vas / Fe
(ferrum, nagyolvasztó, vaskohászat, nyersvas, fehér nyersvas, szürke nyersvas, kovácsvas, torokgáz, vas(II)-vegyületek, ferro-vegyületek, vas(III)-vegyületek, ferri-vegyületek)

Név: ferrum - latin

Felfedezés:
Ősidók óta ismerik a természetes vasat, amely földi vagy meteoritos eredetű.
A vaskohászatot valószínüleg a kisázsiai hettita nép találta fel.
Először faszenet és kézi fujtatókat alkalmaztak; később fejlődtek ki a nagyolvasztók (lásd lentebb) és a kőszén használata.

Rendszám: a periódusos rendszer 26. eleme.
(Atomszerkezetileg a legstabilabb elem, fúzióval vasig épülhetnek fel elemek energiabefektetés nélkül.)

Relatív atomtömeg: 55,87

Elektronkonfiguráció: [Ar](3d)6(4s)2

Izotópok:
A természetben négy izotóp keverke.
Tíz további izotópja ismert.

Előfordulás:
A Föld magjának nagy hányada vas.
A leggyakoribb nehézfém.
Elemi állapotban is előfordul.
Legnagyobb mennyiségben oxidos, szulfidos és karbonátos vasércek fordulnak elő. Fontos a hematit, más néven vörös vasérc (Fe₂O₃), a magnetit (Fe₃O₄), goethit (tűvasérc) (FeOOH) és ennek földes változata a limonit.
A legfontosabb szulfid a pirit (FeS₂) és a vele azonos összetételű markazit.
Karbonátos érc a sziderit (FeCO₃).
Igen elterjedt az olivin [(Mg,Fe)₂SiO₄].
Rengeteg ásványa létezik.
Majdnem minden ásvány tartalmaz valamennyi vasat.
A legalább 25% vastartalmú érceket hasznosítják, de sokkal kedvezőbb a 40-65 % vastartalmú ércek kohósítása.

Előállítás:
Vegyületeiből termikus bontással, elektrolízissel vagy redukcióval állítható elő.
Nagyüzemileg hatalmas kohókban (nagyolvasztó) (ábra), kokszosított szénnel magas hőmérsékleten oxidját fémmé redukálják (vaskohászat).
Először nyersvas keletkezik, aminek magas széntartalmát levegővel kiégetik. Ekkor kovácsvas keletkezik; ezt szükség esetén ötvözik a megfelelő anyagokkal.

Kétféle nyersvas létezik:
- a fehér nyersvas a szenet vegyület, vaskarbid (cementit) formájaban tartalmazza, ezér kemény, rideg törete fehér, csak acéllá finomítva használható
- a szürke nyersvas a nagyobb szilíciumtartalma miatt a szenet lemezes grafit zárványok formájában tartalmazza, ezert törete szürke, öntvények anyagaként felhasználható

Legjelentősebb szennyezései a szén, kén, szilicium, foszfor, és a mangán, ami azonban a szénnel együtt ötvöző anyagnak tekinthető.
A kohóba mészkövet is adagolnak salakképzőként.
Egy tonna nyersvas előállításához 800-1200 kg kokszot használnak. Melléktermékként 550-660 kg salak és 3700-4100 m³ torokgáz (főleg szén-monoxid és nitrogén keveréke) keletkezik.

Fizikai tulajdonságok:
Szürkésfehér színű, elég lágy fém.
Szilárdsága szén és más szennyezések hatására jelentősen nő.
Közönséges hőmérsékleten rácsa tércentrált köbös, magas hőmérsékleten köbös legszorosabb illeszkedésű, még tovább hevítve újból köbös tércentrált lesz.
Elektromos vezetőképessége és méginkább mágneses viselkedése igen érzékeny a szennyezésekre.
Sűrűsége 7,87 g/cm³
Olvadáspontja 1536°C
Minden vasfém ferromágneses.
A nagyon tiszta vasnak sokkal jobbak a mágnesezési tulajdonságai.
Generátorokhoz és transzformátorokhoz kis mágneses remanenciájú vasat használnak, hogy kisebb legyen az átmágnesezési veszteség.

Kémiai tulajdonságok:
A vascsoport első eleme.
Közepesen aktív fém.
Hidrogént elnyel, de vegyületet nem alkot vele.
Halogének - vízgőz jelenlétében megtámadják, de a száraz klórt lehet vas palackban tárolni.
Oxigén nedvesség távollétében csak felületén oxidálja, a képződött vékony oxidréteg megakadályozza a további oxidációt.
Magasabb hőmérsékleten az oxidáció gyorsul, nagyon magas hőmérsékleten oxigénben, sőt levegőn is elég (csillagszóró, lángvágás); nagyon finom eloszlásban levegőn magától izzásba jön a gyors oxidáció miatt (pirofóros).
Kénnel, szelénnel és tellural is egyesül.
Nitrogénnel magas hőmérsékleten sem reagál, de foszforral, arzénnel, vagy antimonnal is hevítve vegyületet alkot,
bizmuttal nem vegyül a szenet az olvadt vas oldja és vegyületet vagy ötvözetet alkot vele, sziliciummal és a bórral is.
Száraz sósav gáz csak 300°C-on kezd hatni rá. vizes sósav, hidrogén-bromid és hidrogén-jodid gyorsan oldja.
Híg kénsavban, valamint híg salétromsavban oldódik; tömény salétromsav passzívvá teszi.
A passzív vas savakban általában nem oldódik, csak a halogénhidridek támadják meg.
Víz, oxigén távollétében alig hat rá, oxigén jelenlétében a korrózió sokkal gyorsabb.
Kén-hidrogénnel vas(II)-szulfiddá alakul.
Száraz ammónia 4-500°C-on nitridet alkot vele.
Főleg ionvegyületeket alkot, de vannak kovalens kötésű atom- és molekulavegyületei is.
A vas(II)-ion vegyületei halványzöld színűek, könnyen oxidálódnak vas(III)-vegyületekké. Az utóbbiakban a vas kevésbé pozitív, könnyen hidrolizálódnak.
Két és három vegyértékű ion egymás mellett is előfordulhat, pl. a Fe₃Br₈-ban.
A vas(II)-vegyületek (ferro-vegyületek) - amelyekben a vas +2 oxidációs állapotban van jelen, és a vas(III)-vegyületek (ferri-vegyületek) - melyekben a vas +3 oxidációs állapotban van jelen könnyen átalakulhatnak egymássá oxidációval, illetve redukcióval.

Felhasználás:
A vas a legnagyobb tömegben és a legkülönfélébb célokra használt fém.
Legnagyobb mennyiségben építésre használják, betonacél, váz szerkezetek, vasgerendák, vasúti sinek gyártására.
Rengeteget használnak csövek és huzalok, illetve lemezek gyártására.
Öntöttvasat kevesebbet használnak (az összes termelés kb. 15%-a).

Biológia:
Az élőlényekben nélkülözhetetlen elem, a hemoglobin alkotórésze.
Életfontosságú, mivel biztosítja az oxigén és szén-dioxid szállítását, az elektrontranszportokat, a mioglobin szintézisét, részt vesz enzimek működésében valamint a szállító- és raktárfehérjék képződésében.
Az átlagos felnőtt szervezete 2,5-5 gramm vasat tartalmaz, legnagyobb részét a hemoglobinhoz kötve.
A vas legjobban állati eredetű élelmiszerekből szívódik fel, ez alapján a legjobb vasforrások a húsok, a máj és az egyéb belsőségek.

Felhasznált irodalom