Vas – Wikipédia

Fő cikk: A vas izotópjai
izotóp	természetes előfordulás	felezési idő	bomlás
izotóp	természetes előfordulás	felezési idő	mód	energia (MeV)	termék
⁵⁴Fe	5,8%	>3,1E22 év	kettős elektronbef.	?	⁵⁴Cr
⁵⁵Fe	mest.	2,73 év	elektronbef.	0,231	⁵⁵Mn
⁵⁶Fe	91,72%	Fe stabil 30 neutronnal
⁵⁷Fe	2,2%	Fe stabil 31 neutronnal
⁵⁸Fe	0,28%	Fe stabil 32 neutronnal
⁵⁹Fe	mest.	44,503 d	β	1,565	⁵⁹Co
⁶⁰Fe	mest.	1,5E6 y	β^-	3,978	⁶⁰Co

Hivatkozások

A vas fémes tulajdonságú kémiai elem, rendszáma a periódusos rendszerben 26, atomtömege 55,845 g/mol. A vegyjele Fe, ami a latin ferrum szóból ered, nyelvújításkori neve vasany.^[1] Elemi állapotban szürkésfehér, szívós, jól alakítható fém. A földkéreg 4,8% vasat tartalmaz különböző vegyületek alakjában, elemi vas a természetben nem található (eltekintve a meteoritvastól). Az elemek közül ennél több csak oxigénből, szilíciumból és alumíniumból van. A vas ipari fontosságú elem. Érceiből redukálással állítják elő. Először a nyersvasgyártási eljárással nyersvasat, öntészeti célra öntöttvasat, az acélgyártás műveleteivel acélt állítanak elő.

Elemekkel:
- Oxigénnel: $4 F e + 3 O_{2} \to 2 F e_{2} O_{3}$ $\mathrm {4\ Fe+3\ O_{2}\rightarrow 2\ Fe_{2}O_{3}}$
- Halogénekkel (Cl, Br, I) is Fe³⁺ ionná oxidálódva pl. FeCl₃ vagy FeBr₃ halogenideket alkot, jóddal +2-ig oxidálódik (az FeI₃ instabil, mg-os mennyiségben előállítható fekete anyag).
- Kénnel (S) csak Fe²⁺(ferro-) ionná oxidálódik mert a kén nem annyira oxidatív, azonban nem FeS hanem FeS2 sztöchiometriai összetételű pirit képződik.
Vízzel nem reagál, ha az oxigénmentes, desztillált víz, de ha a vízben van oldott oxigén, akkor rozsda (FeO(OH) vagy Fe(OH)₃·Fe₂O₃) keletkezik.
Savakkal:
- A híg szervetlen savak (HCl, HNO₃…) mind reagálnak vele, kénsavval és sósavval csak +2-ig oxidálódik, de így nem stabil, lassan (hetek, hónapok alatt) alakul át Fe³⁺ (ferri-) vegyületekké.
- A tömény szervetlen savak passziválják, védőréteg alakul ki a felszínén, ami megakadályozza a további reakciót (a HCl csak vízmentesen passziválja), ezért a tömény savakat vastartályban lehet szállítani.
- A híg szerves savak (CH₃COOH, C₃H₄(OH)(COOH)₃...) lassan, de oldják. Közben hidrogén gáz fejlődik.
Lúgokkal nem reagál, nem amfoter fém.
A pozitívabb standard elektródpotenciálú fémeket redukálni tudja, sóikban a helyüket átveszi.

A vas levegőn csak magas hőmérsékleten (1250 K) oxidálódik. Ekkor vas(II)-vas(III)-oxid (FeO, Fe₂O₃) keletkezik. A száraz klórgáz és a cseppfolyós klór közönséges körülmények között a vasat nem támadja meg, ezért hozható a klór vaspalackokban forgalomba. Viszont víznyomok jelenlétében a vas már szobahőmérsékleten is reagál a klórral. A jód 100 °C-on reagál a vassal. Ekkor a vas vas(II)-jodiddá (FeI₂) oxidálódik. Hevítés hatására kénnel és foszforral is reakcióba lép, nitrogénnel azonban magas hőmérsékleten sem reagál. Finom eloszlású por alakban, oxigén jelenlétében öngyulladásra hajlamos (pirofóros vas).

