Železo

Fe ↓ Ru Mangan ← Železo → Kobalt • [18Ar] 3d6 4s2 56 Fe 26 • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • ↓Periodická tabulka prvků↓
Obecné
Název (lat.), značka, číslo	Železo (Ferrum), Fe , 26
Registrační číslo CAS	7439-89-6
Umístění v PSP	8 (VIII. B) skupina, 4. perioda, blok d
Char. skupina	Přechodné kovy
Hmotnostní zlomek v zem. kůře	4,7 - 6,2 %
Konc. v mořské vodě	mg/l
Počet přírodních izotopů	4
Vzhled
Atomové vlastnosti
Rel. at. hmotnost	55,845(2) amu
Atomový poloměr	140 (156 vypočtený) pm
Kovalentní poloměr	125 pm
van der Waalsův poloměr	pm
Elektronová konfigurace	[18Ar] 3d6 4s2
Elektronů v hladinách	2, 8, 14, 2
Oxidační číslo	-II, II, III, IV, VI
Fyzikální vlastnosti
Skupenství	Pevné
Krystalová struktura	Prostorově centrovaná krychlová mřížka (0-1179 K; 1674-1811 K), plošně centrovaná krychlová mřížka (1179-1674 K)
Hustota	7,86 g/cm³ (při teplotě tání 6,98 g/cm³)
Tvrdost	4,0 (Mohsova stupnice)
Magnetické chování	Ferromagnetické (do teploty 1043 K)
Teplota tání	1538 °C (1811 K)
Teplota varu	2861 °C (3134 K)
Molární objem	7,09 · 10−6 m3/mol
Skupenské teplo tání	13,8 kJ/mol
Skupenské teplo varu	340 kJ/mol
Tlak nasycené páry	7,05 Pa Pa (při 1808 K)
Rychlost zvuku	5900 (podélně), 3200 (příčně) m/s při 293,15 K
Měrná tepelná kapacita	452 J/(kg • K) (0,1077 kJ/mol)
Elektrická vodivost	9,93 · 106 S/m
Elektrický odpor	9,71 μΩ (při 20°C)
Tepelná vodivost	80,2 W/(m • K)
Různé
Redoxní potenciál	−0,447 V (Fe2+ + 2e− → Fe) −0,037 V (Fe3+ + 3e− → Fe) 2,20 V (FeO42-+ 8 H+ + 3e−→Fe3++4 H2O)
Elektronegativita	1,83 (Paulingova stupnice)
Spalné teplo na m³
Spalné teplo na kg
Ionizační energie	Fe→Fe++e-: 762,5 kJ/mol Fe+→Fe2++e-: 1561,9 kJ/mol Fe2+→Fe3++e-: 2957 kJ/mol Fe3+→Fe4++e-: 5290 kJ/mol
Iontový poloměr	Fe2+: 0,61 Å nebo 0,78 Å (nízkospinové a vysokospinové uspořádání) Fe3+: 0,55 Å nebo 0,64 Å (nízkospinové a vysokospinové uspořádání) Fe4+: 0,58 Å (0,52*10-10m) Fe6+: 0,25 Å (0,25*10-10m)
Není-li uvedeno jinak, jsou použity jednotky SI a STP.

Železo, chemická značka Fe, (latinsky ferrum) je nejrozšířenější přechodný kovový prvek a druhý nejrozšířenější kov na Zemi, je také hojně zastoupen i ve vesmíru. Lidstvu je znám již od pravěku. V přírodě se minerály železa vyskytují velmi hojně a železo se z nich získává redukcí ve vysoké peci. Objev výroby a využití železa byl jedním ze základních momentů vzniku současné civilizace. Železo má všestranné využití při výrobě slitin a pro výrobu většiny základních technických prostředků používaných člověkem. Velmi významné jsou také sloučeniny železa, ať už jde o anorganické, organické nebo komplexní. Železo je také velmi významným biogenním prvkem, v organismu se podílí na přenášení kyslíku k buňkám a tím umožňuje život mnoha organismů na naší planetě.

[editovat] Základní fyzikálně - chemické vlastnosti

Čisté železo

Železo je poměrně měkký, světle šedý až bílý, ferromagnetický kov s malou odolností proti korozi. Železo je ferromagnetické do teploty 768 °C - tzv. Curieův bod - kdy tuto vlastnost ztrácí. Lidstvu je známo již od pravěku (objeveno na konci pravěku - období halštatské a laténské), přesto však jeho průmyslová výroba v masovém měřítku začíná teprve v 18. století našeho letopočtu. Železo patří mezi přechodné prvky, které mají valenční elektrony v d-orbitalu. Ve sloučeninách se vyskytuje především v mocenství Fe⁺² a Fe⁺³, sloučeniny Fe⁺⁴ jsou velmi nestálé a nemají praktický význam. Sloučeniny Fe⁶⁺ jsou velmi silná oxidační činidla, ale nejsou stabilní, a proto se nevyužívají.

