reduktaza je železo vsebujoč encim, udeležen pri sintezi DNA

Z uravnoteženo prehrano se v telo dnevno vnese 10 do 30 mg železa. Naravni viri so tako rastlinskega kot živalskega izvora. V naslednji preglednici je prikazana vsebnost železa v posameznih živilih na 100 g živila.

Vsebnost železa v nekaterih živilih

Živilo	Železo (mg)
Leča	11,1
Školjke	10,9
Goveja jetra	10,8
Sezam	10,4
Sojino zrnje	9,7
Piščančja jetra	9,2
Rdeč fižol	6,4
Ostrige	5,1
Govedina na žaru	4,25
Mandlji	4,0
Suhe marelice	3,2
Jajce	2,0
Piščančje prsi	1,9
Tofu	1,2
Losos	1,2
Brokoli	1,0

Absorbcija železa v človeškem organizmu je omejena s fizikalno-kemijskimi lastnostmi železovih ionov in s fiziološkim stanjem železa v organizmu. Železo v živilih živalskega izvora je vezano na proteine, v živilih rastlinskega izvora pa v soleh anorganskih kislin. Železo, ki se uporablja v terapiji per os, je v obliki soli anorganskih kislin. V organizmu zdravega, odraslega moškega se absorbira 0,5 do 1,0 mg železa, v organizmu zdrave, odrasle ženske 1,0 do 1,5 mg dnevno. V stanjih povečanih potreb je ta količina bistveno večja. Iz živil živalskega izvora se železo absorbira sorazmerno dobro (20-odstotno), iz živil rastlinskega izvora pa bistveno slabše (10-odstotno). Železo v teh živilih je trivalentno, zato se mora pred absorbcijo reducirati v dvovalentno železo.

Absorbcija poteka po celi dolžini tankega črevesa, največ v dvanajstniku. V celicah črevesa se veže s proteinom apoferitinom v feritin. Absorbcija preneha, ko je porabljen ves apoferitin. Železo se po potrebi sprošča iz feritina, sproščeni apoferitin pa se vrne v ciklus. Absorbcija železa je torej omejena s količino prostega apoferitina (mukozna blokada). Če so potrebe po železu majhne, zaloge pa velike, se celotna količina absorbiranega železa prenese v feritin. Organizem se s tem zavaruje pred preveliko absorpcijo železa. Pred vstopom v plazmo se železo veže na feriglobulin in nastane transferin, s katerim se prenaša do ciljnega organa, kjer se veže na specifične receptorje. V procesu endocitoze transferin vstopa v eritroblast, sprošča železo in se uporablja v sintezi hemoglobina. Ena molekula transferina lahko veže največ 2 fero iona. Z merjenjem vsebnosti transferina se lahko določi kapaciteta možnega vezanega železa. Neuporabljeno železo se deponira v jetrih, vranici in kostnem mozgu kot rezervno železo. Železo se vskladišči v dveh oblikah. Pogostejši je feritin, topen v vodi, ki je sestavljen iz kristalov železovega hidroksida, prekritega z luskami beljakovine apoferitin. Druga oblika je v vodi netopen hemosiderin. Vsebnost plazmatskega feritina se lahko uporabi za oceno zalog železa v organizmu. Absorpcija in prenosna kapaciteta se lahko povečata pri pomanjkanju železa, hipoksiji, anemiji, pri povečani sintezi transferina.

Nekateri dejavniki bodisi povečujejo bodisi zmanjšujejo absorbcijo železa. Med pospeševalce absorbcije spadajo:

• askorbinska kislina (vitamin C), ki reducira trovalentno železo v dvovalentno in tvori komplekse z dvovalentnim železom, ki ima visoko biološko uporabnost; trovalentno železo se praktično ne absorbira
• druge organske kisline, kot so citronska, maleinska in mlečna kislina, ki vse po vrsti tvorijo različne komplekse z železovimi ioni Fe²⁺, in tako olajšajo njihovo absorbcijo
• rdeče meso, ribe in perutnina razen tega, da vsebujejo železo v hemu, pospešujejo absorpcijo nehemskega železa

Zaviralci absorpcije so naslednji:

• fitinska kislina je prisotna v stročnicah, žitaricah in rižu; majhne količine fitinske kisline (5 do 10 mg) lahko zavrejo absorpcijo nehemskega železa do 50 %, zaradi česar je absorpcija železa iz stročnic (soja, fižol, leča, grah) izjemno nizka
• polifenoli iz sadja, zelenjave, kave, čaja, vina in začimb lahko znatno zavrejo absorpcijo železa
• sojini proteini močno zavirajo absorpcijo železa, kar deloma sovpada s količino fitatov.

Priporočeni dnevni odmerki železa po starostnih obdobjih so predstavljeni v naslednji preglednici:

Dnevne potrebe po železu

Življenjsko obdobje	Starost	Moški (mg/dan)	Ženske (mg/dan)
Dojenčki	0-6 mesecev	0,27	0,27
Dojenčki	7-12 mesecev	11	11
Otroci	1-3 leta	7	7
Otroci	4-8 let	10	10
Otroci	9-13 let	8	8
Adolescenti	14-18 let	11	15
Odrasli	19-50 let	8	18
Odrasli	>51 let	8	8
Nosečnice	vse starosti	-	27
Dojilje	18 let in mlajše	-	10
Dojilje	19 let in starejše	-	9

Pomanjkanje železa je najpogostejša oblika pomanjkanja mikroelementov v svetu. Poznamo tri ravni pomanjkanja železa:

• izčrpane so zaloge, vendar funkcionalnega pomanjkanja še ni,
• zgodnje funkcionalno pomanjkanje železa že moti nastajanje rdečih krvnih celic,
• daljše pomanjkanja železa povzroči mikrocitno hipokromno slabokrvnost (anemijo), za katero so značilne majhne rdeče krvne celice z nizko vsebnostjo hemoglobina. Simptomi, kot so bledica, utrujenost, slabost, so posledica nezadostne oskrbe s kisikom. Ravno tako je moten potek vseh telesnih procesov, v katerih sodelujejo snovi, ki vsebujejo železo. Anemija zaradi pomanjkanja železa se zdravi z železovimi prehranskimi dopolnili.

