IJzer

Hoofdvraag: Hoe belangrijk is het element ijzer voor de mens?

1. Wat is de geschiedenis van ijzer? 2. Informatie
a. Algemeen
b. Chemische
c. Fysische
3. Wat zijn de eigenschappen van ijzer? 4. Hoe komt het voor in het menselijke lichaam? 5. Conclusie
6. Logboek, Bron vermelding, Eigen mening & Motivatie

1. Wat is de geschiedenis van ijzer?

Rond 4000 voor Christus werd voor het eerst ijzer gevonden,dit was afkomstig uit de ruimte van meteoorstenen. Deze ontploffende sterren heten super nova’s. Doordat het ijzer helemaal zuiver was kon het makkelijk bewerkt worden.

Rond 1500 voor Christus ontdekten de Hittieten hoe ze aan ijzer moesten komen. Ze haalden het ijzer uit fijn gestampte ijzererts dit deden ze in bepaalde ovens. Dit waren laagovens die in de grond waren gegraven. Zo’n oven zie is te zien op het plaatje hiernaast. In zo’n laagoven werd vuur gemaakt. Het vuur werd opgestookt tot 1200 graden Celsius op deze temp. smelt het fijngestampte ijzererts. Het ijzer komt op de bodem te liggen en de afvalstoffen vloeien naar buiten.

Rond 800 voor Christus begint de ijzertijd in Europa. De Europeanen gingen ook ijzer smelten en het gebruiken om er wapens en andere gebruiksvoorwerpen van te maken. Rond deze tijd was pas de informatie en de techniek van de Hittieten over gekomen. IJzer vervangt aan het begin van de ijzertijd snel het brons. Dit komt doordat het ijzer veel lichter en makkelijker te bewerken is. De punten van wapens waren bijvoorbeeld veel scherper. IJzer is veel sterker en de grondstoffen zijn in tegenstelling tot brons wel lokaal aanwezig. In Nederland werd bijvoorbeeld veel moerasijzererts gebruikt. Moerasijzererts wordt gevormd in beekdalen en moerassen. Op de Veluwe was ook veel ijzer aanwezig, in de vorm van ijzerertsknollen ook wel klapperstenen genoemd. In de prehistorie was er meer dan genoeg om ijzer van te kunnen maken, maar het was niet echt van heel goede kwaliteit. In Europa waren de kelten zeer goede ijzersmeden.

Rond 700 voor Christus begon in Nederland de ijzertijd. Deze tijd is zo genoemd omdat de mensen in ons land toen al ijzer konden maken. IJzererts zat in een bepaalde zandsoort: ijzeroer. Dat was een brok vast zand, waaruit de erts werd gehaald. Dit deed men door het te verhitten in vuur en door er op te slaan met een hamer. Op een gegeven moment, na lang timmeren en na verschillende keren verhitten, kregen de mensen een klein beetje ijzererts uit zo\'n brok zand.

Rond 400 voor Christus maakten de Chinezen gietijzer door ijzererts te smelten en dit in vormen te gieten.

Tot het begin van de dertiende eeuw bleef de manier waarop ijzer uit erts werd gewonnen zoals dit in de drieduizend jaar daarvoor was geweest. Haarden of kleine laagovens werden van boven gevuld met een mengsel van houtskool en ijzererts. Vanonder werden ze aangeblazen met lucht uit de blaasbalgen. Dit proces leverde een ijzeren spons, die uiteindelijk kon worden gesmeed tot blokijzer. Maar in de 13 eeuw kwam daar verandering in met de eigenlijk herontdekte manier van de chinezen. In 1311 werd in de Harz (Duitsland) een zo geheten Stückofen ontwikkeld, de voorloper van de hoogoven die we nu kennen. De Stückofen werd nog met hand- of voetbediende blaasbalgen gevoed.

In de tweede helft van de 14e eeuw werden de blaasbalgen door waterkracht bediend. Het resultaat was in het begin nog dezelfde sponsachtige massa. Maar met de groter wordende ovens en de sterkere wordende blaasbalgen steeg de oventemperatuur geleidelijk tot ver boven het smeltpunt van ijzer (1150 graden). De oven hoefde niet meer stilgelegd te worden om de spons uit de oven te halen. Vloeibaar ijzer kon vanonder afgetapt worden, waarbij de slak (dat zij de resten van het ijzererts) achterbleef. Het pig iron, ruwijzer of piekijzer was geboren.

Sommige onderzoekers gaven het ijzer de naam pig iron door de manier waarop het vloeibare ijzer werd uitgegoten in bedden: als biggen, via kanalen verbonden met een zeug. Anderen zeggen dat het verkregen ruwijzer minder slakken bevatte dan de vroegere spons, maar dat het na het uitbranden van de koolstof in haarden toch nog steeds te veel verontreinigingen bevatte om het te kunnen uitsmeden: een zwijnen troep. Door deze verbeterde techniek steeg niet alleen de kwaliteit, maar er konden nu ook veel producten worden gemaakt. Vanaf de 15de eeuw werden er haardplaten, kookpotten, kannonen, kogels, enz. gegoten.

In de 18e eeuw begon, met de opkomst van de industriële revolutie, Engeland de leiding in de Europese ijzerindustrie over te nemen.

In 1938 werd roestvrij staal uitgevonden. Roestvrij staal bestaat uit ijzer, koolstof, chroom en nikkel. Dit staal roest bijna niet.