Vegyületeiben főként A Fe²⁺ ion-vegyületek zöld színűek, az aniontól függően, de ezek a sók nem stabilak, levegőn átalakulnak sárga színű Fe³⁺ vegyületekké. A kettős szulfátok stabilabbak – például a Mohr-só, ennek képlete Fe(NH₄)₂(SO₄)₂ –, de levegőn lassan ezek is oxidálódnak. A vas(III)-oxalát ellenben fény hatására vas(II)-oxaláttá alakul (Fe₂(C₂O₄)₃ → 2 Fe(COO)₂+2 CO₂).

A Fe²⁺ iont tartalmazó vas(II)-vegyületek redukáló tulajdonságúak (legerősebben lúgos közegben), könnyen oxidálódnak stabilabb vas(III)-vegyületekké. Bár a vas oxidációs száma vegyületeiben leggyakrabban +2 vagy +3, egyes ritka vegyületeiben (a ferrátokban) a vas oxidációs száma +6 is lehet.

Reakcióképessége miatt kísérő elemeitől nehezen, hosszadalmas laboratóriumi műveletekkel is csak részben sikerül megtisztítani. A színvasnak minősíthető fém is csak mintegy 99,998% Fe-t tartalmaz; ezt főleg kísérleti célokra használják. Ipari célra – amennyiben tiszta vasra van szükség – nem ennyire tiszta, hanem gazdaságosabban előállítható vasfajtákat használnak, például az elektrolitvasat, vagy a túloxidálással készült Armco-vasat.

A vas 1538 °C-on olvad. Az olvadt vas hűlés közben ugyanezen a hőmérsékleten szabályos rendszerbeli, térben középpontos kockarácsú (térközepes köbös) kristályokká dermed; a kockarács élei 0,293 nm hosszúak. További hűlés során a kristályszerkezet megváltozik az A₄ = 1394 °C hőmérsékleten: felületen középpontos (lapcentrált) rácsúak lesznek, a rácselem élei 0,368 nm-re változnak. Miközben az acél tovább hűl, A₃ = 912 °C hőmérsékleten a kristályok ismét térben középpontos kockarácsúak lesznek, a rácselem mérete 0,290 nm. Ezután több átalakulásra már nem kerül sor; szobahőmérsékleten a vas szintén tércentrált kockarácsú, csupán az élei rövidülnek meg 0,286 nm-re a zsugorodás miatt.

A vasnak tehát három kristályos módosulata van: 1538 és 1394 °C között a δ-vas, 1394 és 912 °C között a γ-vas, 912 °C-nál kisebb hőmérsékleten pedig az α-vas állandó. Látható, hogy az α(δ)- és az α-vas azonos rácsszerkezetű, csupán a rácselemük méretében különböznek egymástól, ami pedig a hőtágulással magyarázható (ebből adódik jelzésük egyezősége is). Régebben megkülönböztették a β-vasat is, de ez csak a mágnesezhetőség határát (762 °C) jelölte, nem külön módosulat. Fontos megjegyezni, hogy a vas módosulatainak a sűrűsége (fajtérfogata) különböző. Ennek az az oka, hogy az α-vas kockarácsában a vasatomok nem olyan szorosan helyezkednek el, mint a γ-vaséban.

A vas legfontosabb ötvözete az acél, ami ötvözőként szenet és más ötvözőelemeket tartalmaz. Az ötvözők, de a szándék nélkül vasba került többi elem hatására is, az acél keményebbé, szilárdabbá – bizonyos határon túl pedig akár rideggé is – válik.

A vas az elektromosságot és a hőt közepesen vezeti, és mágnesezhető. A vason kívül csak két másik fémes elem, a kobalt és a nikkel mágnesezhető.