Vzroki za pomanjkanje so lahko:

• hitra rast,
• nosečnost, v kateri so potrebe po železu povečane zaradi oskrbe zarodka in posteljice ter povečanja volumna krvi,
• kronična krvavitev v nekaterih boleznih,
• akutna krvavitev, ki običajno povzroči le kratkotrajno pomanjkanje, saj se izčrpajo samo zaloge železa v krvi,
• bolezni, ki povzročajo slabšo absorbcijo železa v črevesju (celiakija, infekcija),
• vegetarijanstvo, ker je biološka razpoložljivost železa iz rastlinskih virov precej manjša kot biološka razpoložljivost iz živalskih virov; vegetarijanci morajo zaužiti približno 80 % več železa in paziti, da zaužijejo dovolj snovi, ki optimirajo absorbcijo železa,
• redna in intenzivna telesna vadba; potrebe telesno aktivnih ljudi so lahko do 30 % višje kot pri neaktivni populaciji.

Pri pomanjkanju železa pridejo v poštev prehranska dopolnila, ki vsebujejo železo v različnih oblikah in z različno vsebnostjo elementarnega železa:

• železov (II) sulfat heptahidrat, 22 % elementarnega železa,
• železov (II) sulfat monohidrat, 33 % elementarnega železa,
• železov (II) glukonat, 12 % elementarnega železa,
• železov (II) fumarat, 33 % elementarnega železa.

Primeri zastrupitev z železom so redki. Pojavljajo se pri namernem jemanju velikih odmerkov ali pri obolenjih hemokromatoze, katerih vzrok je podedovana motnja čezmerne absorpcije železa. Smrtna doza je med 200 in 250 mg/kg telesne teže, simptomi akutne zastrupitve pa se lahko pojavijo že pri 20–60 mg/kg telesne teže. Simptomi se lahko pojavijo v štirih fazah:

• 1-6 ur po zaužitju lahko pride do slabosti, bruhanja, šibkega srčnega utripa, nizkega krvnega tlaka, letargije in bolečin v trebušnem predelu,
• če zastrupitev ne povzroči takojšnje smrti, se lahko simptomi umirijo za naslednjih 12-24 ur,
• 12-48 ur po zaužitju se simptomi vrnejo in lahko vključujejo še odpovedovanje srčno-žilnega sistema, jeter, ledvic in centralnega živčnega sistema,
• 2-6 tednov po zaužitju se lahko razvijejo kronične poškodbe jeter, želodca in centralnega živčnega sistema.

Železo lahko vstopa v interakcije z mnogimi zdravili, pa tudi z določeno hrano in sestavinami hrane. Mleko, jajca, kava, črni čaj, fitinska kislina, celulozna vlakna zmanjšujejo absorpcijo železa, medtem ko jo alkohol znatno povečuje, kar lahko povzroči tudi toksičnost.

• Tetraciklinski antibiotiki: hkratna uporaba železa in tetraciklinskih antibiotikov lahko povzroči klinično pomembno interakcijo in zmanjša terapevtsko koncentracijo antibiotika, zato se uživanje železa priporoča najmanj dve uri pred antibiotikom ali po njem.
• Etidronat: klinično pomembna interakcija lahko nastane pri hkratni uporabi železa in etidronata, v kateri se pomembno zmnanjšuje absorpcija etidronata, zato se priporoča ločeno jemanje.
• Fluorokinoloni: hkratna uporaba železa in fluorokinolonov lahko izzove heliranje fluorokinolonov in tako zmanjša absorpcijo ter povzroča znižanje terapevtske vrednosti v seču in serumu. Da bi se zmanjšala možnost te klinično pomembne interakcije, se priporoča ločeno jemanje.
• Cimetidin, antacidi, kalcijeve spojine: lahko zmanjšajo absorpcijo železa, zato se mora povečati skupni dnevni vnos.
• Vitamin E: večji odmerki železa lahko katalizirajo oksidacijo in povečajo potrebe po vitaminu E.

• železo v periodnem sistemu video posnetkov (Univerza v Nottinghamu)

• Vovk Tomaž, Obreza Aleš. Prehranska dopolnila I: minerali in vitamini. Fakulteta za farmacijo, Ljubljana 2009
• Medić-Šarić Marica, Buhač Ines, Bradamante Vlasta. Vitamini in minerali. Ins obs medicus, Ptuj 2002
• Pokorn Dražigost. Prehrana v različnih življenjskih obdobjih: prehranska dopolnila v prehrani. Marbona, Ljubljana 2005
• Weeks, Mary Elvira; Leichester, Henry M. (1968). Elements Known to the Ancients. Discovery of the Elements. Easton, PA: Journal of Chemical Education. str. 29–40. ISBN 0-7661-3872-0. LCCN 68-15217

• Predstavnosti o temi železo v Wikimedijini zbirki