IJzer

Bedankt voor je info
Wat voor cijfer had jij?
Mail me...

kus Annemarie

ik vind het helemaalmooi

Het Stofportret
IJzer















Justin Wiegmink
3h2
Scheikunde
Dhr. Schippers

Algemene, Chemische en Fysische informatie

Algemeen
Naam IJzer/Ferrum
Symbool Fe
atoomnummer 26
Groep Platinagroep
Periode Periode 4
Blok D-Blok
Reeks Overgangsmetalen
Kleur Grijs

Chemische eigenschappen
Atoommassa 55,845 u ± 0,002 u
Elektronenconfiguratie [Ar] 3d64s2
Oxidatietoestanden +2, +3
Elektronegativiteit (Pauling) 1,83
Atoomstraal (Picometer) 124,1
1e ionisatiepotentiaal (kJ·mol?1) 762,47
2e ionisatiepotentiaal (kJ·mol?1) 1561,90
3e ionisatiepotentiaal (kJ·mol?1) 2957,49

Fysische eigenschappen
Dichtheid (kg·m?3) 7860
Hardheid (Mohs) 4,0
Smeltpunt (Kelvin) 1811 (1.537,850°C)
Kookpunt (Kelvin) 3023 (2749,850°C)
Aggregatietoestand Vast
Smeltwarmte (kJ·mol?1) 13,80
Verdampingswarmte (kJ·mol?1) 349,60
Kristalstructuur Kubisch ruimtelijk gecentreerd ( bij Kamertemp.)
Molair volume (m3·mol?1) 7,09·10-6
Geluidssnelheid (m·s?1) 4910
Specifieke warmte (J·kg?1·K?1) 440
Elektrische weerstand (??·cm) 9,71
Warmtegeleiding (W·m?1·K?1) 80,2

Andere eigenschappen
Geur Metaalgeur
Smaak IJzer smaak
Structuurformule Fe
Waar lost het in op Perchloorzuur, (waterstofperchloraat), HCIO4
Waar lost het niet in op In Lucht
Waar reageert het mee Met water en lucht en dan krijg je IJzeroxide (FeO)


IJzer in natuurkunde

Toepassingen van de magnetische eigenschappen van ijzer
Van de magnetische eigenschappen van ijzer wordt dikwijls gebruik gemaakt om de magnetische werking in spoelen te versterken. Omdat door het aanbrengen van een open weekijzeren kern in een spoel de veldsterkte in de luchtspleet vele malen groter wordt bij constant gehouden aantal ampèrewindingen. Het circuit van een elektrische machine bestaat uit weekijzer en wordt gemagnetiseerd door de stroomvoerende windingen die om de polen liggen Bij de draaispoelampèremeter draait het spoeltje om een weekijzeren kern. Bij deze meter zou bij afwezigheid van die kern het veld veel zwakker zijn en de meter dus veel minder gevoelig. Om een sterk veld te verkrijgen bestaat ook de rotor van een elektrische machine uit weekijzer. Het aanbrengen van een weekijzeren kern in een spoel vergroot ook in sterke mate de zelfinductie van die spoel. Bij dezelfde afmetingen en hetzelfde aantal windingen is de flux (betekent in de natuurkunde stroomdichtheid) in een spoel met ijzerkern ?r -maal zo groot als in een spoel zonder ijzerkern. Dientengevolge is ook de coëfficiënt van zelfinductie ?r-maal zo groot. Hierbij valt op te merken, dat de zelfinductie van een ijzerhoudende spoel geen constante waarde heeft, maar afhankelijk is van de stroom die door de spoel gaat, aangezien ?r niet constant is.

