Vas

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
26 mangánvaskobalt
-

Fe

Ru
Általános
Név, vegyjel, rendszám vas, Fe, 26
Elemi sorozat átmenetifémek
Csoport, periódus, mező 8, 4, d
Megjelenés csillogó fémes
szürkés árnyalattal
Iron electrolytic and 1cm3 cube.jpg
Atomtömeg 55,845(2)  g/mol
Elektronszerkezet [Ar] 3d6 4s²
Elektronok héjanként 2, 8, 14, 2
Fizikai tulajdonságok
Halmazállapot szilárd
Sűrűség (szobahőm.) 7,874 g/cm³
Sűrűség (folyadék) az o.p.-on 6,98 g/cm³
Olvadáspont 1811 K
(1538 °C, 2800 °F)
Forráspont 3134 K
(2861 °C, 5182 °F)
Olvadáshő\Delta_{fus}{H}^\ominus 13,81 kJ/mol
Párolgáshő \Delta_{vap}{H}^\ominus 340 kJ/mol
Moláris hőkapacitás (25 °C) 25,10 J/(mol·K)
Gőznyomás
P/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
T/K 1728 1890 2091 2346 2679 3132
Atomi tulajdonságok
Kristályszerkezet köbös tércentrált
Oxidációs szám 2, 3, 4, 6
(amfoter oxid)
Elektronegativitás 1,83 (Pauling-skála)
Ionizációs energia 1.: 762,5 kJ/mol
2.: 1561,9 kJ/mol
3.: 2957 kJ/mol
Atomsugár 140 pm
Atomsugár (számított) 156 pm
Kovalens sugár 125 pm
Egyebek
Mágnesség ferromágneses
Fajlagos ellenállás (20 °C) 96,1 nΩ·m
Hőmérséklet-vezetési tényező (300 K) 80,4 W/(m·K)
Hőtágulási együttható (25 °C) 11,8 µm/(m·K)
Hangsebesség (vékony rúd) (szobahőm.) (electrolitikus)
5120 m/s
Young-modulus 211 GPa
Nyírási modulus 82 GPa
Kompressziós modulus 170 GPa
Poisson-tényező 0,29
Mohs-keménység 4,0
Vickers-keménység 608 MPa
Brinell-keménység 490 HB
CAS-szám 7439-89-6
Fontosabb izotópok
Fő cikk: A vas izotópjai
Izotóp t.e. felezési idő B.m. B.e. (MeV) B.t.
54Fe 5,8% >3,1E22 év kettős elektronbefogás  ? 54Cr
55Fe mest. 2,73 év elektronbefogás 0,231 55Mn
56Fe 91,72% Fe stabil 30 neutronnal
57Fe 2,2% Fe stabil 31 neutronnal
58Fe 0,28% Fe stabil 32 neutronnal
59Fe mest. 44,503 d β 1,565 59Co
60Fe mest. 1,5E6 y β- 3,978 60Co
Hivatkozások

A vas fémes tulajdonságú kémiai elem, rendszáma a periódusos rendszerben 26, atomtömege 55,845 g/mol. A vegyjele Fe, ami a latin ferrum szóból ered, nyelvújításkori neve vasany[1]. Elemi állapotban szürkésfehér, szívós, jól alakítható fém. A földkéreg 4,8% vasat tartalmaz különböző vegyületek alakjában, elemi vas a természetben nem található (eltekintve a meteoritvastól). Az elemek közül ennél több csak oxigénből, szilíciumból és alumíniumból van. A vas ipari fontosságú elem. Érceiből redukálással állítják elő. Először a nyersvasgyártási eljárással nyersvasat, öntészeti célra öntöttvasat, az acélgyártás műveleteivel acélt állítanak elő.

