Element 26 · Overgangsmetaal

IJzer (Fe)

IJzer (Fe) is het element met atoomnummer 26 en het belangrijkste metaal van de menselijke beschaving. Als staal draagt het gebouwen, bruggen, schepen, auto’s en machines; er wordt meer ijzer geproduceerd dan alle andere metalen samen. IJzer is ook het element waaruit de kern van de aarde grotendeels bestaat en dat ons magnetisch veld opwekt. In je bloed vervoert ijzer in hemoglobine zuurstof naar al je cellen. De ijzertijd, die rond 1200 voor Christus begon, is naar dit element vernoemd.

IJzer in cijfers
SymboolFe
Atoomnummer26
Atoommassa55,845 u
CategorieOvergangsmetaal
Groep8
Periode4
Blokd-blok
Fase bij 20 °Cvast
Smeltpunt1538 °C
Kookpunt2862 °C
Dichtheid7,87 g/cm³
Elektronenconfiguratie[Ar] 3d6 4s2
Elektronen per schil2, 8, 14, 2
Elektronegativiteit (Pauling)1,83
Oxidatiegetallen+2, +3
Ontdektoudheid
Engelse naamIron
Latijnse naamFerrum

Eigenschappen van ijzer

Zuiver ijzer is een zilvergrijs, vrij zacht en goed smeedbaar metaal. Het is ferromagnetisch: het wordt sterk door magneten aangetrokken en kan zelf gemagnetiseerd worden, tenminste beneden 770 °C, de Curietemperatuur. In vochtige lucht roest ijzer: het reageert met zuurstof en water tot gehydrateerd ijzer(III)oxide, een poreuze bruine laag die afbladdert, zodat het metaal eronder steeds verder wordt aangetast. Dat is een typische redoxreactie. IJzer heeft vooral oxidatiegetallen +2 (ijzer(II), groenige oplossingen) en +3 (ijzer(III), geelbruine oplossingen). Door kleine hoeveelheden koolstof en andere elementen toe te voegen ontstaat staal, dat veel harder en sterker is; gietijzer bevat meer koolstof en is bros. IJzer-56 heeft een van de hoogste bindingsenergieën per kerndeeltje van alle atoomkernen. Daarom stopt kernfusie in zware sterren bij ijzer: fusie tot zwaardere elementen kost energie in plaats van dat het energie oplevert. Er zijn vier stabiele isotopen, waarvan ijzer-56 ruim 91 procent uitmaakt.

Naam. Het symbool Fe komt van het Latijnse ‘ferrum’; het Nederlandse ‘ijzer’ stamt van het Germaanse ‘isarna’, dat mogelijk ‘heilig metaal’ betekende omdat het eerste ijzer uit meteorieten kwam.

Atoombouw en plaats in het periodiek systeem

IJzer staat in periode 4 en groep 8 van het periodiek systeem, in het d-blok.

Een neutraal atoom heeft 26 protonen in de kern en 26 elektronen, verdeeld over 4 schillen: 2, 8, 14, 2. Het periodenummer (4) is gelijk aan het aantal schillen.

Buren in het systeem: links/ervoor: Mangaan (Mn, 25); rechts/erna: Kobalt (Co, 27); eronder in dezelfde groep: Ruthenium (Ru).

Andere elementen in groep 8: Ruthenium, Osmium, Hassium.

Voorkomen

IJzer is gemeten naar massa het meest voorkomende element op aarde als geheel, omdat de aardkern grotendeels uit een ijzer-nikkellegering bestaat. In de aardkorst staat het op de vierde plaats, met ongeveer 5 procent. De belangrijkste ertsen zijn hematiet (Fe2O3) en magnetiet (Fe3O4), die vooral in Australië, Brazilië en China worden gemijnd. Veel ijzererts ontstond ruim twee miljard jaar geleden, toen de eerste zuurstof in de oceaan opgelost ijzer liet neerslaan. In hoogovens, zoals die van Tata Steel in IJmuiden, wordt het erts met cokes gereduceerd tot ruwijzer, dat vervolgens tot staal wordt verwerkt. Een volwassene bevat 3 tot 4 gram ijzer, grotendeels in hemoglobine.

Toepassingen

  • Staal voor gebouwen, bruggen, spoorrails, schepen, auto’s en windturbines; jaarlijks wordt bijna twee miljard ton staal geproduceerd.
  • Roestvrij staal, een legering met chroom en nikkel, wordt gebruikt voor bestek, keukens, medische instrumenten en chemische installaties.
  • Gietijzer is geschikt voor pannen, motorblokken, putdeksels en radiatoren omdat het makkelijk in vormen te gieten is.
  • Elektromotoren, transformatoren en generatoren hebben kernen van speciaal ijzer- of siliciumstaal vanwege de magnetische eigenschappen.
  • IJzerverbindingen worden gebruikt als pigment (ijzeroxiderood en -geel), bij waterzuivering en in ijzerpillen tegen bloedarmoede.
  • IJzer is een katalysator in het Haber-Bosch-proces voor ammoniak.

Veelgestelde vragen

Is ijzer magnetisch?

Ja, ijzer is ferromagnetisch. De kleine magneetjes van de ijzeratomen kunnen zich in gebieden, domeinen genoemd, in dezelfde richting opstellen. In een magnetisch veld groeien de domeinen die met het veld meewijzen, waardoor ijzer sterk wordt aangetrokken. Boven 770 °C verdwijnt die eigenschap. Ook nikkel en kobalt zijn ferromagnetisch.

Waar zit ijzer in je lichaam?

Ongeveer twee derde van het ijzer in je lichaam zit in hemoglobine, het eiwit in rode bloedcellen dat zuurstof vervoert. Een deel zit in myoglobine in je spieren en in enzymen. De rest is opgeslagen in de lever, milt en het beenmerg als ferritine. Je krijgt ijzer binnen via vlees, peulvruchten, volkorenbrood en groene groenten.

Wat is het verschil tussen ijzer en staal?

Staal is ijzer met een klein beetje koolstof, meestal minder dan 2 procent, en vaak andere elementen zoals mangaan, chroom of nikkel. Die toevoegingen maken staal veel sterker en harder dan zuiver ijzer, dat relatief zacht is. Gietijzer bevat meer koolstof, is goed te gieten maar ook bros.

Verder lezen