Ferrimagnetisme
Een bepaalde klasse van samengestelde oxyden van het type MO(Fe2O3), waarin M een tweewaardig metaal is, vertoont ook ferromagnetische eigenschappen. De kristalstructuur van deze stoffen is dezelfde als die van spinel, een mineraal met de chemische formule MgAl2O4. Een voorbeeld van een dergelijk magnetisch oxyde is magnetiet Fe3O4 of juister geschreven FeIIO(FeIII 2 O3). Waar het hier kristallen betreft met deels 3-waardige Fe-ionen, sreekt men van ferrieten; het magnetisch gedrag noemt men ferrimagnetisme. De metaalionen in een spinelstructuur nemen steeds posities in, die door zuurstofionen zijn gescheiden. De zuurstofionen vormen een kubische dichtste bolstapeling, de metaalionen huizen deels in de octaëdrische posities (6 omringing), deels in in de tetraëdrische posities (4 omringing). Door de wisselwerking zijn de spins van de octaëdrische metaalionen juist tegengesteld gericht aan die van de tetraëdrische metaalionen; men noemt dit antiferromagnetisme. Doordat het echter bij de ferrieten om ionen met verschillend magnetisch moment gaat en bovendien het aantal octaëdrische ionen tweemaal zo groot is als het aantal tetraëdrische, blijft er toch een nettobijdrage voor de magbetisatie over. Ferrimagnetische materialen vertonen een soortgelijke hysteriskromme als de ferromagnetische; de verzadigingswaarde ligt echter belangrijk lager, doordat op de bovengenoemde wijze de spinmomenten elkaar gedeeltelijk compenseren. Er bestaan zachte ferrieten en harde ferrieten. Tot de zachte ferrieten behoren de materialen, die de naam ferroxcube hebben gekregen. Deze bestaan uit kristallen waarin naast het ferri-ion, als tweewaardige ion Zn en Mn (of Ni) optreden. Tot de harde ferrieten behoort ferroxdure. Dit is een hexaferriet van de samenstelling MO(Fe3O3)6. Het metaalion M kan hierin Ba, Sr of Pb zijn; het lood hexaferriet wordt niet toegepast wegens de hogere prijs en de milieu-onvriedelijk eigenschappen. Ferrieten worden gemaakt door de oxyden in poedervorm te mengen, samen te persen en bij een temp. van ca. 1300°C
In een oven te sinteren. De kristalgrootte van dit keramisch product is van de orde van 1 ?m. Ferroxdure heeft een zeer hoge coërcitie en een redelijk remanentie. Een van de voordelen is, dat men er magneten van ongewone vorm mee kan maken, Bijvoorbeeld platte schijven, die van conventioneel materiaal gemaakt zichzelf vrijwel geheel zouden demagnetiseren, of dwars gemagnetiseerde staven met een aantal noord- en zuidpolen naast elkaar. Een ander voordeel is de lage prijs. Men gebruikt slechts goedkope oxyden i.p.v. dure metalen an Ni en Co, die in de magneetstaallegeringen worden gebruikt. Tenslotte is de hoge soortlijke weerstand een voordeel; de wervelstroomverliezen blijven daardoor relatief gering. De genoemde ferroxcube-stoffen worden gekenmerkt door een hoge beginpermeabiliteit. De verliezen door hysterese zijn gering, doordat het materiaal magnetisch zacht is. Ook hier zijn de wervelstroomverliezen klein door de hoge soortlijke weerstand.

De zachte ferrieten worden gebruikt in TV- en FM- Ontvangers (hoogfrequenttransformator) en als geheugenkernen in computers. Ook worden ze toegepast in elektromechanische omvormers als trillingsopnemers e.d. De harde ferrieten worden o.a. toegepast in luidsprekers, casetterecordes, ruitenwisser- en speelgoedmotoren, als hechtmagneten en kastdeursluitingen
In de tabel hieronder heb ik enige gegevens van magnetische materiaalen verzameld

IJzer in Biologie
Komt voor in lever, (donker) groene groenten (o.a. spinazie), volkorenproducten, vlees, gevogelte, vis, mosselen en appelstroop

In ons lichaam is in totaal ongeveer vier gram ijzer aanwezig. Tweederde hiervan is nodig voor het hemoglobine in de rode bloedcellen dat het zuurstof transporteert. Ook is het een onderdeel van enzymen die zorgen voor de vrijmaking van energie. Zorgt voor een gezonde huidkleur. Bij gebrek zal de zuurstofopname en energiehuishouding minder goed verlopen. Dit gaat ten koste van het prestatievermogen. Het is dus voor sporters belangrijk om voldoende ijzer binnen te krijgen. Hier moet wel de nodige aandacht aan worden besteed. Vooral omdat slechts 10% van het ijzer in het voedsel uiteindelijk door het lichaam wordt opgenomen. In de dagelijkse voeding zit ongeveer 15 mg ijzer. Dat betekend dat er per dag 1 mg ijzer wordt opgenomen. Dit is maar net voldoende. Verschijnselen die op een ijzer tekort kunnen wijzen zijn: zware benen, snellere vermoeidheid, duizeligheid, slecht slapen. De opname van ijzer wordt zeer sterk gereduceerd door de cafeïne in koffie en thee. Daarentegen beïnvloedt Vitamine C de opname zeer gunstig.

