Abbildung 1. Eisen mit der Ordnungszahl 26 und dem Atomgewicht von 55,845.

Eisen (Fe) ist das 26. Element im Periodensystem und wird seit über 5000 Jahren vom Menschen verwendet. Es ist eines der am häufigsten vorkommenden Metalle auf der Erde und macht 5,6% der Erdkruste und fast den gesamten Erdkern aus.

Einige nützliche Eigenschaften von Eisen sind:

Eisen hat in der Geschichte der Menschheit eine Schlüsselrolle gespielt, Diejenigen, die es zur Herstellung von Waffen, Werkzeugen und anderen Materialien nutzen konnten, gewannen wirtschaftliche und politische Macht. In der modernen Gesellschaft ist Eisen das wichtigste aller Metalle, da es zur Herstellung verschiedener Stahlsorten verwendet wird, die in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden. Stahl wird zur Herstellung von Büroklammern, Wolkenkratzern und allem, was dazwischen liegt, verwendet.

Eisen ist auch ein wichtiges Element in der Pflanzen- und Tierwelt. In Pflanzen spielt es eine Rolle bei der Bildung von Chlorophyll, und beim Menschen spielt es eine entscheidende Rolle im Gefäßsystem.

Energieverwendung von Eisen in der Gesellschaft

Abbildung 2. Rebar, kurz für „Armierungseisen“, besteht aus Eisen (nicht aus reinem Eisen, sondern aus dessen Legierung, dem Stahl) und wird zur Verstärkung von Beton verwendet.

Eisen macht 95 % der weltweit produzierten Metalltonnage aus, wobei jedes Jahr über 500 Millionen Tonnen neues Eisen und 300 Millionen Tonnen recyceltes Eisen produziert werden. Diese Eisenproduktion ist möglich, weil es auf der Erde enorme Eisenreserven von mehr als 100 Milliarden Tonnen gibt. Das meiste Eisen wird in China, Brasilien, Australien, Russland und der Ukraine abgebaut.

Rund 18 % des weltweiten industriellen Energieverbrauchs entfallen auf den Abbau, die Verarbeitung und die Herstellung von Eisen- und Stahlprodukten. Von den 106 Exajoule (1019 Joule), die jedes Jahr im Industriesektor eingesetzt werden, entfallen etwa 19 auf diesen Bereich.

Eisen hat eine graue Energie von 20-25 Megajoule pro Kilogramm (MJ/kg), d.h. die Energie, die für seine Gewinnung, Raffination und Verarbeitung benötigt wird. Damit liegt der jährliche Energieverbrauch für die Gewinnung von Eisen in der Größenordnung von 10 Exajoule.

Weitere Informationen darüber, was mit dem Eisen nach seiner Gewinnung geschieht, finden Sie unter: Stahl

Magnetische Eigenschaften

Eisen ist eines der wenigen Elemente, das Ferromagnetismus aufweist. Die Molekularstruktur von Eisen ist so beschaffen, dass es Bereiche mit Elektronen gibt, die ihre Spins aneinanderreihen, was zu stark lokalisierten Magnetfeldern führt. Diese Domänen sind jedoch oft zufällig ausgerichtet, so dass das Material in der Masse keine magnetischen Eigenschaften aufweist. Die interessante Eigenschaft des Materials tritt auf, wenn ein äußeres Magnetfeld an das Eisen angelegt wird, wodurch sich diese Domänen aneinander ausrichten und das Material als magnetisiert bezeichnet wird.

Ferromagnetische Materialien wie Eisen sind sowohl im täglichen Leben als auch in speziellen Anwendungen sehr nützlich. Zu den üblichen Anwendungen gehören Elektromotoren, Generatoren, Transformatoren, Telefone und Lautsprecher.

Kernstabilität

Die Eisengruppe (von Chrom bis Nickel) enthält die stabilsten Isotope aller Elemente, die die höchste Bindungsenergie pro Nukleon aufweisen. Dies ist von entscheidender Bedeutung für die Häufigkeit dieser Metalle im Universum sowie für die Produktion aller schwereren Elemente, die in Supernovae erzeugt werden. Die Kernfusion in schweren Sternen wird durch diese stabilen Elemente gestoppt, da der Fusionsprozess keine Energie mehr aufbringen kann, was zum Kollaps des Sterns führt und Supernovae auslöst.

Video

Das folgende Video stammt aus dem Projekt „Periodic Videos“ der Universität Nottingham. Sie haben eine ganze Reihe von Kurzvideos zu jedem Element im Periodensystem der Elemente erstellt.