Chemicky je elementární železo značně nestálé a reaktivní. Velmi snadno se rozpouští působením minerálních kyselin. V kyselině chlorovodíkové se rozpouští za vzniku chloridu železnatého, který se velmi rychle oxiduje rozpuštěným kyslíkem ve vodě na chlorid železitý. Ve zředěné kyselině sírové se železo rozpouští za vzniku síranu železnatého, který se ovšem delším stáním na vzduchu oxiduje na síran železitý, v koncentrované kyselině sírové se železo rozpouští rovnou za vzniku síranu železitého. Ve zředěné kyselině dusičné se železo rozpouští za vzniku dusičnanu železitého a v koncentrované se pouze na povrchu pasivuje a nerozpouští.

Hydroxidy na železo za normální teploty nepůsobí, avšak zahříváním železných pilin s hydroxidem alkalického kovu vznikají železany. Působením vzdušné vlhkosti se železo snadno oxiduje za tvorby hydratovaných oxidů (rez). Tato reakce přitom nevede k ochraně materiálu povrchovou pasivací jako u mnoha jiných kovových prvků, protože vrstva rzi se snadno odlupuje a koroze pokračuje do hloubky materiálu. V suchém vzduchu (bez vlhkosti) reaguje železo s kyslíkem až při teplotě 150 °C a se samotnou vodou železo bez přítomnosti kyslíku vůbec nereaguje. Při žíhání železa ve vzduchu nebo jeho reakcí s vodní párou vzniká oxid železnato-železitý Fe₃O₄. Železo se přímo za horka slučuje s chlórem, sírou a fosforem a má schopnost se slučovat („slévat“) s uhlíkem a křemíkem, naproti tomu se železo vůbec neslučuje s dusíkem.

Významnou vlastností atomového jádra železa je skutečnost, že se vyznačuje nejvyšší vazebnou energií ze všech známých prvků. Prakticky to znamená, že při termojaderné fúzi, probíhající v nitru hvězd je železo posledním prvkem, který lze tímto způsobem připravit za vzniku energetického zisku. Naopak při štěpení jader těžkých prvků je jádro atomu železa prvním, z něhož nelze štěpením získat energii.

[editovat] Historický vývoj

Železný meteorit

Železo je lidstvu známo již od prehistorické doby, avšak ne všechny nálezy v přírodě lze pokládat za lidské výtvory. Železné kuličky staré 6000 let, které se nachází v přírodě, jsou meteorického původu.^[1] Ani později nalezené vzorky, které vznikly redukcí rud obsahujících železo dřevěným uhlím, nelze považovat za odlité člověkem, protože bez použití měchů nelze dosáhnout patřičné teploty pro jeho redukci.^[1]

První železo vzniklé činností člověka, které bylo možno opracovávat kovářským způsobem, je tzv. houbovité železo, které vzniklo nízkoteplotní redukcí železné rudy v tzv. zkujňovacím ohništi. Železná ruda se zahřívala v mělkých jamách s velkým přebytkem dřevěného uhlí rozdmýchávaného měchem. Získaly se tak slinuté kusy kujného železa, které se stavovaly mocným kováním. S tímto způsobem výroby železa se setkáváme prvně u Chetitů ve třetím tisíciletí před naším letopočtem.^[2] Chetité výrobu železa velmi dobře střežili a k jeho rozšíření tak došlo teprve po rozpadu Chetitské říše někdy okolo roku 1200 př. n. l., kdy začíná doba železná.^[2]

Ve středověku se při zpracovávání přešlo od jam či plochých krbů k malým šachtovým pecím, z nichž se postupem času vyvinuly dnešní vysoké pece. Ve 14. století byl zaveden pohon dmýchadel vodní silou, což vedlo ke zvýšení teploty v peci a získalo se tak železo s větším obsahem uhlíku - litina. Ta sice není kujná, ale lidé se ji velmi brzy naučili zpracovávat na kujné železo novým zahříváním za vydatného přívodu vzduchu - tzv. zkujňování železa.

Významný krok ve zpracování železných rud bylo zavedení koksu jako redukčního činidla na konci 18. století^[3]. Jeho použití lze považovat za jeden z hlavních faktorů průmyslové revoluce.^[1] Zkujňování železa bylo ve druhé polovině 19. století výrazně zlepšeno pomocí zkujňování větrem (pochod Bessemerův - tzv. Bessemerace 1878) a topení s regenerací tepla (proces Siemensův-Martinův 1865). V poslední době bylo pro výrobu vysoce kvalitních ocelí zavedeno tavení v elektrické peci.^[3] (Viz kapitola Zpracování železa na ocel.)

[editovat] Výskyt

Další minerály železa naleznete v kategorii Minerály železa.

Hematit - Krevel

Pyrit

Magnetit - Magnetovec

Limonit - Hnědel

Ilmenit

Siderit - Ocelek

Železo patří vzhledem ke stálosti svého jádra mezi prvky s velmi významným zastoupením na Zemi i ve vesmíru. Železo se vyskytuje také na Měsíci, kde se v jeho zemské kůře vyskytuje v zastoupení 9 %^[zdroj?]. V měsíčním prachu je obsažen v kovové formě v množství okolo 0,5%, v průměrně dvanáctimetrové povrchové vrstvě se nachází okolo 10¹² tun železa.^[4] V zemské kůře činí průměrný obsah železa 4,7 – 6,2 % (62 000 ppm), čímž se řadí na 4. místo podle výskytu prvků (před ním je jen kyslík, křemík a hliník).^[4] Předpokládá se, že zemské jádro je složeno především ze železa, kobaltu a niklu a celkový podíl železa na složení naší planety je ještě podstatně vyšší (podle některých údajů až 35 %).^[zdroj?]

