1 Anwendungen
2 Geschichte

3 Vorkommen
4 Abbau
5 Verbindungen
6 Isotope
7 Biologie
8 Vorsichtsmaßnahmen
9 Siehe auch

Sehr selten kann Eisen auch gediegen auftreten. Das Mineral kristallisiert dann in dem kubischen Kristallsystem, hat eine Härte von 4,5 und eine stahlgraue bis schwarze Farbe. Auch die Strichfarbe ist grau.

Wegen der Reaktion mit Wasser und Sauerstoff ist gediegenes Eisen nicht stabil. Es tritt daher in Legierung mit Nickel ca. in Eisenmeteoriten auf sowie in Basalten, in denen es ab und zu zu einer Reduktion von eisenhaltigen Mineralen kommt.

Eisen ist mit 95 Gewichtsprozent das global meistgebrauchte Metall. Der Grund dafür liegt in seiner weiten Verfügbarkeit, die es preiswert macht, sowie der Festigkeit und Zähigkeit von Eisenlegierungen, die es in vielen Bereichen nützlich macht. Viel Eisen wird bei der Herstellung von Autos, Schiffen und in dem Hochhausbau (Stahlbeton) eingesetzt.

Eisen ist eines der drei ferromagnetischen Metalle (Kobalt und Nickel sind die anderen) und erlaubt damit den großtechnischen Einsatz des Elektomagnetismus in Generatoren, Transformatoren und Elektromotoren.

Reines Eisenpulver wird ca. in der Chemie benutzt. Industriell sind verschiedene Stähle verbreitet. Eisen wird in den folgenden Formen genutzt:

• Roheisen enthält 4-5 Prozent Kohlenstoff sowie unterschiedliche Anteile an Schwefel, Phosphor und Silizium. Es ist ein Zwischenprodukt in der Herstellung von Gusseisen und Stahl.
• Gusseisen enthält 2-4,5 Prozent Kohlenstoff und weitere Legierungselemente wie beispielsweise Silizium und Mangan. In Abhängigkeit von der Abkühlgeschwindigkeit liegt der Kohlenstoff in dem Gusseisen als Karbid oder elementar als Graphit vor. In Anlehnung an das Aussehen der Bruchflächen spricht man in dem ersten Fall von weißem und in dem zweiten Fall von grauem Gusseisen. Gusseisen ist sehr hart und spröde. Es lässt sich gewöhnlich nicht plastisch verformen.
• Stahl enthält zwischen 0 Prozent und 2,5 Prozent Kohlenstoff. In dem Gegensatz zu Gußeisen ist er plastisch umformbar. Durch Legieren sowie eine geeignete Kombination von thermischer Behandlung und plastischer Unformung können die mechanischen Merkmalen des Stahls in weiten Grenzen variiert werden.

Der älteste menschliche Gebrauch von Eisen stammt aus Sumer und Ägypten, etwa 4 Tausend v. Chr. Es handelte sich um gediegenes Eisen von Meteoriten, und wurde zur Dekoration oder als Speerspitze benutzt. Es wurde nicht durch Schmelzen oder Schmieden, sondern durch Methoden der Steinbearbeitung (Steinzeit) bearbeitet.

Zwischen 3 Tausend und 2 Tausend v. Chr. findet man verhüttetes Eisen (vom Meteoriteisen durch die Abwesenheit von Nickel unterscheidbar) in Mesopotamien, Anatolien und Ägypten. Es scheint ca. zeremoniell genutzt worden zu sein, und war wertvoller als Gold. Eine mögliche Herkunft ist als Nebenprodukt bei der Bronzeherstellung als Schwammeisen.

Zwischen 1600 und 1200 v. Chr. wurde Eisen verstärkt genutzt; es löste Bronze allerdings noch nicht ab. Seit 1200 fand dann in dem Nahen Osten der Übergang von der Bronzezeit zur Eisenzeit statt. Es wird vermutet, dass nicht die Materialüberlegenheit des Eisens, sondern ein Mangel an Zinn (zur Bronzeherstellung notwendig) den Übergang auslöste.

Bei dem ersten eisenzeitlichen Verhüttungsschritt entstand Schwammeisen. Durch den Gebrauch von Holzkohle bei der Weiterverarbeitung wurde dem Eisen Kohlenstoff zugefügt, mit dem Endresultat eines (immerhin oberflächlichen) Stahls. Durch Härten (das heißt abruptes Abkühlen, in dem allgemeinen in einer Flüssigkeit) entstanden Werkstücke mit einer Elastizität und Härte, die der Bronze überlegen war.

Auch in China wurden die ersten Erfahrungen mit Eisen an Meteoriteisen gewonnen. Erste archäologische Spuren von Schmiedeeisen finden sich in dem Nordwesten, nahe Xinjiang, aus dem 8. vorchristlichen Jahrhundert. Man vermutet, dass diese Produkte, die mit den Methoden des Nahen Ostens erstellt wurden, durch Handel nach China gelangt sind.

