Rauta

Wikipedia
Loikkaa: valikkoon, hakuun
MangaaniRautaKoboltti


Fe

Ru  
 
 
Fe-TableImage.png
Yleistä
Nimi Rauta
Tunnus Fe
Järjestysluku 26
Luokka siirtymämetalli
Lohko d-lohko
Ryhmä 8
Jakso 4
Tiheys 7,86×103 kg/m3
Kovuus 5,5[1] (Mohsin asteikko)
Väri kiiltävä metallinen, harmaa vivahdus
Löytövuosi esihistoria
Atomiominaisuudet
Atomipaino 55,845[2] amu
Atomisäde, mitattu (laskennallinen) 156 pm
Kovalenttisäde 125 pm
Orbitaalirakenne [Ar] 3d6 4s2
Elektroneja elektronikuorilla 2, 8, 14, 2
Hapetusluvut II, III, IV, VI
Kiderakenne tilakeskinen kuutiollinen (body centered cubic)
Fysikaaliset ominaisuudet
Olomuoto kiinteä
Sulamispiste 1 811 K (1 538 °C)
Kiehumispiste 3 134 K (2 861 °C)
Moolitilavuus -×10−6 m3/mol
Höyrystymislämpö 340 kJ/mol
Sulamislämpö 13,81 kJ/mol
Äänen nopeus 5 120 m/s 293 K:ssa
Muuta
Elektronegatiivisuus 1,83 (Paulingin asteikko)
Ominaislämpökapasiteetti 0,449 kJ/kg K
Lämmönjohtavuus (300 K) 80,4 W/(m×K)
CAS-numero 7439-89-6
Tiedot normaalilämpötilassa ja -paineessa

Rauta on siirtymämetallien ryhmään kuuluva alkuaine. Sen kemiallinen merkki on Fe (lat. ferrum). Suomen kielen sana rauta tulee muinaisruotsin sanasta raud, nykyruotsiksi röd, joka tarkoittaa alun perin järvimalmin punaista väriä.

Rauta on painavin tähdissä nukleosynteesin kautta syntyvä alkuaine. Näin ollen se on yleisin raskasmetalli maailmankaikkeudessa. Jaksollisessa järjestelmässä rauta on 26. alkuaine. Se on hopean värinen, kiiltävä ja ferromagneettinen metalli, jolla on useita hyödyllisiä käyttökohteita. Puhtaana se on jokseenkin pehmeää, mutta monet sitä pääaineksenaan sisältävät metalliseokset ovat erittäin kovia. Niitä käytetään muun muassa työkaluihin, rakennustarvikkeisiin, koneisiin, ajoneuvoihin ja aseisiin. Tärkeimpiä rautaseoksia ovat teräkset ja valuraudat.

Rauta reagoi helposti hapen kanssa varsinkin joutuessaan samalla tekemisiin veden kanssa. Tätä hapettumisreaktiota sanotaan ruostumiseksi. Siinä syntyvä aine, ruoste, on etupäässä rautaoksidien ja rautahydroksidien seosta. Se on huokoista, joten rautaesineet voivat ruostua vähitellen kokonaan, toisin kuin useat muut metallit, jotka hapettuvat vain pinnalta. Epäjalona metallina rauta reagoi myös happojen kanssa muodostaen samalla vetyä.

Rautaa

Esiintyminen[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Rauta on neljänneksi yleisin alkuaine ja toiseksi yleisin metalli maankuoressa, jossa sitä on noin 5 prosenttia. Sitä esiintyy luonnossa jonkin verran vapaanakin, meteoriittirautana. Maankuoressa sitä on kuitenkin paljon enemmän erilaisina yhdisteinä. Tärkeitä mineraaleina esiintyviä rautayhdisteitä ovat rautaoksidit kuten magnetiitti (Fe3O4) ja hematiitti (Fe3O3 sekä rautasulfidi, rikkikiisu eli pyriitti (FeS2). Myös rautasälpää eli sideriittiä, joka on rautakarbonaattia (FeCO3), louhitaan rautamalmina. Luonnossa rautaa on runsaasti myös silikaattimineraaleina, jotka yleensä ovat väriltään tummia, mutta niillä ei ole merkitystä malmina.[3]

Nykyisten geologisten teorioiden mukaan maapallon sisin osa sisältää etupäässä rautaa ja nikkeliä. Jos teoria pitää paikkansa, maapallolla on rautaa enemmän kuin mitään muuta alkuainetta, noin 35 prosenttia Maan massasta.

