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Eisen

[491] Eisen (Ferrum, chem. Zeichen Fe), wichtigstes und auf der Erde verbreitetstes Schwermetall, kommt gediegen nur in Meteoriten und manchen Basalten, sonst immer gebunden an Sauerstoff oder Schwefel in Mineralien, in vielen Quellen, im Meerwasser und im Pflanzen- und Tierkörper vor. Atomgewicht 55,47. Auf E. verarbeitet werden vornehmlich: Magneteisenstein, Roteisenstein, Eisenglanz, Toneisenstein, Brauneisenerz, Spateisenstein etc. Über die Darstellung s. Eisenerzeugung. Chemisch reines E., erhalten durch Reduktion von Eisenoxyd im Wasserstoffstrom, ist eine kristallinische silberweiße Masse vom Schmelzpunkt von etwa 1600⁰ und spez. Gewicht 7,9; ziemlich weich, hämmer- und schweißbar, wird vom Magneten angezogen; überzieht sich an feuchter Luft mit Rost. Von verdünnten Säuren wird E. leicht (zu Eisenoxydulsalzen) gelöst, schwierig dagegen von konzentrierten. Technisches E. ist nie rein, sondern enthält mindestens Kohlenstoff, daneben Mangan, Silizium, Chrom, Wolfram, Nickel, Schwefel und Phosphor. Man gewinnt meist zuerst kohlenstoffreiches Roh-E. (2,3-5 Proz. Kohlenstoff), hart und spröde, schmilzt leicht (bei 1050-1250⁰), aber ohne vorheriges Erweichen, daher nicht schmied- und schweißbar. Graues Roh-E. enthält dazu Silizium; bei langsamer Abkühlung scheidet sich der Kohlenstoff in Graphitblättchen aus, die Eisenmasse selbst ist daher kohlenstoffarm; es läßt sich feilen, hobeln, drehen, füllt die Formen gut aus und wird zu Gußwaren verwendet (Guß-E.). Ferrosilizium mit über 5 Proz. Silizium dient zur Herstellung von bes. dichten, blasenarmen Eisensorten. Weißes Roh-E. enthält Mangan; bei schneller Abkühlung bleibt der gesamte Kohlenstoff mit dem E. legiert und macht es äußerst hart und spröde. Es wird mit zunehmendem Mangangehalt bezeichnet als Weißkorn, Weißstrahl, Spiegel-E., Ferromangan und dient nur zur Fabrikation von schmiedbarem E. Forellen-E. oder halbiertes Roh-E. besteht teils aus grauem, teils aus weißem Roh-E. Schmiedbares E. mit 0,05-1,6 Proz. Kohlenstoff schmilzt schwer, geht aber vor dem Schmelzen in einen wachsähnlichen Zustand über, in dem es sich schmieden und schweißen läßt; bei 0,6-1,6 Proz. Kohlenstoff läßt es sich durch Erhitzen und rasches Abkühlen härten: Stahl. Man unterscheidet: 1) Schweiß-E., aus teigigem Zustand erstarrt, nicht homogen, enthält Schlacken; härtbar: Schweißstahl, nicht härtbar; Schweißschmiede-E.; 2) Fluß-E., aus geschmolzenem Zustand erstarrt, schlackenfrei; härtbar: Flußstahl, nicht härtbar: Flußschmiede-E.