2. Informatie

a. Algemeen

Naam IJzer, ferrum
Symbool Fe
Atoomnummer 26
Groep platinagroep
Periode periode 4
Blok D blok
Reeks overgangsmetalen
Uiterlijk (pure vorm) zilverglanzend of grijs van kleur en vrij zacht. Smeltpunt 1536 °C
Kookpunt 2750 °C

b. Chemische eigenschappen

Atoommassa (u) 55,845
Elektronenconfiguratie [Ar]3d6 4s2

Oxidatietoestanden +2, +3

Elektronegativiteit (Pauling) 1,83
Atoomstraal (pm) 126
1ste Ionisatiepotentiaal (kJ×mol-1) 762,47
2de Ionisatiepotentiaal 1561,90
3de Ionisatiepotentiaal 2957,49

c. Fysische eigenschappen

Dichtheid (kg•m-3) 7860
Hardheid (Mohs) 4,0
Smeltpunt (K) 1808
Aggregatietoestand
Vast

Smeltwarmte (kJ•mol-1) 13,80
Verdampingswarmte (kJ•mol-1) 349,60
Vanderwaalsstraal (pm)

Kristalstructuur
k.r.g. (bij kamertemp.)

Molair volume (m3•mol-1) 7,09
Dampdruk (Pa)

Geluidssnelheid (m•s-1) 4910
Specifieke warmte (J•kg-1•K-1) 440
Elektrische weerstand (μΩcm) 9,71
Warmtegeleiding (W•m-1•K-1) 80,2

3. Wat zijn de eigenschappen van ijzer?

In zijn pure vorm is ijzer een zilver glanzend metaal. Het is een goede geleider van warmte en elektriciteit. Dat betekent dat warmte en elektriciteit er makkelijk doorheen stromen. Deze eigenschap die voor veel metalen geldt, is een gevolg van de manier waarop heel veel atomen gerangschikt zijn. De metaalatomen zijn gerangschikt in regelmatige patronen. Zo’n soort patroon heet een metaalkristal. Een metaalbinding, een aantrekkingskracht, houdt de atomen bij elkaar in een metaalkristal. De buitenste elektronen die om het kristal zweven, worden door elke atoom afgegeven. Omdat de positief geladen protonen binnen het atoom en de negatief geladen elektronen niet meer gelijk in aantal zijn, hebben ijzeratomen de positieve lading. De structuur wordt door de aantrekkingskracht tussen positieve en negatieve ladingen bij elkaar gehouden. Bewegingsvrijheid
Door de grote bewegingsvrijheid van de elektronen heeft elk metaal zijn eigen eigenschap. Doordat de elektronen in de metaalstructuur zich snel kunnen voortbewegen geleid elektriciteit goed. Warmte kan zich snel verspreiden door het hele metaal, hierdoor geeft de warmte meer energie aan de elektronen. Door de manier hoe het licht valt op een stuk metaal, glanzen de metalen. Dit komt door de losse elektronen aan de oppervlakte van de kristalstructuur. Het licht komt tegen de oppervlakte van een metaal en wordt in verschillende richtingen teruggekaatst. Sterke bindingen. De bindingen in metalen zijn sterk, hierdoor worden de atomen goed bij elkaar gehouden. Bij 1535°C wordt ijzer vloeibaar, dan wordt de structuur van ijzeratomen veranderd. Bij een temperatuur van 2750°C verdampt het. Doordat verschillende atoomlagen langs elkaar schuiven is zuiver ijzer ook heel zacht. Roest
Een eigenschap van ijzer is dat het op den duur kan gaan roesten. Dit gebeurt als het lang in de buitenlucht is. Door regen en natheid versnelt het proces. Het roest proces is een chemische reactie. Er is een reactie tussen de moleculen waar zuurstof zitten en het ijzer. Roest vorming vindt het beste plaatse op een ruw oppervlak. Hierdoor blijft water beter op het ijzer “zitten”. Het roesten is te voorkomen door een coating op het ijzer te doen. Dat is een soort verf.

4. Hoe komt het voor in het menselijke lichaam?

Mensen hebben metalen nodig om te gezond te kunnen blijven leven. Zonder ijzer zou niemand in leven blijven, daardoor is dit het belangrijkste metaal. 70% van al het ijzer in ons lichaam zit in de rode bloed lichaampjes. Het advies van artsen is dat mensen per dag 14 mg ijzer binnen krijgen. IJzer heeft een functie bij het aanmaken van bloed. Dat bloed zorgt weer voor transport van zuurstof. Het grootste deel van het ijzer in ons lichaam maakt hemoglobine aan. Hemoglobine is een proteïne die in rode bloed lichaampjes zit. In een hemoglobine molecuul zitten 4 ijzeratomen. Als het bloed door de longen stroomt, maakt zuurstof een verbinding aan met het ijzer in de hemoglobine waardoor de kleur van het bloed lichter wordt. Zuurstof gaat door het hele lichaam naar de plekken waar ijzer nodig is. Hemoglobine is een heel nuttige molecule. Hemoglobine veranderd als het van zuurstofrijke naar zuurstofarme plaatsen in het lichaam gaat. Hemoglobine heeft verschillende uiterlijke eigenschappen. Deze kunnen per dier verschillen. Deze verschillen komen door de manier hoe hemoglobine werkt. Als je te weinig ijzer in je lichaam binnen krijgt kan je ziek worden. Omdat er dan een te laag ijzergehalte is in het lichaam, hierdoor krijg je bloedarmoede. Doordat baby’s veel van het ijzer in het lichaam van een vrouw gebruiken, kan een zwangere vrouw last krijgen van bloed armoede. Bloedarmoede is er in verschillende vormen. Er zijn lichte en ernstige gevallen. Bij lichte bloedarmoede kan het ijzerpijl gewoon hoger worden gemaakt door meer dingen te eten die (veel) ijzer bevatten. In ernstige gevallen moet je ijzerpillen in nemen.