Eisen (chemisches Symbol Fe, lat. ferrum) ist eines der wichtigsten Metalle, das wir in unserer heutigen Zeit verwenden. Stahlträger für Brücken und Häuser, Walzbleche aus Eisen und Stahl, um z.B. Autos zu bauen, Schrauben und Nägel: sie alle bestehen aus Eisen bzw. seiner veredelten Form, dem Stahl.

 

Eigenschaften und AnwendungenFestplatte in geöffnetem Gehäuse © fraeuleinlux / fotolia.comFestplatte in geöffnetem Gehäuse © fraeuleinlux / fotolia.com

Sowohl Eisen-Metall als auch (bestimmte) Eisenoxide sind magnetisch, früher wurden sie z.B. in Tonbändern und Kassetten verwendet, um Tonaufzeichnungen zu speichern, heute ist das nur noch ein Nischenbereich in der Tontechnik. Später wurden solche Eisenverbindungen auch in Disketten/Floppy-Disks verwendet, die bis heute wiederum aber fast vollständig durch CDs, DVDs und Speichersticks verdrängt wurden. Magnetische Aufzeichnungsmedien werden aber noch in Computer-Festplatten verwendet. Durch das verstärkte Aufkommen von PCs als Home-Computer und Media-Server, deren Speicherkapazität mit Festplatten bereitgestellt wird, könnte man also von einer Renaissance der magnetischen Aufzeichnung für die heimische Musiksammlung sprechen.

 

Neben Eisen werden auch Kobalt bzw. Nickel für moderne Festplatten eingesetzt, die den Giant Magneto Resistance-Effekt (GMR) als Grundlage für die Datenaufzeichnung verwenden [3,4]. Nanometerkleine Strukturen werden hier verwendet, um Daten zu speichern und erst diese extrem kleinen Strukturen machen es in den 2000er Jahren möglich, auf Festplatten Datenmengen im Terabyte-Bereich zu speichern.

 

Eisenoxid wird auch als Farbpigment mit der typischen rostroten Farbe eingesetzt. Wegen der hohen chemischen Stabilität ist Eisenoxid als Farbstoff lange haltbar und auch schon in antiken Malereien zu sehen. Eisenoxid kann aber auch unerwünscht sein: Die Oxidation des Eisens stellt das größte Problem im Umgang mit diesem Werkstoff dar, denn diese Oxidation kennt man im täglichen Leben unter dem Begriff "rosten". Dieser Vorgang kostet die Weltwirtschaft jährlich Milliarden, denn beim Rosten verliert Eisen seine mechanische Stabilität und zerbröselt zu kleinen Rostteilchen.

 

Fresszelle mit Eisenoxidpartikeln (rot) @ KITFresszelle mit Eisenoxidpartikeln (rot) @ KITAuch in der belebten Natur ist Eisen weit verbreitet, es spielt als Bestandteil des Hämoglobins unserer roten Blutkörperchen für die höheren Lebewesen eine ebenso entscheidende Rolle wie in dem Enzym Nitrogenase, die in einigen Pflanzen die Selbst-Düngung bewerkstelligt. Ohne Eisen wären Mensch und Pflanzen nicht lebensfähig.

Bei der Blutarmut (Anämie) werden Patienten mit Eisensalzgaben behandelt, um die Hämoglobinbildung zu unterstützen. Einige neuere diagnostische Verfahren, die meist noch in der Erprobungsphase sind, setzen (Nano-)Eisenoxid als Kontrastmittel für medizinische Bildgebungsverfahren ein [5]. Solche magnetischen Verfahren sollen - wann immer möglich - die Strahlenbelastung bei medizinischen Untersuchungen verringern. Auch versprechen speziell beschichtete Fe-Oxid-Nanopartikel Fortschritte in der Krebstherapie (Hyperthermie) [6].

 

Natürliches Vorkommen und Herstellung

Eisen ist eines der am häufigsten vorkommenden Metalle auf der Erde. Es wird in Form von Eisenoxiden als Eisenerz abgebaut, chemisch handelt es sich dabei um Fe2O3 bzw. Fe3O4, sehr selten um FeO. Im Jahr 2000 wurde etwa eine halbe Milliarde Tonnen Eisen aus Eisenerz hergestellt, mit steigender Tendenz. Das im Bergbau abgebaute Eisenerz muss zunächst aus seiner oxidischen Form in das elementare, also metallische Eisen überführt werden. Dafür gibt es riesige Hochöfen , in denen mit Hilfe von (meist) Kohle Eisenoxid chemisch zu Eisen reduziert wird [2]. Je nach Verwendungszweck wird das Eisen dann zu Bau- oder Werkzeugstahl veredelt, indem weitere Metalle zugefügt und der Kohlenstoffgehalt reduziert wird.

 

Literatur arrow down

  1. Wikipedia (DE): Eisen, Vorkommen (Stand letzter Zugang: Jan 2011).
  2. Wikipedia (DE): Hochofen (Stand letzter Zugang: Jan 2011).
  3. IBM Research - Simulation of an MR and GMR (www.research.ibm.com)
  4. Peter Grünberg Institut (PGI), Forschungszentrum Jülich
  5. Ärztezeitung.de (16.10.2009): Bessere Bildgebung mit Eisenpartikeln.
  6. Stern.de (23.11.2005). Hyperthemie - Dem Krebs einheizen.