IJzer (element)

Portaal Scheikunde
Chemisch element

Zuiver ijzer met blokje van 1 cm3
Naam	IJzer / Ferrum (Latijn)
Latijn
Symbool	Fe
Atoomnummer	26
Soort	Overgangsmetaal
Kleur	Zilvergrijs
Smeltpunt	1538 ^oC
Kookpunt	2862 ^oC

IJzer is een chemisch element met het symbool Fe (van Latijn: ferrum) en atoomnummer 26 in het Periodiek Systeem van de scheikunde. IJzer is een goede warmte en elektriciteit geleider. IJzer is magnetisch of magnetisch te maken. Het Nederlandse woord ijzer komt hoogstwaarschijnlijk van het Keltische isarnon, wat "krachtig, heilig" betekent.

Voorkomen

Het is als massa het meest voorkomende element op aarde, net voor zuurstof (ijzer 32,1% en zuurstof 30,1%), en vormt een groot deel van de buitenste en binnenste kern van de aarde. Het is het vierde meest voorkomende element in de aardkorst.

Als metaal is ijzer zeldzaam in de aardkorst, voornamelijk beperkt tot afzetting door meteorieten. IJzererts (hematiet, magnetiet, goehtiet) daarentegen, behoort tot de meest voorkomende vorm van ijzer in de aardkorst. Ertsen die zeer grote hoeveelheden hematiet of magnetiet bevatten (meer dan ongeveer 60% ijzer) staan bekend als "natuurlijk erts" of "directe scheepvaarterts", wat betekent dat ze rechtstreeks in hoogovens voor het maken van ijzer kunnen worden ingevoerd.

IJzer in erts of mineraal

Hematiet ijzererts, een gemeenschappelijke ijzeroxide verbinding met de formule Fe₂O₃
Magnetiet is een mineraal en een van de belangrijkste ijzerertsen , met de chemische formule Fe ₃ O ₄ .
Goethiet is een mineraal van de zogeheten diaspore groep, bestaande uit ijzer (III) oxide- hydroxide
Limonite is een ijzererts uit een mengsel van gehydrateerd ijzer (III) oxide-hydroxiden in wisselende samenstelling.
Sideriet is een mineraal dat bestaat uit ijzer(II)carbonaat (FeCO₃).
Lateriet (oer) is ijzerhoudende grond, vrij dicht aan de oppervlakte.
Taconiet is een variëteit van ijzer formatie, een ijzer dragende (meer dan 15% ijzer) sedimentair gesteente
Het mineraal pyriet, ook wel fool's gold, is een ijzersulfide met de chemische formule FeS₂ (ijzer (II) disulfide).

Geschiedenis

Reconstructie van een Keltische laagoven

Prehistorische samenlevingen gebruikten lateriet (oer) als een bron van ijzererts. Dat werd verwerkt tot smeedijzer. Mensen begonnen het proces van smelten van ijzererts in Eurazië rond 2000 voor Chr. onder de knie te krijgen (ijzertijd). In uitzonderlijke gevallen was het ijzer afkomstig van een meteoriet. Er werd bijvoorbeeld een dolk gevonden van meteoorijzer in het graf van Toetanchamon. Waarschijnlijk werd dit 'heilige uit de ruimte komende ijzer' koud gesmeed. De technologie ontwikkelde zich langzaam, en zelfs na de ontdekking van het smelten duurde het vele eeuwen voordat ijzer brons (legering van koper en tin) verving als het favoriete metaal voor gereedschappen en steek- en slag-wapens.

In de tijd van de Kelten en de Romeinen waren de smeltovens nog maar klein (laagoven - zie ook aflevering Klokhuis bij Links).

Vóór de industriële revolutie werd het meeste ijzer gewonnen uit algemeen verkrijgbaar goethiet of moeraserts, bijvoorbeeld tijdens de Amerikaanse revolutie en de Napoleontische oorlogen. Tijdens de industriële revolutie (de ijzeren eeuw) werd er veel gewerkt met gietijzer. Je ziet dat nog terug in de spaakwielen van stoomtreinen en de overkappingen in oude stations. De bekende Parijse Eiffeltoren is echter gemaakt van smeedijzer. Tijdens de Industriële Revolutie werden nieuwe methoden bedacht om staafijzer zonder houtskool te produceren en deze werden later toegepast om staal te produceren. Aan het eind van de jaren 1850 vond Henry Bessemer een nieuw staalproductieproces uit, waarbij lucht door gesmolten ruwijzer wordt geblazen om zacht staal te produceren. Hierdoor werd staal veel zuiniger, waardoor smeedijzer niet meer in grote hoeveelheden werd geproduceerd.

Historisch gezien is veel van het ijzererts dat door geïndustrialiseerde samenlevingen wordt gebruikt voor bijvoorbeeld staal, gewonnen uit overwegend hematiet-afzettingen met een gehalte van ongeveer 70% ijzer. De toenemende vraag naar ijzererts, in combinatie met de uitputting van hoogwaardige hematietertsen in de Verenigde Staten, leidde na de Tweede Wereldoorlog tot de ontwikkeling van ijzerertsbronnen van lagere kwaliteit, voornamelijk het gebruik van magnetiet en taconiet.