V mořské vodě se jeho koncentrace pohybuje pouze na úrovni 0,01 miligramů v jednom litru. Předpokládá se, že ve vesmíru připadá na jeden atom železa přibližně 40 000 atomů vodíku.^[zdroj?]

V přírodě se železo vyskytuje ve formě sloučenin v mnoha rudách, které mohou být průmyslově využity k jeho výrobě. Nejvíce se vyskytuje ve formě oxidů a uhličitanů.^[4] Z nejznámějších lze jmenovat např. hematit (krevel) Fe₂O₃, magnetit (magnetovec) Fe₃O₄, limonit (hnědel) Fe₂O₃ · x H₂O, ilmenit FeTiO₃ nebo siderit (ocelek) FeCO₃. Známý je i sulfidický pyrit FeS₂, který se však kvůli obtížněmu oddělení síry od železa průmyslově tolik nezpracovává.^[4] Co do obsahu železa, je z těchto rud nejhodnotnější magnetit, který obsahuje téměř tři čtvrtiny hmotnosti železa, ale nejhojněji se vyskytující rudou je hematit. Vzhledem k vysoké dostupnosti železných rud se vybírají ty kvalitnější.

K méně známým rudám železa, které nelze využívat k jeho výrobě, patří například augit (Ca,Mg,Fe)SiO₃, chromit (Fe, Mg)Cr₂O₄, kobaltin (Co,Fe)AsS, jakobsit MnFe₂O₄, andradit Ca₃Fe₂³⁺(SiO₄)₃, olivín (Mg, Fe)₂SiO₄, triplit (Mn,Fe,Mg,Ca)₂(PO₄)(F,OH), vivianit Fe₃(PO₄)₂·8(H₂O) a wolframit (Fe,Mn)WO₄.

Elementární kovové železo, které lze nalézt na zemském povrchu, je buď pozemské nebo meteoritické. Pozemské je vzniklé nejspíše „přirozeným zhutněním“ železa obsaženého v bazaltech, přičemž se poukazuje na přítomnost uhelných vrstev nebo jejich uzavřenin (výskyty na ostrově Disko u Grónska či v Bühlu u Kasselu (Hesensko, Německo), u nás vzácně ze Strak u Duchcova). Meteorický původ železa je praktickým důkazem významné přítomnosti železa v okolním vesmíru a současně v minulosti bylo jediným zdrojem pro výrobu železných nástrojů (nože, zbraně, …).

[editovat] Průmyslová výroba

Schéma vysoké pece:
1. vhánění předehřátého vzduchu (~900 °C)
2. tavicí zóna (~2000 °C)
3. zóna redukce oxidu železnatého FeO (700-1200 °C)
4. zóna redukce oxidu železitého Fe₂O₃ (200-700 °C)
5. předehřívací zóna (~200 °C)
6. zavážka (ruda, vápenec, koks)
7. odpadní plyny
8. sloupec rudy, koksu a vápence
9. odvod strusky
10. odběr surového železa
11. odvod odpadních plynů
(citace ^[5][6])

Vysoká pec na výrobu surového železa - Sestao, Španělsko

Velmi čisté železo se v menším množství vyrábí redukcí čistého oxidu nebo hydroxidu vodíkem nebo tzv. karbonylovým způsobem zahříváním železa v atmosféře oxidu uhelnatého CO při zvýšeném tlaku a následným rozkladem vzniklého pentakarbonylu železa Fe(CO)₅ při teplotě 250 °C na práškový kov.^[4]

Surové železo se vyrábí ve vysoké peci redukcí svých oxidů koksem nebo oxidem uhelnatým. Upravené rudy se střídavě naváží se struskotvornými látkami (vápenec, oxidy křemíku) a koksem do vysoké pece.

Ve vysoké peci probíhá několik dějů. V dolní části pece se spaluje koks na oxid uhličitý CO₂ díky vhánění předehřátého vzduchu (popř. vzduchu obsahujícího topný olej).

• C + O₂ → CO₂

Touto exotermickou reakcí se pec v tzv. tavicí zóně vyhřívá na teplotu okolo 2 000 °C^[5], což způsobí roztavení surového železa a tvorbu tzv. strusky. Struska je vrstva lehkých oxidů a silikátů, která chrání taveninu před zpětnou oxidací vzdušným kyslíkem.

• SiO₂ + CaO → CaSiO₃

Na dně se hromadí roztavené železo, odkud se vypouští odděleně od strusky. Ve vyšších vrstvách pece probíhá tzv. nepřímá redukce oxidů železa oxidem uhelnatým, tak se získají asi dvě třetiny vyrobeného železa. Nejdříve dochází k redukci oxidu železitého (přechodně vzniká oxid železnato-železitý Fe₃O₄) a k rozkladu vápence na oxid vápenatý CaO a oxid uhličitý (reakce potřebující méně energie):

• 3 Fe₂O₃ + CO → 2 Fe₃O₄ + CO₂
• Fe₃O₄ + CO → 3 FeO + CO₂
• CaCO₃ → CaO + CO₂

Ve více horké časti se redukuje vzniklý oxid železnatý a dochází k nedokonalému spalování koksu za vzniku dalšího oxidu uhelnatého.