A vas gőznyomása^[2]

állapot	T		p
állapot	K	°C	atm	Pa
alfa	298,15	25	1,65E-65	1,672E-60
	300	27	4,65E-65	4,712E-60
	400	127	5,65E-47	5,725E-42
	500	227	3,96E-36	4,012E-31
	600	327	6,61E-29	6,698E-24
	700	427	9,32E-24	9,443E-19
	800	527	6,62E-20	6,708E-15
	900	627	6,40E-17	6,485E-12
	1000	727	1,52E-14	1,540E-09
	1100	827	1,29E-12	1,307E-07
alfa	1185	912	3,06E-11	3,101E-06
gamma	1185	912	3,06E-11	3,101E-06
	1200	927	5,10E-11	5,168E-06
	1220	947	1,00E-10	1,013E-05
	1296	1023	1,00E-09	1,013E-04
	1300	1027	1,12E-09	1,135E-04
	1382	1109	1,00E-08	1,013E-03
	1400	1127	1,58E-08	1,601E-03
	1480	1207	1,00E-07	1,013E-02
	1500	1227	1,55E-07	0,016
	1593	1320	1,00E-06	0,101
	1600	1327	1,13E-06	0,114
gamma	1667	1394	3,75E-06	0,380
delta	1667	1394	3,75E-06	0,380
	1700	1427	6,51E-06	0,660
	1726	1453	1,00E-05	1,013
	1800	1527	3,05E-05	3,090
delta	1811	1538	3,58E-05	3,627
folyadék	1811	1538	3,58E-05	3,627
	1888	1615	1,00E-04	10,13
	2000	1727	3,78E-04	38,30
	2091	1818	1,00E-03	101,32
	2200	1927	2,87E-03	290,80
	2346	2073	1,00E-02	1013,25
	2400	2127	1,53E-02	1550,27
	2600	2327	6,17E-02	6251,75
	2678	2405	1,00E-01	10132,50
	2800	2527	2,01E-01	20366,32
	3000	2727	5,53E-01	56032,72
	3110	2837	1,00E+00	101325,00
folyadék	3200	2927	1,33E+00	134559,60

Az adatok az elemi állapotú vasra vonatkoznak. Ipari célokra szénacélt, illetve öntöttvasat gyártanak, amelyeknek alacsonyabb az olvadáspontja (az oldatok fagyáspontcsökkenésének törvénye szerint). A ledeburit például 4,3%-os összetételű eutektikuma a vasnak és a szénnek (azaz: 66% vaskarbidnak) 1147 °C-os olvadásponttal. Ezen a hőmérsékleten az elemi vas még szilárd halmazállapotú.

Spektrumvonalának hullámhossza 617,3 nm.^[3]

A sumer nyelvben már megjelenik a vasat jelentő szó AN.BAR formában. Jellemző módon az összetétel eleje (AN) az égre utal, a BAR pedig egy sok jelentésű szó. A szó szerinti fordítása valószínűleg „égi fém”^[4], amely arra utal, hogy először a meteoritvassal ismerkedtek meg Mezopotámiában (ahol nincsenek érclelőhelyek). A vasat valószínűleg az ókori Anatóliában vagy a Kaukázusban kezdték el nagy mennyiségben felhasználni az i. e. 2. évezredben. A legrégebbi vasszerszámot a Kheopsz-piramisnál folytatott ásatásoknál találták. Annak, hogy fennmaradt, a sivatagi száraz klíma lehet a magyarázata. Arról nincs pontos tudásunk, hogy mikor és hogyan nyerték ki a vasat először vasércből. A felfedezést feltehetően egy tűzbe került vasércdarabon kialakuló változás megfigyelése indította el. Az első „kohók” széljárta helyeken kapart kis gödrök voltak, amelyekben faszénnel kevert vasércet izzítottak. A vasérc redukálódott, azaz oxigéntartalma eltávozott, visszamaradt a vas, amiről a salakot kovácsolással el lehetett távolítani, az acélszerű terméket pedig fel lehetett használni.