Tulajdonságai[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Reakciói[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Elemekkel:
    • Oxigénnel: \mathrm{4 \ Fe + 3 \ O_2 \rightarrow 2 \ Fe_2O_3}
    • Halogénekkel (Cl, Br, I) is Fe3+ ionná oxidálódva pl. FeCl3 vagy FeBr3 halogenideket alkot, jóddal +2-ig oxidálódik (az FeI3 instabil, mg-os mennyiségben előállítható fekete anyag).
    • Kénnel (S) csak Fe2+(ferro-) ionná oxidálódik mert a kén nem annyira oxidatív.
  • Vízzel nem reagál, ha az oxigénmentes, desztillált víz, de ha a vízben van oldott oxigén, akkor rozsda (FeO(OH) vagy Fe(OH)3·Fe2O3) keletkezik.
  • Savakkal:
    • A híg szervetlen savak (HCl, HNO3…) mind reagálnak vele, kénsavval és sósavval csak +2-ig oxidálódik, de így nem stabil, lassan (hetek, hónapok alatt) alakul át Fe3+ (ferri-) vegyületekké.
    • A tömény szervetlen savak passziválják, védőréteg alakul ki a felszínén, ami megakadályozza a további reakciót (a HCl csak vízmentesen passziválja), ezért a tömény savakat vastartályban lehet szállítani.
    • A híg szerves savak (CH3COOH, C3H4(OH)(COOH)3...) lassan, de oldják. Közben hidrogén gáz fejlődik.
  • Lúgokkal nem reagál, nem amfoter fém.
  • A pozitívabb standard elektródpotenciálú fémeket redukálni tudja, sóikban a helyüket átveszi.

A vas levegőn csak magas hőmérsékleten (1250 K) oxidálódik. Ekkor vas(II)-vas(III)-oxid, Fe3O4 keletkezik. A száraz klórgáz és a cseppfolyós klór közönséges körülmények között a vasat nem támadja meg, ezért hozható a klór vaspalackokban forgalomba. Viszont víznyomok jelenlétében a vas már szobahőmérsékleten is reagál a klórral. A jód 100 °C-on reagál a vassal. Ekkor a vas vas(II)-jodiddá (FeI2) oxidálódik. Hevítés hatására kénnel és foszforral is reakcióba lép, nitrogénnel azonban magas hőmérsékleten sem reagál.

Kémiai tulajdonságai[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A Fe2+ ion-vegyületek zöld színűek, az aniontól függően, de ezek a sók nem stabilak, levegőn átalakulnak sárga színű Fe3+ vegyületekké. A kettős szulfátok stabilabbak – például a Mohr-só, ennek képlete Fe(NH4)2(SO4)2 –, de levegőn lassan ezek is oxidálódnak. A vas(III)-oxalát ellenben fény hatására vas(II)-oxaláttá alakul (Fe2(C2O4)3 → 2 Fe(COO)2+2 CO2).

A Fe2+ iont tartalmazó vas(II)-vegyületek redukáló tulajdonságúak (legerősebben lúgos közegben), könnyen oxidálódnak stabilabb vas(III)-vegyületekké. Bár a vas oxidációs száma vegyületeiben leggyakrabban +2 vagy +3, egyes vegyületeiben (a ferrátokban) a vas oxidációs száma +6 is lehet.

Reakcióképessége miatt kísérő elemeitől nehezen, hosszadalmas laboratóriumi műveletekkel is csak részben sikerül megtisztítani. A színvasnak minősíthető fém is csak mintegy 99,998% Fe-t tartalmaz; ezt főleg kísérleti célokra használják. Ipari célra – amennyiben tiszta vasra van szükség – nem ennyire tiszta, hanem gazdaságosabban előállítható vasfajtákat használnak, például az elektrolitvasat, vagy a túloxidálással készült Armco-vasat.

Fizikai tulajdonságai[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Kockarácsok típusai.
Felületen középpontos a γ-vas, térben középpontos az α- és az α(δ)-vas

A vas 1538 °C-on olvad. Az olvadt vas hűlés közben ugyanezen a hőmérsékleten szabályos rendszerbeli, térben középpontos kockarácsú (vagy tércentrált) kristályokká dermed; a kockarács élei 0,293 nm hosszúak. További hűlés során a kristályszerkezet megváltozik az A4 = 1394 °C hőmérsékleten: felületen középpontos (lapcentrált) rácsúak lesznek, a rácselem élei 0,368 nm-re változnak. Miközben az acél tovább hűl, A3 = 912 °C hőmérsékleten a kristályok ismét térben középpontos kockarácsúak lesznek, a rácselem mérete 0,290 nm. Ezután több átalakulásra már nem kerül sor; szobahőmérsékleten a vas szintén tércentrált kockarácsú, csupán az élei rövidülnek meg 0,286 nm-re a zsugorodás miatt.

A vasnak tehát három kristályos módosulata van: 1538 és 1394 °C között a δ-vas, 1394 és 912 °C között a γ-vas, 912 °C-nál kisebb hőmérsékleten pedig az α-vas állandó. Látható, hogy az α(δ)- és az α-vas azonos rácsszerkezetű, csupán a rácselemük méretében különböznek egymástól, ami pedig a hőtágulással magyarázható (ebből adódik jelzésük egyezősége is). Régebben megkülönböztették a β-vasat is, de ez csak a mágnesezhetőség határát (770 °C) jelölte, nem külön módosulat. Fontos megjegyezni, hogy a vas módosulatainak a sűrűsége (fajtérfogata) különböző. Ennek az az oka, hogy az α-vas kockarácsában a vasatomok nem olyan szorosan helyezkednek el, mint a γ-vaséban.