• FeO + CO → Fe (s) + CO₂
• C + CO₂ → 2 CO

Ve spodních částech probíhá tzv. přímá redukce oxidů železa uhlíkem.

• Fe₂O₃ + 3 C → 2 Fe (s) + 3 CO

Celý proces probíhá prakticky nepřetržitě - na horní část vysoké pece se stále zaváží železná ruda, železný šrot, koks a struskotvorné přísady a naspodu se v určitých intervalech odpouští roztavené kovové železo - tzv. odpich vysoké pece.^[7][8]

Surové železo, tzv. litina, obsahuje řadu nežádoucích příměsí jako je uhlík C (3-5%), křemík Si a fosfor P.^[9] V menší míře přijímá i síru S, která je ale více zadržena v podobě sulfidu manganatého MnS ve strusce. Surové železo se dobře odlévá, nejčastěji do forem požadované velikosti nebo do tzv. ingotů (housek).^[9] Výsledný produkt, tzv. litina, je poměrně pevný a tvrdý, ale velmi křehký a možnost jeho dalšího mechanického opracování po odlití je minimální. Z litiny se vyrábějí předměty, u kterých není vyžadována přesná rozměrová tolerance nebo vysoká odolnost proti nárazu. Příkladem mohou být pláty kamen, radiátory ústředního topení, kanálové poklopy nebo podstavce těžkých strojů. Struska se využívá ve stavebnictví k výrobě tvárnic, izolací stěn a některých druhů cementů.^[5]

[editovat] Zpracování železa na ocel

Podrobnější informace naleznete v článku Ocel.

Ocelové hřebíky

Ocelová nádoba jaderného reaktoru

Obsah uhlíku v surovém železe je příliš vysoký a proto je nutné jej oxidačním procesem v ocelářských zařízeních snížit. Toho se dociluje oxidací uhlíku buďto kyslíkem ze vzduchu (Thomasův konvertor), profoukáváním kyslíkem (LD konvertor) nebo přisazováním železné rudy a ocelového odpadu do taveniny v nístějových pecích (Siemens-Martinův proces, elektrická oblouková pec).

Získaná tzv. nelegovaná neboli měkká ocel je poměrně měkká a snadno se mechanicky zpracovává (tažení, kování, ohýbání atd.). Mechanické vlastnosti se dají dále upravovat tepelným zpracováním, například kalením (zahřátím do červeného žáru a prudkým zchlazením vodou nebo minerálním olejem) nebo popouštěním (zahřátím na 200 - 300 °C a pomalým chlazením).^[9] Slouží k výrobě drátů, plechů, hřebíků a podobných produktů.

Další zkvalitnění vyrobené oceli se dosahuje legováním, tedy přídavky definovaných množství jiných kovů za vzniku slitiny. Hlavními prvky pro legování ocelí jsou nikl, chrom, vanad, mangan, wolfram, kobalt a ve speciálních aplikacích ještě mnoho dalších. Rozlišujeme tzv. uklidněné a neuklidněné oceli. U uklidněných ocelí je rozpuštěný kyslík vázán přísadou hliníku (Al) nebo křemíku (Si).

Existuje více než 2 000 různých druhů ocelí s přesně definovaným složením a mechanickými vlastnostmi jako je pevnost, tvrdost, chemická odolnost a řada dalších. Ocelové polotovary jsou dále zpracovány ve válcovnách na drát, plech, nosníky, kolejnice, profily,které jsou široce používány v průmyslu, stavebnictví atd. Část těchto polotovarů slouží jako výchozí materiál pro výrobu výkovků v kovárnách.

[editovat] Izotopy železa

V přírodě se nacházejí 4 izotopy. Nejvíce rozšířeným přírodním izotopem je vzhledem ke ke stabilitě svého jádra ⁵⁶Fe (91,75%).^[10] Uvedený izotop má nejvyšší hmotnostní schodek a tedy i největší vazebnou energii jádra ze všech známých izotopů.^[11] Proto je také konečným produktem nukleosyntézy ve hvězdách. Zbývající tři stabilní izotopy jsou: ⁵⁴Fe (5,85%^[10]),⁵⁷Fe (2,12%^[10]) a ⁵⁸Fe (0,28%^[10]).

⁶⁰Fe je zaniklý radionuklid dlouhým poločasem rozpadu (1,5 mil. let). Většina prací v minulosti týkajících se měření izotopové složení Fe se soustřeďovala na určování změn ⁶⁰Fe vzhledem k procesům doprovázející nukleosyntézu (vznik jádra atomu z nukleonu) a formaci rudy. V posledním desetiletí pokrok v hmotnostní spektrometrii umožnil detekci rozdílů v řádově v minutách, což jsou přirozeně se vyskytující rozdíly stabilních izotopů železa. Velká část této práce byla hnána komunitou vědců zabývajících se Zemí a planetárními vědami, ačkoliv se začíná objevovat využití i v biologických a průmyslových systémech.^[12]

[editovat] Sloučeniny

Další sloučeniny železa naleznete v kategorii Sloučeniny železa.