Tegenwoordig wordt er veel oud-ijzer hergebruikt (omgesmolten). Ook het ijzererts-afval is nog geschikt voor allerlei toepassingen.

In Nederland werden de Hoogovens (tegenwoordig Tata Steel) opgericht in 1918. Daarvoor kende Nederland al wel vele kleinere ijzergieterijen. Het Utrechtse Demka was in 1918 een van de weinige bedrijven waar staal werd gemaakt. In 1920 werd er bij Hoogovens alleen nog ruwijzer verwerkt. In 1924 werd de eerste hoogoven in werking genomen en kon er zelf ruwijzer worden gemaakt. In maart 1939 werd het eerste staal geproduceerd.

Gebruik

Het smeden van ijzer

IJzererts is de grondstof die wordt gebruikt om ruwijzer te maken, wat een van de belangrijkste grondstoffen is om staal te maken - 98% van het gedolven ijzererts wordt tegenwoordig gebruikt om staal te maken.

Het wordt voornamelijk gebruikt in constructies, schepen, auto's en machines.

De grootste ijzererts producenten zijn Australië, Brazilië, China, India en Rusland. Het winnen en vervoeren van ijzererts is een kostbare zaak.

De vraag naar ijzererts groeit met zo'n 10% per jaar met als belangrijkste consumenten China, Japan, Korea, de Verenigde Staten en de Europese Unie. In 2021 is China de grootste verbruiker van ijzererts, wat zich vertaalt als 's werelds grootste staal producerende land. Voor de staalproductie is ook veel steenkool nodig, veelal in de vorm van cokes.

IJzererts bestaat uit zuurstof en ijzer-atomen die aan elkaar zijn gebonden tot moleculen. Om het om te zetten in ijzer als metaal moet het ijzererts worden gesmolten. Het ijzererts wordt verpoederd en gemengd met cokes om tijdens het smeltproces te worden verbrand.

Het (staaf)ijzer dat door de smid wordt gebruikt heet smeedijzer. De verwerking ervan is anders dan bij gietijzer, waarbij het vloeibare ijzer in een mal wordt gegoten.

In de moderne wereld zijn ijzerlegeringen, zoals staal, roestvrij staal, gietijzer en speciaal staal veruit de meest voorkomende industriële metalen. Een nadeel van onbehandeld ijzer is dat het in de lucht vrij gemakkelijk roest.

Materialen die fijngemalen ijzer(III)oxiden of ijzeroxide-hydroxiden bevatten, zoals oker, worden sinds de prehistorie gebruikt als gele, rode en bruine pigmenten. De planeet mars heeft zijn rode kleur te danken aan het ijzeroxide-rijke regoliet.

IJzer wordt ook verwerkt tot ferriet. Een ferriet is een keramisch materiaal gemaakt door het mengen en bakken van grote hoeveelheden ijzer (III) oxide (Fe₂O₃ , roest) vermengd met kleine hoeveelheden van één of meer extra metalen. Dit wordt gebruikt voor magneten (in speakers en elektromotoren) en als poeder op de vroegere magneetbanden en cassettebandjes voor bijvoorbeeld geluidsopnames.

Biologie

Het lichaam van een volwassen mens bevat ongeveer 4 gram ijzer, voornamelijk in de eiwitten hemoglobine en myoglobine (hart- en skeletspieren spierweefsel). Rode bloedcellen zijn voor 1/3 deel gevuld met hemoglobine. IJzer in het hemoglobine geeft bloed zijn rode kleur. Deze twee eiwitten spelen een belangrijke rol in het functioneren van gewervelde dieren (waaronder de mens), namelijk hemoglobine voor zuurstof-transport door bloed en myoglobine voor zuurstofopslag in spieren. Het voldoende binnenkrijgen van ijzer is dus belangrijk. IJzer zit bijvoorbeeld in spinazie, maar ook in vlees, aardappelen en groenten.

IJzerdeeltjes of ijzeroxiden inademen kan tot longontsteking of zelfs tot longkanker leiden.

Sommige ijzerverbindingen zijn schadelijk voor het milieu. Ook de productie van ijzer en staal wordt gedaan met steenkool en/of cokes, wat ook heel veel kooldioxide (CO₂) in de lucht brengt en dus luchtverontreiniging geeft. Omwonenden zoals bij Tata Steel komen hiertegen meer en meer in opstand.

Veiligheid

IJzervijlsel brand heel gemakkelijk (gebruikt in sterretjes en ander vuurwerk).

IJzerdeeltjes of ijzeroxiden kunnen longontsteking of zelfs tot longkanker leiden
Sommige ijzerverbindingen zijn schadelijk voor het milieu
IJzervijlsel is makkelijk brandbaar en zeker geen zogenoemd koudvuur!

Toepassingen

Eerste gietijzeren boogbrug over de rivier de Severn in Shropshire, Engeland. Het werd geopend in 1781.
Stoomlokomobiel, één van de vroegere toepassingen in ijzer
IJzeren constructies in gebouwen
Spoorwegen en stationsgebouwen
Fabrieken
Allerlei machines
Gereedschappen
Blikken speelgoed