Kuvio 1. Rauta, jonka järjestysluku on 26 ja atomipaino 55,845.

Rauta (Fe) on jaksollisen järjestelmän 26. alkuaine, ja ihminen on käyttänyt sitä yli 5000 vuotta. Se on yksi maapallon runsaimmista metalleista, sillä se muodostaa 5,6 % maankuoresta ja lähes koko maan ytimestä.

Joitakin raudan hyödyllisiä ominaisuuksia ovat:

Raudalla on ollut keskeinen rooli ihmiskunnan historiassa, sillä ne, jotka pystyivät käsittelemään sitä aseiden, työkalujen ja muiden materiaalien valmistuksessa, saivat taloudellista ja poliittista valtaa. Nykyaikaisessa yhteiskunnassa rauta on kaikista metalleista tärkein, sillä siitä valmistetaan erilaisia terästyyppejä, joita käytetään monissa eri sovelluksissa. Teräksestä valmistetaan paperiliittimiä, pilvenpiirtäjiä ja kaikkea siltä väliltä.

Rauta on myös tärkeä elementti kasvi- ja eläinkunnassa. Kasveissa sillä on merkitystä klorofyllin muodostumisessa, ja ihmisissä sillä on keskeinen rooli verisuonistossa.

Raudan energiakäyttö yhteiskunnassa

Kuva 2. Raudan käyttö yhteiskunnassa. Rebar, lyhenne sanoista ”raudoitustanko”, on valmistettu raudasta (ei puhtaasta raudasta, vaan sen seoksesta, teräksestä), ja sitä käytetään betonin raudoittamiseen.

Raudan osuus kaikesta maailmanlaajuisesti tuotetusta metallitonnimäärästä on 95 prosenttia, ja vuosittain tuotetaan yli 500 miljoonaa tonnia uutta rautaa ja 300 miljoonaa tonnia kierrätettyä rautaa. Tämä raudan tuotanto on mahdollista, koska maapallolla on valtavat, yli 100 miljardin tonnin rautavarat. Suurin osa kaivostoiminnasta tapahtuu Kiinassa, Brasiliassa, Australiassa, Venäjällä ja Ukrainassa.

Raudan ja terästuotteiden kaivostoimintaan, jalostukseen ja valmistukseen käytetään noin 18 prosenttia maailman teollisuuden energiankulutuksesta. Varsinaisen energian osalta siihen käytetään noin 19 teolliseen sektoriin vuosittain syötettävästä 106 eksajoulesta (1019 joulea).

Raudan sisältämä energia on 20-25 megajoulea kilogrammaa kohden (MJ/kg), mikä tarkoittaa sen louhintaan, jalostukseen ja prosessointiin tarvittavaa energiaa. Näin ollen raudan hankkimisen vuotuinen energiankulutus on noin 10 eksajoulea.

Lisätietoa siitä, mitä raudalle tapahtuu sen louhinnan jälkeen, löytyy osoitteesta: Teräs

Magneettiset ominaisuudet

Rauta on yksi harvoista alkuaineista, jolla on ferromagnetismia. Rauta on molekyylirakenteeltaan sellaista, että siinä on elektronien alueita, jotka asettavat spininsä riviin, jolloin syntyy erittäin paikallisia magneettikenttiä. Nämä domainit ovat kuitenkin usein satunnaisesti suuntautuneita, joten massamateriaalilla ei ole magneettisia ominaisuuksia. Materiaalin mielenkiintoinen ominaisuus ilmenee, kun rautaan kohdistetaan ulkoinen magneettikenttä, jolloin nämä domainit asettuvat riviin keskenään, ja materiaalin sanotaan olevan magnetoitunut.

Ferromagneettiset materiaalit, kuten rauta, ovat erittäin hyödyllisiä jokapäiväisessä elämässä sekä erikoissovelluksissa. Yleisiä käyttökohteita ovat esimerkiksi sähkömoottorit, generaattorit, muuntajat, puhelimet ja kaiuttimet.

Ydinstabiilisuus

Rautaryhmässä (kromista nikkeliin) on kaikista alkuaineista stabiileimpia isotooppeja, joilla on korkein sidosenergia nukleonia kohti. Tämän merkitys on ratkaiseva näiden metallien runsauksien kannalta maailmankaikkeudessa sekä kaikkien raskaampien alkuaineiden tuotannossa, jotka syntyvät supernovissa. Nämä stabiilit alkuaineet pysäyttävät raskaiden tähtien ydinfuusion, koska fuusioprosessi ei voi enää käyttää enempää energiaa, mikä aiheuttaa tähtien luhistumisen ja laukaisee supernovat.

Video

Oheinen video on Nottinghamin yliopiston Periodic videos -projektista. He ovat luoneet täydellisen sarjan lyhyitä videoita jokaisesta jaksollisen järjestelmän alkuaineesta.