Ve sloučeninách se železo vyskytuje především v mocenství Fe⁺² a Fe⁺³. Redox potenciál vzájemného přechodu výše zmíněných iontů leží v oblasti, která umožňuje současnou existenci obou forem vedle sebe. Železo se dále vyskytuje v oxidačním stavu Fe⁺⁴ a Fe⁺⁶. Sloučeniny těchto oxidačních stupňů železa nejsou příliš stabilní.^[13]

[editovat] Anorganické sloučeniny

S běžnými minerálními kyselinami tvoří železo soli v obou mocenstvích. V bezvodém stavu je většina solí bezbarvých a v hydratované podobě mají téměř všechny barvu - Fe⁺² soli jsou nejčastěji bezbarvé až světle zelené a Fe⁺³ soli jsou nejčastěji tmavě žluté až hnědé.

[editovat] Sloučeniny železnaté Fe²⁺

Nejvýznamnější železnatou sloučeninou je síran železnatý, triviálně zelená skalice. Železnaté soli jsou dobře rozpustné ve vodě, většinou jsou bezbarvé až světle zelené a snadno se oxidují na železité sloučeniny. Zelená barva vznikající ve oblasti viditelného spektra železnatých sloučenin je dána díky komplexu [Fe(H₂O)₆]²⁺.

Síran železnatý

Sulfid železnatý

Mohrova sůl

• Oxid železnatý FeO je černá práškovitá hmota. Nerozpouští se ve vodě, ale v pyroforickém stavu (jemně rozptýleném) dokáže vodu rozkládá a to zvláště za tepla. Připravuje se tepelným rozkladem šťavelanu železnatého. Při tomto rozkladu se vylučuje ve své pyroforické podobě. Je stálý jen nad teplotou 575°C, pod touto teplotou se rozkládá na železo a oxid železnato-železitý.

• Hydroxid železnatý Fe(OH)₂ je bílá vločkovitá sraženina, nerozpustná ve vodě. Velmi rychle pohlcuje kyslík a přechází přes zelenou barvu až do hněda. Tento barevný pochod je způsoben oxidací hydroxidu železnatého na hydrát oxidu železitého. Hydroxid železantý se připravuje srážením železnatých iontů ionty hydroxidovými.

• Sulfid železnatý FeS je v čistém stavu červenavě hnědá práškovitá látka, pokud se připravuje zahříváním železa se sírou, nebo černá práškovitá látka, pokud se připravuje srážením roztoků železnatých solí roztokem alkalického sulfidu. Sulfid železnatý je nerozpustný ve vodě a v přírodě se vyskytuje jako nerost pyrhotin.

• Disulfid železnatý FeS₂ je masazně žlutá krystalická látka s kovovým leskem, která se nerozpouští ve vodě. V přírodě se vyskytuje jako nerost pyrit a markazit. Laboratorně jej lze připravit zahříváním práškového železa v nadbytku síry.

• Fluorid železnatý FeF₂ je bílá, ve vodě dobře rozpustná krystalická látka. V roztoku je schopen tvořit komplexní sloučeniny (viz níže) fluoroželeznatany. Fluorid železnatý připravuje se rozpouštěním železa v kyselině fluorovodíkové.

• Chlorid železnatý FeCl₂ je v bezvodém stavu světle žlutá krystalická látka, v hydratované formě má modrozelenou barvu. Je dobře rozpustný ve vodě, ale velmi lehce se oxiduje na chlorid železitý a to i vzdušným kyslíkem. V roztoku dokáže vytvářet komplexní sloučeniny (viz níže) chloroželeznatany. Chlorid železnatý se připravuje převáděním par chlorovodíku přes rozžhavené železné piliny.

• Bromid železnatý FeBr₂ je v bezvodém stavu žlutozelená látka, v hydratované podobě to je zelená krystalická látka, dobře rozpustná ve vodě. Připravuje se převáděním par bromu přes rozžhavené železnaé piliny.

• Jodid železnatý FeI₂ je v bezvodém stavu šedá krystalická látka, v čistém hydratovaném stavu zelená krystalická látka, dobře rozpustná ve vodě. Připravuje se syntézou z prvků, tedy jodu a železa.

• Rhodanid železnatý neboli thiokyanatan železnatý Fe(SCN)₂ je zelená krystalické látka, dobře rozpustná ve vodě. V roztoku je schopen tvořit komplexní sloučeniny (viz níže) rhodanoželeznatany. Na vzduchu se snadno oxiduje na rhodanid železitý. Rhodanid železnatý se připravuje rozpouštěním železa v kyselině rhodanovodíkové.

• Dusičnan železnatý Fe(NO₃)₂ je v hydratované formě zelená krystalická látka, velmi dobře rozpustná ve vodě. Na vzduchu je stálý, ale za vyšší teploty se snadno oxiduje na dusičnan železitý. Dusičnan železnatý se připravuje rozpouštěním železa ve studené zředěné kyselině dusičné.