A vas legfontosabb ötvözete az acél, ami ötvözőként szenet és más ötvözőelemeket tartalmaz. Az ötvözők, de a szándék nélkül vasba került többi elem hatására is, az acél keményebbé, szilárdabbá – bizonyos határon túl pedig akár rideggé is – válik.

A vas az elektromosságot és a hőt közepesen vezeti, és mágnesezhető. A vason kívül csak két másik fémes elem, a kobalt és a nikkel mágnesezhető.

A vas gőznyomása[2]

állapot T p
K °C atm Pa
alfa 298,15 25 1,65E-65 1,672E-60
300 27 4,65E-65 4,712E-60
400 127 5,65E-47 5,725E-42
500 227 3,96E-36 4,012E-31
600 327 6,61E-29 6,698E-24
700 427 9,32E-24 9,443E-19
800 527 6,62E-20 6,708E-15
900 627 6,40E-17 6,485E-12
1000 727 1,52E-14 1,540E-09
1100 827 1,29E-12 1,307E-07
alfa 1185 912 3,06E-11 3,101E-06
gamma 1185 912 3,06E-11 3,101E-06
1200 927 5,10E-11 5,168E-06
1220 947 1,00E-10 1,013E-05
1296 1023 1,00E-09 1,013E-04
1300 1027 1,12E-09 1,135E-04
1382 1109 1,00E-08 1,013E-03
1400 1127 1,58E-08 1,601E-03
1480 1207 1,00E-07 1,013E-02
1500 1227 1,55E-07 0,016
1593 1320 1,00E-06 0,101
1600 1327 1,13E-06 0,114
gamma 1667 1394 3,75E-06 0,380
delta 1667 1394 3,75E-06 0,380
1700 1427 6,51E-06 0,660
1726 1453 1,00E-05 1,013
1800 1527 3,05E-05 3,090
delta 1811 1538 3,58E-05 3,627
folyadék 1811 1538 3,58E-05 3,627
1888 1615 1,00E-04 10,13
2000 1727 3,78E-04 38,30
2091 1818 1,00E-03 101,32
2200 1927 2,87E-03 290,80
2346 2073 1,00E-02 1013,25
2400 2127 1,53E-02 1550,27
2600 2327 6,17E-02 6251,75
2678 2405 1,00E-01 10132,50
2800 2527 2,01E-01 20366,32
3000 2727 5,53E-01 56032,72
3110 2837 1,00E+00 101325,00
folyadék 3200 2927 1,33E+00 134559,60

Az adatok az elemi állapotú vasra vonatkoznak. Ipari célokra szénacélt, illetve öntöttvasat gyártanak, amelyeknek alacsonyabb az olvadáspontja (az oldatok fagyáspotcsökkenésének törvénye szerint). A ledeburit például 4,3%-os összetételű eutektikuma a vasnak és a szénnek (azaz: 66% vaskarbidnak) 1147 °C-os olvadásponttal. Ezen a hőmérsékleten az elemi vas még szilárd halmazállapotú.

Spektrumvonalának hullámhossza 617,3 nm.[3]

Előállítása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Története[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A vasat valószínűleg az ókori Anatóliában vagy a Kaukázusban kezdték el felhasználni az i. e. II. évezredben, meteoritból származó vas felhasználásával. A sumer nyelvben már megjelenik a vasat jelentő szó AN.BAR formában. Jellemző módon az összetétel eleje (AN) az égre utal, a BAR pedig egy sok jelentésű szó. A szó szerinti fordítása valószínűleg „égi fém”. A legrégebbi vasszerszámot a a Kheopsz-piramisnál folytatott ásatásoknál találták. Annak, hogy fennmaradt, a sivatagi száraz klíma lehet a magyarázata. Arról nincs pontos tudásunk, hogy mikor és hogyan nyerték ki a vasat először vasércből. A felfedezést feltehetően egy tűzbe került vasérc darabon kialakuló változás megfigyelése indította el. Az első „kohók” széljárta helyeken kapart kis gödrök voltak, amiben faszénnel kevert vasércet izzítottak. A vasérc redukálódott, azaz oxigéntartalma eltávozott, visszamaradt a vas, amiről a salakot kovácsolással el lehetett távolítani, az acélszerű terméket pedig fel lehetett használni.