Etwa 550 v. Chr, in der späteren Zhou-Dynastie (1122 bis 256 v. Chr), fand mit der Entwicklung des Hochofens ein entscheidender technischer Durchbruch statt: die Produktion von Gusseisen wurde möglich.

Da europäische Verarbeitungstechniken ca. Temperaturen von knapp 1.300 °C erreichten, fand die Entwicklung von Gusseisen erst in dem 14. Jahrhundert in Schweden (Lapphyttan und Vinarhyttan ) statt. Mit der Kanonenkugel verbreitete sich die Gusseisenverarbeitung schnell über ganz Europa.

Als die schwindenden Wälder den wachsenden Holzkohlebedarf zur Eisengewinnung in Großbritannien nicht mehr decken konnten, wurde Kohle (genauer das Kohleprodukt Koks) von Abraham Darby als Alternative entwickelt. Diese Umstellung, zusammen mit der Erfindung der Dampfmaschine, gilt als Beginn der industriellen Revolution.

Eisen ist zusammen mit Nickel vermutlich der Hauptbestandteil des Erdkerns. Das Wechselspiel von festem Eisen in dem inneren und flüssigem Eisen in dem äußeren Kern erzeugt vermutlich das Erdmagnetfeld. Mit einem Anteil von 5 Prozent ist Eisen aber auch eines der häufigeren Elemente der Erdkruste. Die ersten Quellen die ausgebeutet wurden, sind Raseneisenerz und offenliegende Erze. Heute wird vor allem 40%iges Magneteisenerz genutzt.

Das wichtigste Mineral zur Eisengewinnung ist Hämatit, welches größtenteils aus Fe₂O₃ besteht. Das Eisen wird durch chemische Reduktion mit Kohlenstoff in dem Hochofen gewonnen; dabei treten Temperaturen von etwa 2 Tausend °C auf. Zuerst wird Koks dem Hochofen zugegeben, wo es mit dem in der Luft enthaltenen Sauerstoff zu Kohlenmonoxid reagiert:

2 C + O₂ → 2 CO

Das Kohlenmonoxid reagiert mit dem Eisenoxid:

3 CO + Fe₂O₃ → 2Fe + 3CO₂

Aufgrund der hohen Reaktionstemperatur ist das entstehende Eisen flüssig. Allerdings enthält es noch Verunreinigungen in Form von Siliziumdioxid. Durch Zugabe von Kalk (CaCO₃) wird das Siliziumdioxid als Schlacke abgesondert. Ein erster Reaktionsschritt wandelt den Kalk in Kalziummonoxid um:

CaCO₃ → CaO + CO₂

Daraufhin reagiert das Kalziummonoxid mit dem Siliziumdioxid:

CaO + SiO₂ → CaSiO₃

Die entstehende Schlacke wird in dem Tiefbau, früher auch als Dünger, eingesetzt.

Weltweit wurden in dem Jahre 2 Tausend etwa 1 Tausend Megatonnen Eisenerz abgebaut, mit einem Wert von etwa 25 Mrd. Euro. Die bedeutendsten Eisenerzlieferanten sind China, Brasilien, Australien, Russland und Indien. Zusammen liefern sie etwa 70 Prozent des Weltbedarfs. Aus den 1 Tausend Mt Erz wurden etwa 572 Mt Eisen gewonnen. Zusätzlich wird aus Schrott noch neues Eisen gewonnen.

Eisenerz wird in dem Tagebau und Tiefbau (Untertagebau ) gewonnen. Dort, wo die als abbauwürdig erkannten Eisenerzlagerstätten offen zutage treten, kann das Erz in dem weniger aufwändigen Tagebau gewonnen werden. Heute wird Eisenerz hauptsächlich in Südamerika, bes. Brasilien, in dem Westen Australiens, in China, in Ost-Europa (beispielsweise Ukraine) und Kanada auf diese Weise abgebaut.

Diese Länder verdrängten in den letzten Jahren die ursprünglich bedeutendsten Eisenerz-Förderländer wie Frankreich, Schweden oder auch Deutschland selbst, dessen letzte Eisenerzgrube in der Oberpfalz 1987 geschlossen wurde.

Allerdings stellt der relativ leichte Abbau auch ein großes Problem dar: Der Export von Rohstoffen ist nach wie vor die Haupteinnahmequelle vieler ärmerer Staaten. Entsprechend hemmungslos stürzen sich viele der hochverschuldeten Tropenländer auf diese Ressourcen, meist auf Kosten von Mensch und Umwelt. Riesige Erz-Abbaugebiete wie die Ok Tedi-Mine in Papua-Neuguinea zerstören nicht ca. den Regenwald auf ihrem eigentlichen Gebiet, sondern in weitem Umkreis die ganze Landschaft. Denn hochgiftige Abwässer und Schlämme kippen die Minenbetreiber einfach in die Gegend, von wo sich das Gift durch die Flüsse verteilt - so dass stromabwärts am Ok Tedi der Fischverzehr für die traditionelle Bevölkerung zur Gesundheitsgefahr wurde.