Rautaoksidia on runsaasti myös Marsin pintakerroksissa, jotka saavat niistä punertavan värinsä.[4]

Historia[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Löytövuosi on esihistoriallinen. Ensimmäiset todisteet raudan käytöstä ovat Sumerista ja Egyptistä noin 4000 ennen ajanlaskun alkua. Silloin raudasta tehtiin pääasiassa keihään kärkiä tai muita suhteellisen pieniä esineitä, koska rautaa kerättiin meteoriittien jäännöksistä, jotka ovat varsin harvinaisia. Yleiseksi sen käyttö tuli kuitenkin sen jälkeen, kun sitä ensin Lähi-idässä noin 1400 eaa. ja myöhemmin muuallakin opittiin valmistamaan pelkistämällä oksidimalmeista. Tällöin pronssikausi päättyi ja alkoi rautakausi. Nykyisin lähes yksinomaisesti käytetyt teräksen ja valuraudan valmistusmenetelmät on kuitenkin keksitty vasta 1800-luvulla tai myöhemmin.[5]

Raudan valmistus[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Vaikka rautaa on lähes kaikissa kivilajeissa, sen valmistamiseksi kannattaa yleensä louhia vain sellaisia malmeja, joissa sitä on vähintään 30 prosenttia. Magnetiitti on perinteinen rautaa sisältävä mineraali, jota on louhittu esimerkiksi Ruotsin Kiirunassa ja Pohjois-Amerikassa. Nykyisin suuri osa raudasta saadaan hematiitti­esiintymistä, joissa louheen rautapitoisuus on noin 60 %. Raakarautaa valmistetaan rautaoksidi­malmista hiilellä pelkistämällä masuuneissa.[6] Yli puolet maailmassa käytetystä raudasta on tällä hetkellä kierrätettyä romurautaa, joka sulatetaan valokaariuuneissa jatkojalostusta varten.lähde? Kierrättäminen vähentää hiilidioksidipäästöjä ja veden kulutusta huomattavasti.[7]

Raudan käyttö[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Rauta on ihmiskunnan tärkein metalli. Sitä käytetään moninkertaisesti enemmän kuin kaikkia muita metalleja yhteensä - on jopa arvioitu, että 95 % ihmiskunnan käyttämästä metallista on rautaa.[6] Rauta on pääainesosa erityyppisissä teräksissä lukemattomiin eri käyttötarkoituksiin käytettynä. Valurautojen tärkein ainesosa on raudan ohella hiili, joka esiintyy puhtaana joko suomugrafiittina tai pallografiittina rautamatriisissa, joka muodostuu hiiliteräksissäkin esiintyvistä faaseista: ferriitti, perliitti, martensiitti, jäännösausteniitti ja seostuksen avulla aikaansaadut erilaiset metallikarbidit. Hiilipitoisuuden mukaan rautaseokset jaotellaan seuraavasti[8]:

Rautaa käytetään sen ferromagneettisuuden vuoksi myös erilaisiin magneetteihin muun muassa elektroniikassa ja sähkömoottoreissa. Eräisiin sähköteknisiin tarkoituksiin käytetään myös elektrolyysin avulla valmistettua puhdasta rautaa, elektrolyyttirautaa, jossa ei ole lainkaan hiiltä.

Rautaa käytetään myös katalyyttinä ammoniakin valmistukseen.

Yhdisteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Kemiallisissa yhdisteissä raudan hapetusluku on useimmiten +II tai +III. Se muodostaa kahden- ja kolmenarvoisia positiivisia ioneja Fe3+ ja Fe2+. Fe2+-ioni tunnetaan myös nimellä ferro-ioni, ja sen sisältäviä yhdisteitä sanotaan ferroyhdisteiksi, esimerkiksi ferrosulfaatti eli rauta(II)sulfaatti (FeSO4).[9] Vastaavasti ioni Fe3+ tunnetaan nimellä ferri-ioni, ja se esiintyy esimerkiksi ferrikloridissa (FeCl3). Nykyisen IUPAC:in standardin mukaan ioneista tulisi kuitenkin käyttää nimityksiä rauta(III) ja rauta(II).

Rautaa on myös joissakin orgaanisissa yhdisteissä kuten hemoglobiinissa. Rauta muodostaa myös kompleksiyhdisteitä, joissa se on keskusatomina. Ligandina voi olla joko epäorgaaninen tai orgaaninen ryhmä kuten hemoglobiinissa.

Ravitsemus[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Raudan elektronikuori.

Italialainen lääkäri Vincenzo Menghini havaitsi veren sisältävän rautaa vuonna 1745. Rauta on veren punasoluissa esiintyvässä hemoglobiinissa hapen sitoja. Punasolut kuljettavat happea kudoksiin. Tärkeän tehtävänsä takia rauta on ravitsemuksessa tärkeä hivenaine. Aikuisen ihmisen kehossa on rautaa yhteensä 4–5 g. Liika raudan saanti on haitallista, sillä se vaurioittaa maksaa ja munuaisia.

Ravinnossamme rautaa esiintyy kahdessa eri muodossa: hemi- ja nonhemirautana. Lihan ja kalan raudasta noin puolet on hemirautaa (Fe2+), joka imeytyy nonhemirautaa (Fe3+) paremmin. Kasvikunnan tuotteiden rauta on nonhemirautaa. C-vitamiini parantaa kuitenkin nonhemiraudan imeytymisen jopa nelinkertaiseksi. Kalsium heikentää sekä hemi- että nonhemiraudan imeytymistä. Jos käyttää kalsiumlisiä, ne suositellaan otettavaksi aterioiden välillä.

Punaisesta lihasta rauta imeytyy hyvin. Muita raudan lähteitä ovat maksa ja täysjyvävilja. Sen sijaan perinteisesti hyväksi raudanlähteeksi mainitusta pinaatista rauta ei imeydy hyvin sen sisältämän oksaalihapon takia eikä pinaatissa ole enemmän rautaa kuin muissakaan vihreissä kasviksissa.[10]

Raudan puute aiheuttaa anemiaa, josta kärsii noin kolmekymmentä prosenttia maailman väestöstä. Aneemisen ihmisen punasolujen rakenne poikkeaa normaalista tai niitä on liian vähän. Naiset menettävät rautaa kuukautisten aikana. Lisärautaa ei kuitenkaan pidä syödä varmuuden vuoksi, koska terve ihminen harvoin tarvitsee sitä. Raudan puutos kannattaa aina käydä tutkituttamassa lääkärillä/terveydenhoitajalla ennen kuin tarttuu rautavalmistepurkkiin.

Pitkäaikaisessa raudan yliannostuksessa voi syntyä hemosideroosi, jossa rautayhdisteitä kertyy moniin kudoksiin runsaasti ilman kudosvaurioita. Kudosvaurioiden ilmaantumisen jälkeen tilasta käytetään nimitystä hemokromatoosi.

Raudan elimistöön imeytymistä säätelevä mekanismi voi myös eri syistä pettää, jolloin elimistöön saattaa imeytyä suuria määriä rautaa. Akuutin rautamyrkytyksen oireita ovat muun muassa oksentelu ja verinen ripuli.[11] Myrkytyksen hoitoon käytetään vatsahuuhtelua ja sen yhteydessä natriumbikarbonaattia 1–2-prosenttisena seoksena suun kautta ruoansulatuskanavassa olevan raudan sitomiseksi. Jo imeytyneen raudan eliminaation nopeuttamiseksi annetaan lisäksi deferoksamiinia lihasruiskeena eli parenteraalisesti.[12] Muita rautaa kelatoivia lääkeaineita ovat deferiproni ja deferasiroksi.