• Síran železnatý FeSO₄ je v bezvodém stavu bezbarvá práškovitá látka, v hydratované podobě je nejznámější jako FeSO₄· 7 H₂O, což je triviálně zelená skalice - zelená krystalická látka. Ve vodě je dobře rozpustná, na vzduchu se pomalu oxiduje a za vyšší teploty probíhá oxidace na síran železitý rychleji. Síran železnatý se připravuje rozpouštěním železa ve zředěné kyselině sírové a používá se k výrobě inkoustu, berlínské modři, v barvířství (barvení vlny na černo), ke konzervování dřeva, k ničení plevele a jako součást některých léků k zajištění dostatečného příjmu železa do organismu.

• Mohrova sůl (NH₄)₂Fe(SO₄)₂·6H₂O je triviální název pro hexahydrát síranu amonnoželeznatého. Je to podvojná sloučenina síranu železnatého a síranu amonného, která je velmi dobře rozpustná ve vodě a využívá se v analytické chemii. Přpravuje se krystalizací směsného roztoku síranu železnatého a síranu amonného.

• Uhličitan železnatý FeCO₃ je bílá práškovitá látka, nerozpustná ve vodě, která se velmi rychle oxiduje na uhličitan železitý a oxid železitý, což se projeví změnou barvy z bílé na hnědou. Uhličitan železnatý se připravuje srážením roztoků železnatých solí roztokem alkalického uhličitanu.

• Kyanid železnatý nebyl doposud připraven, ale existují jeho komplexní sloučeniny (viz níže) kyanoželeznatany.

[editovat] Sloučeniny železité Fe³⁺

Železité lze získat oxidací železnatých solí. Ve vodě jsou rozpustné podobně jako soli železnaté. Pokud jejich roztoky neobsahují přebytečnou kyselinu, je roztok hnědožlutý až tmavohnědý. Toto zbarvení je příčinou hydrolýzy železitých solí na hydroxid železitý, popřípadě vznikem zásaditých solí. Pokud budeme chtít hydrolýze zabránit přidáním nadbytečné kyseliny, tak často získáme acidokomplexní sloučeniny. Takovéto roztoky mají potom narůžovělou nebo žlutou barvu, nejčastěji jsou však bezbarvé. Pro velmi čisté železité sloučeniny je nutno upravit pH roztoku téměř na 0, při vyšším pH (okolo 2 - 3) se v roztoku vytváří koloidní gely, což vede ke vzniku červenohnědé sraženiny. Působením redukčních činidel se velmi lehce ze solí železitých připraví soli železnaté.

Dusičnan železitý

Oxid železitý

Fosforečnan železitý

Chlorid železitý

Síran železitý

• Oxid železitý Fe₂O₃ je červenohnědý prášek, nerozpustný ve vodě. V přírodě se vyskytuje jako nerost hematit a v hydratované podobě jako nerost limonit. V laboratoři se připravuje žíháním hydroxidu železitého.^[14]

• Hydroxid železitý Fe(OH)₃ je červenohnědý prášek, nerozpustný ve vodě. V přírodě se vyskytuje jako nerost goethit a lepidokrokit. Čerstvě sražený hydroxid železitý je amfoterní a rozpouští se v kyselinách na železité soli i hydroxidech na železitany. Hydroxid železitý se připrvuje srážením roztoků železitých solí roztokem alkalického hydroxidu.

• Sulfid železitý Fe₂S₃ je černá práškovitá látka, nerozpustná ve vodě. V přírodě se vyskytuje jako součást nerostu bornitu. Sulfid železitý připravuje se srážením roztoků železitých solí roztokem alkalického sulfidu.

• Diželezitan železnatý neboli oxid železnato-železitý Fe₃O₄ je černý, ve vodě, hydroxidech a kyselinách nerozpustný, ferromagnatický prášek, který se v přírodě vyskytuje jako magnetit. Má z oxidů železa z praktického hlediska největší význam – je důležitou surovinou pro výrobu železa a slouží jako surovina pro výrobu pigmentů červené až hnědé barvy. V laboratoři jej lze připravit působením vodní páry na rozžhavený prášek železa.^[15][16]

• Ferity jsou pevné, nerozpustné, práškovité látky, nereagující s kyselinami ani hydroxidy. Mají obecný vzorec M₂^IFe₂O₄ a z hlediska systematického názvosloví je lze považovat za diželezitany. Za písmeno M v obecném vzorci lze dosadtit libovolný kov, pokud by se dosadil trojmocný, tak vznikne látka s tzv. antiferromagnetismem, který se nazývá ferimagnetismus. Ferity se používají na výrobu magnetických jader pro vysokofrekvenční transformátory. Ferity, které se označují jako hexagonální např. BaFe₁₂O₁₉, jsou také ferimagnetické a vyrábí se z nich permanentní magnety. Třetí z ferimagnetických sloučenin jsou granáty s obecným vzorcem M₃^IIIFe₃O₁₂. Nejznámější z nich je granát yttrium-železo používaný jako mikrovlnný filtr a v radarech.