Vom Bergwerk gelangt das Eisenerz selten unmittelbar zu den Lagerplätzen der Hütten. Meist müssen erst weite Transportwege auf dem Land und auf dem Meer mit mehrfachem Umladen überwunden werden.

Vor der weiteren Verarbeitung wird das Erz schließlich zerkleinert und gemahlen. Danach werden die Erzkörner nach ihrer Größe sortiert und gesintert. Das heißt, es werden kleine Körner ,,zusammengeklebt", denn ca. so ist die Verwendung in dem Hochofen möglich.

Eisen bildet zweiwertige und dreiwertige Oxide. Da diese keine feste Schutzschicht bilden, oxidiert (das heißt verrostet) ein der Atmosphäre ausgesetzter Eisenkörper vollständig.

Häufige Eisenoxidationsstufen und -verbindungen:

• Fe²⁺,
• Fe³⁺,
• Fe⁴⁺, kommt in einigen Enzymen vor (beispielsweise Peroxidase ).
• Fe⁶⁺, ist selten (beispielsweise K₂FeO₄)
• Fe₃C

Die Fe²⁺ beziehungsweise Fe³⁺ Ionen können als lösliches beziehungsweise unlösliches Berliner- /Turnbulsblau mithilfe von Kaliumhexacyanoferrat(II/III) (bei 2+ III benutzen und bei 3+ II benutzen) nachgewiesen werden.

Eisen hat vier natürlich vorkommende, stabile Isotope, mit den relativen Häufigkeiten: ⁵⁴Fe (5,8 %), ⁵⁶Fe (91,7 %), ⁵⁷Fe (2,2 %) and ⁵⁸Fe (0,3 %). Das Isotop ⁶⁰Fe hat eine Halbwertszeit von 1,5 Millionen Jahren. Die Existenz von ⁶⁰Fe zu Begin der Entstehung des Planetensystems konnte durch den Nachweis einer Korrelation zwischen den Häufigkeiten von ⁶⁰Ni, dem Zerfallsprodukt von ⁶⁰Fe, und den Häufigkeiten der stabilen Fe-Isotope in einigen Phasen mancher Meteoriten (beispielsweise in den Meteoriten Semarkona und Chervony Kut) nachgewiesen werden. Möglicherweise spielte die freigesetzte Energie beim radioaktiven Zerfall von ⁶⁰Fe, neben der Zerfallsenergie des ebenfalls vorhandene radioaktivem ²⁶Al, eine Rolle beim Aufschmelzen und der Differenzierung der Asteroiden direkt nach ihrer Bildung vor etwa 4,6 Milliarden Jahren. Heute ist alles ursprünglich vorhandene ⁶⁰Fe vollständig in ⁶⁰Ni zerfallen. Die Verteilung von Nickel- und Eisenisotopen in Meteoriten erlaubt es, die Isotopen- und Elementehäufigkeit bei der Bildung des Sonnensystems zu messen, und die vor und während der Bildung des Sonnensystems vorherrschenden Bedingungen zu erschließen.

Nur das Eisenisotop ⁵⁷Fe besitzt einen Kernspin, und findet deshalb Anwendung in der Chemie und Biochemie.

Eisen ist ein essentielles Spurenelement für fast alle Lebewesen. Als Zentralatom in dem Hämoglobin und Myoglobin ist es in vielen Tieren, für Sauerstofftransport und -speicherung verantwortlich. In diesen Proteinen ist es von einem planaren Porphyrinring umgeben. Weiter ist Eisen Bestandteil von Eisen-Schwefel-Komplexen (Iron-Sulphur-Cluster) in vielen Enzyme, beispielsweise Nitrogenasen und Hydrogenasen . Als dritte wichtige Klasse der Eisenenzyme sind die sog. Nicht-Häm-Eisenenzyme zu bezeichnen, beispielsweise die Methan-Monooxygenase, Ribonukleotid-Reduktase und das Hämerythrin. Diese Proteinen nehmen in verschiedensten Organismen Aufgaben der Sauerstoffaktivierung, Sauerstofftransport , Redoxreaktionen und Hydrolysen wahr.

Infizierende Bakterien nutzen häufig Eisen, so dass ein Abwehrmechanismus des Körpers das 'Verbergen' von Eisen ist.

Obwohl Eisen ein wichtiges Spurenelement für den Menschen ist, kann zu viel Eisen in dem Körper giftig sein. Zu große Mengen an Fe²⁺-Ionen reagieren mit Peroxiden, wobei freie Radikale entstehen. In dem Normalzustand werden letztere durch körpereigene Prozesse kontrolliert.

Etwa 1 Gramm Eisen verursacht bei einem zweijährigen Kind ernste Vergiftungserscheinungen, 3 Gramm können tödlich sein. Langandauernde Überversorgung mit Eisen führt zu Hämochromatose (Eisenspeicherkrankheit). Das Eisen reichert sich in der Leber an, und führt dort zu Siderose (Ablagerung von Eisensalzen) und Organschäden. Daher sind Eisenpräparate ca. bei Eisenmangel zu empfehlen.

• Eisen-Stoffwechsel
• Rost (Korrosion)