Előfordulása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A nehézelemek közül a természetben a vas a legelterjedtebb. A csillagok energiatermelési folyamatai során ugyanis, mind a könnyű atomok egyesülésekor, mind pedig a nehéz atomok szétbomlásakor, a vas végtermékként, „hulladékként” jelenik meg. Ezért a vas gyakori mind a meteoritokban, mind pedig a Föld-típusú bolygók magjában.[4]

A vas a talajban különböző ásványok kristályrácsában, így a csillámokban, augitban, olivinben és biotitban található. Az adszorpciós komplexuson is megkötődhet Fe2+-, Fe3+-, vagy Fe(OH)2+-, Fe(OH)2+-ion formában. A talaj oldható Fe-tartalma általában kicsi, a pH csökkenésével növekszik, és csak erősen savanyú talajokban, pl. podzolokban jelentős mennyiségű. A Fe mozgékonysága a savanyú talajokban jó. Ennek következtében a feltalaj oldható Fe-tartalma a mélyebb rétegekbe mosódik, ott kicsapódik. A kelátok a vasat megvédik a kicsapástól, a vaskelátok oldatban maradnak. A Fe mozgékonyságát a talajban nagymértékben befolyásolják az oxidációs, redukciós viszonyok. A Fe3+-ionok csak pH = 3 alatt stabilak, e fölött kicsapódnak, míg a Fe2+-ionok csak a semleges pont közelében csapódnak ki vas-hidroxid formájában. Az oxidáció a redox potenciál növekedésével fokozódik, és ennek következtében a Fe kicsapódása is nagyobb mérvű. A redox potenciál függ a pH-értéktől, növekvő pH-értékkel csökken, ezért a Fe oldhatósága annál kisebb, minél nagyobb a talaj pH-értéke. Mésztartalmú talajokon a növények Fe-ellátása ennek következtében veszélyeztetett. A Fe2+ ↔ Fe3+ átalakulás természetesen a talaj szellőzöttségétől is függ. A pangó víz elősegíti a redukciót. A kétértékű vas aránya a mélyebb talajrétegekben egyre nagyobb.

Élettani szerepe[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Növények[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A növények számára elsősorban azért fontos, mert a fotoszintézis kulcsvegyületének, a klorofill bioszintézisében alapvető szerepet játszik, de a klorofillnak nem alkotója.

A vas egyébként nemcsak a klorofill bioszintéziséhez szükséges, de komponense nagyon sok fontos növényi enzim-rendszernek: a citokróm-oxidáz például az elektron-transzportért felelős. Vas a fő komponense a ferredoxinnak, amely a nitrátok és a szulfátok redukciójában játszik szerepet. Részt vesz a vas a NADP képződésében, tehát az energia-láncban, továbbá az elemi nitrogén kémiai megkötését végző nitrogenáz molekula - a molibdénen kívül - fő komponensként vas-atomokat tartalmaz.

A fontosabb vas-tartalmú enzimek (egy kivételével mind az oxido-reduktázok csoportjába tartoznak, ezen belül is döntő többségük a molekuláris oxigén, illetőleg hidrogén-peroxid átalakulásával kapcsolatban végzi tevékenységét): glutamát-szintetáz, ferredoxin-nitrát-reduktáz, szulfit-reduktáz (NADPH), citokróm-peroxidáz, kataláz, peroxidáz, lipoxigenázok, hidrogenáz.

A növényi levelek vas-tartalma 10–1000 mg/kg nagyságrendben szokott mozogni: a legtöbb növénynél a kritikus alsó határt 50 mg/kg értékkel lehet megjelölni. A növények nagyobb foszfor-tartalma csökkenti a vas felvehetőségét: a P:Fe arány általában a 29:1 értékkel fejezhető ki. A növények vasellátása szempontjából a kioldható Fe(II)-formát tartják lényegesnek, de praktikusan a vas-ellátottság megbízható indikátora a klorofill mennyisége. A talajban lévő vas(III) forma a gyökereken keresztül történő vas-felvételnél általában vas(II)-formává alakul át és rendszerint komplexképző segítségével kerül a növények belsejébe. Az ion-felvételnél igen erős versengés folyik: a réz, a mangán és a cink - nagyobb mennyiségben - a vasfelvételt gátolják.