• Fluorid železitý FeF₃ je v bezvodém stavu nazelenalá krystalická látka a v hydratované podobě je to bledě růžová až světle žlutá krystalická látka, špatně rozpustná ve vodě. V roztoku tvoří komplexní sloučeniny (viz níže) fluoroželezitany. Připravuje se rozpouštěním hydroxidu železitého v kyselině fluorovodíkové.

• Chlorid železitý FeCl₃ v bezvodém stavu černohnědá krystalická látka, v hydratované podobě je to žlutohnědá hygroskopická látka, která se působením vzdušné vlhkosti samovolně roztéká. V plynné fázi vytváří dimer Fe₂Cl₆. V roztoku tvoří komplexní sloučeniny sloučeniny (viz níže) chloroželezitany. Připravuje se působením chloru na rozžavené železné piliny. Chlorid železitý se používá v elektrotechnice při výrobě plošných spojů jako leptadlo, rozpouštějící nechráněnou vrstvu kovové mědi. Za jistých podmínek jsou kyselé roztoky chloridu železitého schopny rozpouštět i kovové zlato. Používá se také jako vločkovací přísada při čištění odpadních vod.

• Bromid železitý FeBr₃ je v bezvodém stavu hnědočervená krystalická látka a v hydratované podobě je tmavě zelená krystalická látka, dobře rozpustná ve vodě a svými vlastnostmi velmi podobná chloridu železitému. Připravuje se reakcí bromu s rozžhavenými železnými pilinami.

• Jodid železitý FeI₃ je látka, kterou nelze získat v čistém stavu, jelikož v roztoku dokáže existovat pouze v rovnováze s velkým množstvím jodidu železnatého. Při reakci železité soli s jodidovými aniony totiž dochází k oxidaci jodidu na jod a a redukci železitého kationu na železnatý.

• Chloristan železitý Fe(ClO₄)₃ je v hydratované podobě slabě narůžovělá, silně hygroskopická krystalická látka, velmi dobře rozpustná ve vodě. Chloristan železitý v roztoku hydrolyzuje přičemž často polymeruje. Chloristan železitý se připravuje odkouřením chloridu železitého s kyselinou chloristou.

• Dusičnan železitý Fe(NO₃)₃ je v hydratované podobě bezbarvá krystalická látka, velmi dobře rozpusná ve vodě. Ve vodě však hydrlyzuje za vzniku hnědého roztoku, čemuž lze zamezit přidáním nadbytečné kyseliny dusičné. Dusičnan železitý se připravuje rozpouštěním železa v 20 - 30 % kyselině dusičné.

• Síran železitý Fe₂(SO₄)₃ je v bezvodém stav bílý prášek a v podobě hydratované soli je to bílá krystalická látka, dobře rozpustná ve vodě. V přírodě se vyskytuje jako nerost coquimbit a quenstedtit. V roztoku vytváří snadno podvojné soli kamence, které jsou v čistém stavu bezbarvé a používají se jako mořidlo a v barvířství. Nejvýznamnější jsou kamenec železito-amonný a kamenec železito-draselný. Síran železitý se připravuje oxidací síranu železnatého nebo rozpouštění oxidu železitého v koncentrované kyselině sírové.

• Fosforečnan železitý FePO₄ je nažloutlá práškovitá látka, nerozpustná ve vodě. V roztocích snadno přechází v komlpexní sloučeniny (viz níže) fosfatoželezitany, které jsou rozpustné a mají bílou barvu. Fosforečnan železitý se připravuje srážřením roztoků železité soli roztokem alkalického fosforečnanu.

• Rhodanid železitý Fe(SCN)₃ je krvavě červená krystalická látka, dobře rozpustná ve vodě. Ve vodě snadno vytváří komplexní sloučeniny (viz níže) rhodanoželezitany. Rhodanid železitý se připravuje reakcí železité soli s rhodanidovými aniony a následným vytřepáním v etheru.

[editovat] Sloučeniny železičité Fe⁴⁺

Sloučeniny železičité nejsou pro železo vůbec typické a běžný člověk se s nimi nesetká. Železičité sloučeniny zastupují železičitany M₄^IFeO₄, které tvoří černý krystalický prášek. Získávají se redukcí železanů v prostředí koncentrovaného hydroxidu nebo například zahříváním směsi hydroxidu s hexahydroxoželezitanem v proudu kyslíku při teplotě 500 - 800°C.

[editovat] Sloučeniny železové Fe⁶⁺

Sloučeniny železové jsou zastoupeny železany FeO₄^2-. Mají červenou barvu, na vzduchu jsou relativně stálé, ale ve vodném roztoku v neutrálním a zejména kyselém prostředí se snadno rozpadají. Připravují se zahříváním železných pilin s dusičnanem nebo oxidací čerstvě sraženého hydroxidu železitého chlorem nebo bromem v prostředí hydroxidu. Po vychladnutí se vzniklá hmota rozpouští na jasně červenofialový roztok a s chloridem barnatým dává sraženinu železanu barnatého.

Železany jsou velmi silná oxidační činidla (ještě silnější než manganistany). Oxidují například amoniak již za studena přímo na dusík a samy se redukují na železitou sůl. V kyselém prostředí přechází železany za vývoje kyslíku na železitou sůl. V prostředí koncentrovaného hydroxidu přecházejí železany na železičitany za současného odštěpování kyslíku.