A nehézfémek közül a természetben a vas a legelterjedtebb. A csillagok energiatermelési folyamatai során ugyanis, mint a könnyű atomok egyesülésének energetikai végállomásaként, a szupernovákból kidobódó 56-os tömegszámú nikkel és a belőle rövid felezési idő után létrejövő vas végtermékként, „hulladékként” jelenik meg. Ezért a vas gyakori mind a meteoritokban, mind pedig a Föld-típusú bolygók magjában, rendszerint valamennyi nikkel kíséretében.^[5]

A vas a talajban különböző ásványok kristályrácsában, így a csillámokban, augitban, olivinben és biotitban található. Az adszorpciós komplexuson is megkötődhet Fe2⁺-, Fe³⁺-, vagy Fe(OH)²⁺-, Fe(OH)²⁺-ion formában. A talaj oldható Fe-tartalma általában kicsi, a pH csökkenésével növekszik, és csak erősen savanyú talajokban, pl. podzolokban jelentős mennyiségű. A Fe mozgékonysága a savanyú talajokban jó. Ennek következtében a feltalaj oldható Fe-tartalma a mélyebb rétegekbe mosódik, ott kicsapódik. A kelátok a vasat megvédik a kicsapástól, a vaskelátok oldatban maradnak. A Fe mozgékonyságát a talajban nagymértékben befolyásolják az oxidációs, redukciós viszonyok. A Fe³⁺-ionok csak pH = 3 alatt stabilak, e fölött kicsapódnak, míg a Fe²⁺-ionok csak a semleges pont közelében csapódnak ki vas-hidroxid formájában. Az oxidáció a redox potenciál növekedésével fokozódik, és ennek következtében a Fe kicsapódása is nagyobb mérvű. A redox potenciál függ a pH-értéktől, növekvő pH-értékkel csökken, ezért a Fe oldhatósága annál kisebb, minél nagyobb a talaj pH-értéke. Mésztartalmú talajokon a növények Fe-ellátása ennek következtében veszélyeztetett. A Fe²⁺ ↔ Fe³⁺ átalakulás természetesen a talaj szellőzöttségétől is függ. A pangó víz elősegíti a redukciót. A kétértékű vas aránya a mélyebb talajrétegekben egyre nagyobb.

A növények számára elsősorban azért fontos, mert a fotoszintézis kulcsvegyületének, a klorofill bioszintézisében alapvető szerepet játszik, de a klorofillnak nem alkotója.

A vas egyébként nemcsak a klorofill bioszintéziséhez szükséges, de komponense nagyon sok fontos növényi enzim-rendszernek: a citokróm-oxidáz például az elektrontranszportért felelős. Vas a fő komponense a ferredoxinnak, amely a nitrátok és a szulfátok redukciójában játszik szerepet. Részt vesz a vas a NADP képződésében, tehát az energialáncban, továbbá az elemi nitrogén kémiai megkötését végző nitrogenáz molekula – a molibdénen kívül – fő komponensként vasatomokat tartalmaz.

A fontosabb vastartalmú enzimek (egy kivételével mind az oxido-reduktázok csoportjába tartoznak, ezen belül is döntő többségük a molekuláris oxigén, illetőleg hidrogén-peroxid átalakulásával kapcsolatban végzi tevékenységét): glutamát-szintetáz, ferredoxin-nitrát-reduktáz, szulfit-reduktáz (NADPH), citokróm-peroxidáz, kataláz, peroxidáz, lipoxigenázok, hidrogenáz.

A növényi levelek vastartalma 10–1000 mg/kg nagyságrendben szokott mozogni: a legtöbb növénynél a kritikus alsó határt 50 mg/kg értékkel lehet megjelölni. A növények nagyobb foszfor-tartalma csökkenti a vas felvehetőségét: a P:Fe arány általában a 29:1 értékkel fejezhető ki. A növények vasellátása szempontjából a kioldható Fe(II)-formát tartják lényegesnek, de praktikusan a vas-ellátottság megbízható indikátora a klorofill mennyisége. A talajban lévő vas(III) forma a gyökereken keresztül történő vasfelvételnél általában vas(II)-formává alakul át és rendszerint komplexképző segítségével kerül a növények belsejébe. Az ionfelvételnél igen erős versengés folyik: a réz, a mangán és a cink – nagyobb mennyiségben – a vasfelvételt gátolják.