Eisenverbindungen. Reines E. nimmt bis zu 5 Proz. Kohlenstoff auf unter Bildung von Eisenkarbiden. In fein verteiltem Zustande absorbiert es Kohlenoxyd und liefert eine dickliche, hellgelbe Flüssigkeit, Eisenkohlenoxyd, Eisenkarbonyl. Mit Sauerstoff verbindet sich das E. zweiwertig zu Eisenoxydul, die entsprechenden Salze (Eisenoxydulsalze, Ferrosalze) ähneln den Magnesiumsalzen und sind farblos oder grün; dreiwertig Eisenoxyd, die zugehörigen Salze (Eisenoxydsalze, Ferrisalze) gleichen den Aluminium- und Chromoxydsalzen, sind sehr beständig und braun oder gelb gefärbt. Eisenoxydul (Ferrooxyd), schwarzes, unbeständiges, selbstentzündliches Pulver; das Hydrat (Eisenhydrooxydul, Eisenoxydulhydrat, Ferrohydrat) fällt aus Oxydulsalzlösungen durch luftfreie Kalilauge als weißer Niederschlag, färbt sich an der Luft durch Sauerstoffaufnahme rasch grün, dann schwarzblau, dann rotbraun. Eisenchlorür (Einfach-Chlor-E., Ferrochlorür), weiße, schmelzbare, flüchtige Blättchen, mit Kristallwasser hellgrüne zerfließliche Prismen: Brom-E., dunkelbraune zerfließliche Masse, dient zur Darstellung von Bromnatrium und Bromkalium. Eisenjodür (s.d.). Eisenoxydulsulfat (s. Eisenvitriol); das Doppelsalz mit Ammoniumsulfat (Eisenoxydulammonsulfat, Ferroammonsulfat, Eisensalz, Mohrsches Salz) wird in der Maßanalyse verwendet; ein Gemisch von Eisen- und Kupfervitriol entsteht aus kupferhaltigen Kiesen (Doppelvitriol, Adlervitriol). Eisenoxydulphosphat (Ferrophosphat), natürlich mit 8 Mol. Wasser als Vivianit vorkommend, fällt weiß aus Ferrolösungen durch Natriumphosphat. Eisenoxydulkarbonat (Ferrokarbonat, kohlensaures Eisenoxydul), natürlich als Spateisenstein vorkommend, künstlich aus Ferrosalzen durch Sodalösung als weißes Pulver dargestellt, ist in kohlensaurem Wasser etwas löslich und findet sich daher in vielen Quellen, die dann an der Luft Eisenhydroxyd abscheiden. Eisenoxyduloxyd ist Magneteisenstein und Eisenhammerschlag. Eisenoxyd (Eisensesquioxyd, Ferrioxyd), in der Natur als Roteisenstein vorhanden, künstlich durch Glühen von Eisenvitriol oder Eisenhydroxyden als rotes, amorphes, unlösliches Pulver (Eisenrot, Englischrot, Eisensafran), gewonnen, dient als Farbe und wegen seiner Härte zum Polieren (Polierrot). Eisenhydroxyd (Eisenoxydhydrat, Ferrihydroxyd), natürlich im Brauneisenstein, entsteht als Rost (Eisenrost) beim Liegen von E. an der Luft, aus Ferrisalzlösungen durch Alkalien oder Ammoniak als rotbrauner, amorpher, in Wasser unlöslicher Niederschlag; Gegengift bei Arsenvergiftungen, wichtiges Eisenpräparat. Eisenchlorid (s.d.). Eisenoxydsulfat (Ferrisulfat), amethystfarben, Eisennitrat (Eisenoxydnitrat, salpetersaures E., Eisenbeize, Rostbeize, Rouille), rotbraun, und Eisenalaune (Kaliumeisenalaun und Ammoniumeisenalaun) werden in der Färberei verwendet. Eisenoxydphosphat (Ferriphosphat), gelblichweißes Pulver. Gerbsaures E. ist in der Eisentinte; essigsaures E. (Eisenazetat) wird als Holzkonservierungsmittel und als Beize in der Färberei (Eisenschwärze) verwandt. Eisensaure Salze (Ferrate) bilden dunkelrote Kristalle, mit Sulfaten und Chromaten isomorph; die freie Säure ist nicht bekannt. Eisensulfide (-sulfurete): Eisensulfür (-sulfuret, -monosulfür, -monosulfuret, Schwefel-E., Ferrosulfid), beim Erhitzen von E. mit Schwefel gewonnen als kristallinische, bronzefarbene unlösliche Masse, schwarz und amorph aus Eisensalzen mit Schwefelammonium fällbar, dient zur Darstellung von Schwefelwasserstoff. Eisenbi-(di-)sulfid, Eisenbi-(di)-sulfuret, Zweifach-Schwefel-E., natürlich als Schwefelkies und Speerkies.

Geschichtliches. Das E. und seine Verwendung sind bei den alten Völkerschaften verbreiteter gewesen, als man bisher angenommen hatte; die Herstellung von schmiedbarem E. aus Erzen ist eine verhältnismäßig einfache Operation. Die Ägypter haben 2000 v. Chr. Eisen- und Stahlgeräte gekannt, ebenso die Asiaten (Chinesen, Inder, Babylonier, Assyrier) in grauer Vorzeit. Im Mittelalter trat an Stelle der früher meist üblichen Erzeugung des Schmiede-E. unmittelbar aus Erzen (Rennarbeit) die indirekte Erzeugung durch Erhöhung der Öfen und Gewinnung von Roh-E., das auch direkt zum Gießen verwendet wurde. 1735 wurde der erste Kokshochofen erbaut, 1750 Gußstahl hergestellt, 1784 das Puddeln erfunden, 1831 das Erhitzen der Gebläseluft, 1856 das Bessemerverfahren, 1864 das Martinverfahren und 1879 gelang Thomas und Gilschrift die Entphosphorung des E. und Stahls. – Vgl. Beck, »Geschichte des E.« (1884-1903); »Gemeinfaßliche Darstellung des Eisenhüttenwesens«, hg. vom Verein Deutscher Eisenhüttenleute (5. Aufl. 1903).