Aanbevolen hoeveel per dag: 15 mg. Slecht ± 10% van het ijzer wat opgenomen wordt geresorbeerd.

Tekort: komt veel voor bij sporters. Kan op de lange duur tot bloedarmoede (anemie) leiden. Een verlaging van het hemoglobinegehalte van het bloed, waardoor de weefsels niet meer ruimschoots van zuurstof worden voorzien en er sneller melkzuurvorming in de spieren plaatsvindt. Vooral duursporters hebben extra ijzer nodig. Voor de opname van ijzer zijn vitamine C, foliumzuur, vitamine B12, koper en/of vitamine A nodig. Vooral vitamine C bevordert de opname van ijzer uit de voeding. Koffie en thee remmen de opname.

Te veel: wordt in de lever en in de milt opgeslagen, terwijl ook het rode beenmerg en darmslijmvlies een geringe hoeveelheid ijzer vasthouden. Het is normaal dat het lichaam een ijzerreserve heeft van ongeveer vier gram. Meer is schadelijk voor het lichaam.



















IJzer in Geschiedenis
De geboorte van gietijzer: 1300 - 1400
De fundamentele doorbraak in de ijzerwinning kwam met de ontwikkeling van de z.g. Stückofen in de Harz, de voorloper van de huidige hoogoven.
Daarmee kon gietijzer worden geproduceerd.
De Stückofen werd aanvankelijk nog met hand- of voetbediende blaasbalgen gevoed, in de tweede helft van de 14e eeuw door waterkracht. Het resultaat was in het begin nog dezelfde sponsachtige massa. Maar met de groter wordende ovens en de sterkere blaasbalgen steeg echter de oventemperatuur geleidelijk tot ver boven het smeltpunt van volledig met koolstof verzadigd 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 achterbleef. Het'pig iron', ruwijzer of piekijzer was geboren.
Sommige onderzoekers schrijven de naam pig iron toe aan de wijze waarop het vloeibare ijzer werd uitgegoten in bedden: als biggen, via kanalen verbonden met een zeug. Anderen wijzen erop dat het verkregen ruwijzer weliswaar minder slakken bevatte dan de vroegere spons, maar dat het na het uitbranden van de koolstof in haarden toch nog dikwijls te veel verontreinigingen bevatte om het te kunnen uitsmeden: een zwijnetroep.

De entree en de eerste knelpunten: 1400 - 1700
Pig iron produktie begon rond 1400 in zowel Duitsland en Italie, rond 1500 in Frankrijk en Engeland. De eerste vermelding van de kunst van het ijzergieten stamt uit het einde van de 14e eeuw, toen Merckeln Gast tegenover de stad Frankfurt verklaarde het gieten van ijzer machtig te zijn. In de 15e en 16e eeuw bestond de overgrote meerderheid van de produktie van de Stückofen nog uit blokken, die na ontkoling bestemd waren voor smeedwerk. Slechts een klein percentage was bestemd voor direct gietwerk, aanvankelijk in leembedden, vanaf het eind van de 14e eeuw in mallen en bedden van zand.

In de beginperiode was het vooral de groeiende vraag naar geschut en kanonskogels - na de uitvinding van het buskruit - die de vraag naar gietijzer bepaalde. Daarna, in de tweede helft van de 15e eeuw, werd een grote stoot gegeven door de vraag naar haard- en kachelplaten, vuurbokken en ijzeren grafplaten. Duitse haard- en kachelplaten gaan terug tot 1490 (Elzas), de oudst bekende Engelse grafplaat stamt uit de periode rond 1550. Tenslotte nam in de tweede helft van de 17e eeuw de produktie van gietijzer sterk toe toen allerhande produkten als gietijzeren potten en pannen in zwang raakten.