Raudan tarve ja saanti[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

Valtion ravitsemusneuvottelukunnan suositusten mukaan rautaa tulisi saada 1,6 mg/vrk ravinnosta energiana saatua megajoulea kohti eli aikuisilla naisilla noin 15 mg/vrk ja miehillä 9 mg/vrk. Naisten raudantarve vaihtelee yksilöllisesti ja riippuu kuukautisten aiheuttamasta raudan menetyksestä. Osa naisista tarvitseekin rautatäydennystä ravintoainevalmisteista. Vaihdevuosien alettua tarve vähenee. Lapsilla ja nuorilla raudan saantisuositus vaihtelee iän mukaan. Raudan imeytymiseen vaikuttaa muun aterian koostumus: C-vitamiini, liha ja kala parantavat sitä ja esimerkiksi kasvisten polyfenolit ja viljavalmisteiden fytiinihappo puolestaan heikentävät sitä. Suurimmaksi hyväksyttäväksi päiväsaanniksi on määritelty aikuiselle 25 mg/vrk (sisältää ruoasta saatavan raudan ja korkeintaan 10 mg/vrk ravintoainevalmisteesta).[13] Finravinto 2007 tutkimuksen mukaan suomalaiset saavat rautaa keskimäärin: naiset 10,3 mg/vrk (1,6 mg/MJ/vrk) ja miehet 13,6 mg/vrk (1,5 mg/MJ/vrk). Suosituksiin verrattuna rautaa saadaan liian niukasti, erityisesti noin puolella naisista saanti on pienempää kuin keskimääräinen tarve. Vilja- ja leivontatuotteet ovat Suomessa tärkein raudan lähde. Lisäksi rautaa saadaan runsaasti liharuoista, kasviksista, hedelmistä ja marjoista.[14]

Lähteet[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]

  1. Antti Kivinen, Osmo Mäkitie: Kemia, s. 325. Otava, 1988. 951-1-10136-6.
  2. Michael T. Wieser & Tyler B. Coplen: Atomic Weights of the Elements 2009 (IUPAC technical report). Pure and Applied Chemistry, 2011, 83. vsk, nro 2. IUPAC. Artikkelin verkkoversio Viitattu 16.4.2011. (englanniksi)
  3. Otavan suuri Ensyklopedia, 7. osa (Optiikka-Revontulet), s. 5647 art. Rauta. Otava, 1979. 951-1-05468-6.
  4. Why is Mars Red Universe today
  5. Marko Hamilo: Rauta nosti ihmisen rikkauksiin Helsingin Sanomat 6.2.2007. Viitattu 14.7.2010.
  6. a b Iron Ore Plan, Innovate, Research, Sustain, Achieve , Government of South Australia
  7. Recycle Steel Raffles gate
  8. Miekk-oja, H.M.: Metallioppi, s. 207. Helsinki: Otava, 1972.
  9. http://www.helsinki.fi/kemia/opettaja/aineistot/vedenpuhdistus/rautasulfaatti.htm
  10. Myth: Spinach is a great source of iron. University of Arkansas for Medical Sciences. Viitattu 9.8.2008. (englanniksi)
  11. Rauta: Toksisuus l. myrkyllisyys Helsingin yliopisto. Viitattu 28.6.2012.
  12. Klaus T. Olkkola, Pertti J. Neuvonen ja Erkki Elonen: Tärkeimmät lääkeainemyrkytykset: Rautalääkkeet (pdf) (s. 7) Farmakologia ja toksikologia. Kuopio: Kustannus Medicina Oy. Viitattu 28.6.2012.
  13. Valtion ravitsemusneuvottelukunta: Terveytta ruoasta! Suomalaiset ravitsemussuositukset 2014 2014. Valtion ravitsemusneuvottelukunta. Viitattu 16.5.2014.
  14. Paturi, M Tapanainen H, Reinivuo H, Pietinen P (toim.): Finravinto 2007 -tutkimus 2008. Kansanterveyslaitos. Viitattu 10.10.2008.

Aiheesta muualla[muokkaa | muokkaa wikitekstiä]