Közismert a növények életében a mészklorózisnak nevezett tünet, amikor a talajban levő nagyobb kalcium-karbonát-tartalom következtében kialakuló magasabb pH-érték miatt a vas felvétele gátolt, illetőleg a növényben levő vas nem tud részt venni a klorofill bioszintézisében. A fiatal levelek érközei világosodnak, sárgulnak, míg az erek zöldek maradnak. Egyszikűeknél jellegzetes hosszanti levélcsíkozottság jelentkezik. Súlyos hiány esetén a levelek szinte teljesen kifehérednek és a levelek erezete sem különül el a levéllemez többi részének színétől. A vas hiányának következtében csökkent hajtásnövekedés, levél- és hajtáselhalás, valamint a szőlőnél bogyólerúgás alakulhat ki, amely jelentős termésveszteséghez vezethet. A vashiányra a gyümölcsösök és a szőlőültetvények különösen érzékenyek. A vas feleslege átlagos körülmények között gyakorlatilag ismeretlen.

A vasat az állati élet is „felfedezte” magának, és a vér előállítására használta. A vas az oxigénnel való affinitás miatt alkalmas a hemoglobin létrehozására. A vas szilárdsági előnyeit azonban az életfolyamatok nem hasznosítják.^[6]sokszor előfordul hogy az emlősök szervezetében hiperakció lép fel

Alloway B. J. (1995): Heavy metals in soils, Blackie Academic and Professinal, London
Filep GY. (1987): Talajtani alapismeretek I. Általános talajtan – DATE Mg. Kar jegyzet, Debrecen
Filep GY. (1988): Talajkémia – Akadémia Kiadó, Bp.
szerk.: Geleji Sándor: Vaskohászati enciklopédia VI. – Nyersvasgyártás. Budapest: Akadémiai Kiadó (1955)
Hargitai L. (1998): Talajtan és Agrokémia II. Jegyzet. Kertészeti és Élelmiszeripari Egyetem, Bp.
szerk.: Horst Czichos: Hütte – A mérnöki tudományok kézikönyve. Budapest: Springer Verlag (1993). ISBN 963-7775-50-1
Kádár I. (1992): A növénytáplálás alapelvei és módszerei. Akaprint, Bp.
Kádár I. (1998): Talaj és környezet szennyeződése. GATE Mezőgazdasági Főiskolai Kar, Gyöngyös
Kovács M. (1998): Talajjelző növények. Természetbúvár, 53. évf. 6. sz.
Loch J. – Nosticzius Á. (2004): Agrokémia és növényvédelmi kémia, Mezőgazda Kiadó, Bp.
Mengel K. (1976): A növények táplálkozása és anyagcseréje. Mezőgazdasági Kiadó, Bp.
Pais I. (1999): A mikroelemek jelentősége az életben. Mezőgazda Kiadó, Bp.
Patócs I. (szerk.) (1989): A növények táplálkozási zavarai és betegségei. Agroinform, Bp.
Simon L. – Szilágyi M. (szerk.) (2003): Mikroelemek a táplálékláncban. Bessenyei György Kiadó, Nyíregyháza
Stefanovits P. – Filep Gy. – Füleky Gy. (1999): Talajtan. Mezőgazda, Bp.
Szabó S. A. – Regiusné M. Á. – Győri D. – Szentmihályi S. (1987): Mikroelemek a mezőgazdaságban I. (Esszenciális mikroelemek). Mezőgazdasági Kiadó, Bp.
Verő József. Fémtan. Budapest: Tankönyvkiadó (1969)
↑ Ducrocq 1979: Albert Ducrocq. Az ember regénye. Budapest: Kossuth (1979). ISBN 963 09 1300 3