Közismert a növények életében a mészklorózisnak nevezett tünet, amikor a talajban levő nagyobb kalcium-karbonát-tartalom következtében kialakuló magasabb pH-érték miatt a vas felvétele gátolt, illetőleg a növényben levő vas nem tud részt venni a klorofill bioszintézisében. A fiatal levelek érközei világosodnak, sárgulnak, míg az erek zöldek maradnak. Egyszikűeknél jellegzetes hosszanti levélcsíkozottság jelentkezik. Súlyos hiány esetén a levelek szinte teljesen kifehérednek és a levelek erezete sem különül el a levéllemez többi részének színétől. A vas hiányának következtében csökkent hajtásnövekedés, levél- és hajtáselhalás, valamint a szőlőnél bogyólerúgás alakulhat ki, mely jelentős termésveszteséghez vezethet. A vashiányra a gyümölcsösök és a szőlő ültetvények különösen érzékenyek. A vas feleslege átlagos körülmények között gyakorlatilag ismeretlen.

Állatok[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A vasat az állati élet is „felfedezte” magának, és a vér előállítására használta. A vas az oxigénnel való affinitás miatt alkalmas a hemoglobin létrehozására. A vas szilárdsági előnyeit azonban az életfolyamatok nem hasznosítják.[5]

Jegyzetek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. Szõkefalvi-Nagy Zoltán; Szabadváry Ferenc: A magyar kémiai szaknyelv kialakulása. A kémia története Magyarországon. Akadémiai Kiadó, 1972. (Hozzáférés: 2010. december 3.)
  2. Desai, P. D.: Thermodinamic Properties of Iron and Silicon. nist.gov, 2008. (Hozzáférés: 2012. június 8.)
  3. Astronomy magazin melléklete: Opening a New Window on the Sun, 2013
  4. Ducrocq 1979 96. oldal
  5. Ducrocq 1979 96. oldal

Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • ALLOWAY B. J. (1995): Heavy metals in soils, Blackie Academic and Professinal, London
  • FILEP GY. (1987):Talajtani alapismeretek I. Általános talajtan - DATE Mg. Kar jegyzet, Debrecen
  • FILEP GY. (1988): Talajkémia - Akadémia Kiadó, Bp.
  • szerk.: Geleji Sándor: Vaskohászati enciklopédia VI. – Nyersvasgyártás. Budapest: Akadémiai Kiadó (1955) 
  • HARGITAI L. (1998): Talajtan és Agrokémia II. Jegyzet. Kertészeti és Élelmiszeripari Egyetem, Bp.
  • szerk.: Horst Czichos: Hütte – A mérnöki tudományok kézikönyve. Budapest: Springer Verlag. ISBN 963-7775-50 (1993) 
  • KÁDÁR I. (1992): A növénytáplálás alapelvei és módszerei. Akaprint, Bp.
  • KÁDÁR I. (1998): Talaj és környezet szennyeződése. GATE Mezőgazdasági Főiskolai Kar, Gyöngyös
  • KOVÁCS M. (1998): Talajjelző növények. Természetbúvár, 53. évf. 6. sz.
  • LOCH J. – NOSTICZIUS Á. (2004): Agrokémia és növényvédelmi kémia, Mezőgazda Kiadó, Bp.
  • MENGEL K. (1976): A növények táplálkozása és anyagcseréje. Mezőgazdasági Kiadó, Bp.
  • PAIS I. (1999): A mikroelemek jelentősége az életben. Mezőgazda Kiadó, Bp.
  • PATÓCS I. (szerk.) (1989): A növények táplálkozási zavarai és betegségei. Agroinform, Bp.
  • SIMON L. – SZILÁGYI M. (szerk.) (2003): Mikroelemek a táplálékláncban. Bessenyei György Kiadó, Nyíregyháza
  • STEFANOVITS P. – Filep Gy. – Füleky Gy. (1999): Talajtan. Mezőgazda, Bp.
  • SZABÓ S. A. – REGIUSNÉ M. Á. – GYŐRI D. – SZENTMIHÁLYI S. (1987): Mikroelemek a mezőgazdaságban I. (Esszenciális mikroelemek). Mezőgazdasági Kiadó, Bp.
  • Verő József. Fémtan. Budapest: Tankönyvkiadó (1969) 
  • Ducrocq 1979: Albert Ducrocq. Az ember regénye. Budapest: Kossuth. ISBN 963 09 1300 3 (1979) 

További információk[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Commons
A Wikimédia Commons tartalmaz Vas témájú médiaállományokat.
  • Agrokémia jegyzet [1]
  • Fémionok [2]

Kapcsolódó szócikkek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]