[editovat] Komplexní sloučeniny

	Tento článek používá staré názvosloví komplexů. Nové názvosloví bylo přeloženo v létě 2007. Změny se týkají zejména názvů anorganických ligandů.

[editovat] Oxidační stav III (d⁵)

Železité komplexy mohou být (na rozdíl od ruthenitých a osmitých) vysokospinové (častěji) i nízkospinové (s bipyridylen (bipy), fenanthrolinem (phen) a kyanidovými aniony). Většina komplexů má oktaedrické uspořádání, ale mohou se objevovat i jiná.

Komplexy Fe^III nejsou příliš stabilní a mají tendenci se redukovat. Trojmocné železo tvoří řadu jednoduchých kationtů a ty tvoří soli s anionty, které nemají např. jako jodidy redukční schopnosti. Soli se dají získat z roztoků v podobě krystalických světle růžových nebo světle fialových hydrátů s hexaaquaželezitým kationtem [Fe(H₂O)₆]³⁺. Je rovněž přítomen v kamencích [M^I(H₂O)₆][Fe(H₂O)₆](SO₄)₂, které se používají v barvířství jako mořidla. Nejlevnější solí je síran železitý Fe₂(SO₄)₃•n H₂O, který se vyskytuje jako 3, 6, 7, 9, 10 a 12-hydrát. Nejčastější je nonahydrát, který se používá jako kolagulační činidlo při úpravě pitné vody a čištění městských a průmyslových odpadních vod.

Pokud při krystalizaci z roztoků nedodržíme nízké pH, dochází ke hydrolýze za vzniku žlutých produktů, které znečišťují vylučující se sůl. Ke hydrolýze dochází také při rozpouštění železitých solí a žlutá barva roztoku se následně mění na hnědou. Tyto roztoky jsou poměrně kyselé. Při vyšším pH se vylučuje červenohnědá sraženina hydratovaného oxidu železitého Fe₂O₃•n H₂O.

Fe^III dává přednost kyslíkatým ligandům před dusíkatými. Amonné komplexy nejsou stabilní a ve vodném roztoku disociují. Mnohem stálejší jsou chelátotvorné komplexy (ligand s více donorovými elektrony) jako jsou například bipyridyl (bipy) a fenanthrolin (phen) (nízkospinové). Tyto sloučeniny však nejsou tak stabilní jako jsou analogické sloučeniny železnaté. Např. tmavé červený [Fe(phen)₃]²⁺ je ve vodném roztoku velice stálý, zatímco tmavě modrý [Fe(phen)₃]³⁺ se hydrolyzuje za vzniku polymerních hydroxo-částic a roztok mění barvu na khaki.

S fenoly nebo enoly dává Fe^III intenzivní zbarvení, což slouží jako důkaz těchto sloučenin. Přidáním kyseliny fosforečné do žlutého roztoku FeCl₃ vznikají bezbarvé komplexy [Fe(PO₄)₃]^6- a [Fe(HPO₄)₃]^3-. Dalšími komplexy s kyslíkatými donory jsou zelené oxalatoželezitany [Fe(C₂O₄)₃]^3- a tmavě červený [Fe(acac)₃]. Oxalatoželezitany jsou sice stálé vůči disociaci, ale jsou fotosensitivní a rozkládají se na Fe(C₂O₄)₂ a CO₂.

Známé jsou i komplexy s ligandy obsahující kyslíkové i dusíkové donorové atomy, např. EDTA a Schiffovy báze. V [Fe(H₂O)(edta)]^- je koordinační číslo 7 (pentagonální bipyramida) a v [FeCl(salen)] koordinační číslo 5 (čtvercová pyramida).

Stálost halogenidových komplexů klesá od fluoru k bromu (komplexy jodu neexistují). Nejstálejší jsou fluoroželezitany, nejčastěji [Fe(H₂O)F₅]^2-, ale existují i komplexní sloučeniny typu [FeF₆]^3-, a [FeF₄]^-. Chloroželezitany se častěji vyskytují v tetraedrickém uspořádání [FeCl₄]^- a méně častý je [FeCl₅]^2-. Bromoželezitany [FeBr₄]^- jsou tepelně nestálé vlivem redoxních procesů (Fe^II a Br₂).

Charakteristické krvavě červené zbarvení dávají železité soli po přidání SCN^-. Způsobují ho vznikající thiokyanatoželezitany (rhodanoželezitany) [Fe(SCN)₆]^3-, [Fe(SCN)₄]^-, Fe(SCN)₃ a převládající [Fe(H₂O)₅(SCN)]²⁺.

Nejznámější nízkospinové komplexy jsou kyanoželezitany [Fe(CN)₆]^3-. Patří sem např. červená krevní sůl (hexakyanoželezitan draselný, ferrikyanid draselný) K₃[Fe(CN)₆], který se získává oxidací [Fe(CN)₆]^4- např. chlorem. Kyanidové ligandy jsou však vázány natolik slabě, že jsou hexakyanoželezitany toxické. Má také nízké oxidační účinky. Se solemi Fe⁺² poskytují modrou sraženinu, nazývanou Turnbullova modř. Tato reakce je jedním z