Ondertusen was de methode om ijzer uit erts te winnen gedurende de driehonderd jaar die verstreken waren niet wezenlijk meer veranderd. De oudere methoden werden geleidelijk door de techniek van de Stückofen vervangen. De Stückofen had een doorbraak betekend, maar toch begon een aantal factoren de verdere ontwikkeling en invoering van gietijzer te beperken. In de eerste plaats werd dat veroorzaakt door de mechanische eigenschappen van houtskool. Door de brosheid van het materiaal was de hoogte van de Stückofen beperkt en daarmee zijn produktiecapaciteit. In de tweede plaats begon schaarste aan houtskool in toenemende mate problematisch te worden. Weliswaar had de invoering van de Stückofen geleid tot een verbetering van het omzettingsrendement van zowel ijzererts als houtskool, door het tweetraps procédé ter verkrijging van meedijzer en de toenemende vraag naar ijzer nam de behoefte aan houtskool sterk toe. In 1559, toen Elisabeth de Engelse troon besteeg, leidde dat ertoe dat de bevolking van Sussex van de regering verlangde dat de ijzermolens uit het koninkrijk zouden worden verbannen. De houtskoolprijzen waren in de periode daarvoor drastisch gestegen. Tenslotte werd het gebruik van waterkracht een beperkende factor omdat het maar gedurende een beperkt deel van het jaar ter beschikking stond. Al deze factoren leidden ertoe dat in de 16e en 17e eeuw de ijzerindustrie zich vooral verder kon ontwikkelen in Zweden, dat nog het minst door de beperkingen werd gekweld.

Nieuwe doorbraken: 1700 - 1800
In de 18e eeuw begon Engeland de leiding in de Europese ijzerindustrie over te nemen.

De eerste belangrijke ontwikkeling in die periode was de invoering van het gebruik van cokes in plaats van houtskool. In 1620 had de Engelsman Dudley al de eerste cokes geproduceerd, nadat hij gepoogd had om ijzererts met steenkool te reduceren en te smelten. Maar zijn uitvinding ging verloren. Pas in 1735 slaagde de Engelsman Darby er opnieuw in om cokes in grote hoeveelheden te maken. Vanaf dat moment kon men in hoogovens grotere hoeveelheden ruwijzer produceren. De eerste Engelse hoogoven kwam spoedig daarna in bedrijf, Frankrijk en Duitsland volgden in resp. 1785 en 1796.

De tweede belangrijke ontwikkeling in die periode was de bouw van ovens voor het hersmelten van ruwijzer. Tot het eind van de 17e eeuw was gietijzer nagenoeg steeds rechtstreeks uit de Stückofen gegoten. Vanaf dat moment kwamen echter verschillende oventypen tot ontwikkeling die het hersmelten van ruwijzer mogelijk maakten. Uiteindelijk leidde dat tot de koepeloven, zoals we die tegenwoordig nog kennen.
Omstreeks het jaar 1700 bouwde Wright een bijzondere oven, die Cupolo -oven werd genoemd. Deze oven werd aanvankelijk gestookt met steenkool en gebruikt voor het smelten van andere ertsen dan ijzer. Maar later werd cokes als brandstof gebruikt en diende de oven voor het hersmelten van ruwijzer en schroot. In 1794 kreeg de Engelsman Wilkinson het patent op een schachtoven voor het smelten van ruwijzer op basis van cokes. Dit oventype was een lage schachtoven, met een koepel overspannen. Hij werd Kuppelofen genoemd. Het is overigens niet duidelijk aan welke van beide oventypes de huidige koepeloven zijn naam dankt. Niet moet worden uitgesloten dat in latere tijd begripsverwarring is ontstaan over de verschillende ontwikkelingen in de oventypen in de 18e eeuw.

De glorietijd: 1800 - 1900
Met de komst van de koepeloven op basis van het patent van Wilkinson - een type waarmee tot op de dag van vandaag in gieterijen wordt gewerkt - werd aan het begin van de 19e eeuw de scheiding tussen het hoogovenbedrijf en de gieterijen definitief ingezet. Het had tot gevolg dat de ligging van gieterijen niet langer werd bepaald door geografische factoren als ertsvoorkomens en de aanwezigheid van stromend water. Door de technische doorbraken, samen met de entree van de stoommachine en de nieuwe mogelijkheden van transport werd de 19e eeuw de glorietijd voor het gietijzer. Gietijzer groeide uit tot het universele materiaal in de opko- mende industrie, voor bruggenbouw en in de architectuur. Tegen het einde van die eeuw tenslotte werd het op zijn juiste plaats gezet door de opkomst van staal.




IJzer in