26. Eisen (Fe) - Das Blut der Zivilisation

0:00 Willkommen zu einer neuen Folge von Wissensreise durch das Periodensystem, deinem Podcast zum Entspannen, Loslassen und lernen. Kennst du schon unsere anderen Schlafreisereien wie Schlafreise durch das Universum oder Schlafreise durch vergessene Welten? Falls nicht, lohnt sich ein Blick in unseren Feed, dort warten viele weitere Folgen auf dich, die dich sanft durch die Geheimnisse unseres Kosmos und unserer Geschichte begleiten.

0:28 Heute aber bleiben wir nah beieinander. Wir tauchen ein in ein Element, das tiefer mit der menschlichen Geschichte verwoben ist als fast jedes andere. Ein Element, das in deinen Adern fließt, das Brücken trägt und Schiffe antreibt, das Kontinente geformt und Zivilisationen gegründet hat. Die Rede ist von Eisen, chemisches Symbol, FE, Ordnungszahl, 26 und seit Jahrtausenden das Rückgrat der menschlichen Welt.

0:58 Lass uns gemeinsam reisen durch glühende Erdkerne und uralte Meteoritenfelder, durch die Schmiedefeuer früherer Kulturen und die gigantischen Hochöfen unserer Zeit, durch das Blut in unseren Körpern und die Tiefen des Weltalls. Mach es dir bequem, lass den Tag hinter dir und begleite mich auf dieser Wissensreise der Name Eisen ist germanischen Ursprungs und lässt sich über das althochdeutsche Isan und.

1:28 Bis zu einem protoindoeuropäischen Wort zurückverfolgen, das vermutlich das starke oder das heilige Metall bedeutete. Das chemische Symbol FE hingegen stammt aus dem lateinischen Ferrum, nannte das römische Reich dieses Metall, ein Wort, das im Spanischen als Hiero und im Französischen als ver bis heute weiterlebt.

1:53 Diese doppelte Herkunft, germanisch und lateinisch, spiegelt etwas wider, das für Eisen grundlegend ist. Es gehört keiner einzigen Kultur, es gehört allen Eisen, ist eines der wenigen Elemente, das den Menschen weltweit und unabhängig voneinander entdeckt und genutzt wurde, ob in Anatolien oder subsahara Afrika, ob in Südostasien oder im vorkolumbianischen Amerika, überall dort, wo Menschen lernten. Erz aus dem Boden zu holen und im Feuer zu verwandeln, veränderte Eisen die Geschichte.

2:27 Es ist das Element der Kontinuität und des Wandels zugleich. Eisen steht im Periodensystem in der Gruppe 8, der vierten Periode, und gehört zu den Übergangsmetallen mit seiner Ordnungszahl 26 besitzt es 26 Protonen im Kern und in der neutralen Form 26 Elektronen, verteilt auf 4 Schalen. Die elektronenkonfiguration lautet ar 3 d 64 Äste 2. Eine Anordnung, die Eisen zu einem der vielseitigsten chemischen Reaktionspartner unter allen Metallen macht. Eisen ist das schwerste Element, das durch die Kernfusion in normalen Sternen gebildet werden kann. Dieser Satz trägt eine kosmische Bedeutung in sich, die kaum zu überschätzen ist in massereichen Sternen. Verschmelzen zunächst Wasserstoffkerne zu Helium, dann Helium zu Kohlenstoff, dann

3:23 weiter zu Sauerstoff, Neon, Magnesium, Silizium und schließlich zu Eisen. Doch dort endet die Kernfusion, die Bildung von Elementen schwerer als Eisen würde Energie verbrauchen statt freisetzen, und so häuft sich Eisen im Kern alternder Sterne an. Bis dieser kollabiert und in einer gewaltigen Supernova Explosion die bisher entstandenen Elemente ins All schleudert.

3:49 Eisen ist damit in einem sehr wörtlichen Sinne das Ende eines Sternenlebens und der Beginn unserer irdischen Welt in seiner reinen Form ist Eisen ein silberweißes glänzendes Metall mit einem Schmelzpunkt von 1538 Grad Celsius. Es ist Ferromagnetisch, das bedeutet, es kann von Magneten angezogen werden und selbst magnetisiert werden, was es von den meisten anderen Metallen grundlegend unterscheidet.

4:19 Eisen hat eine Dichte von 7,87 Gramm pro Kubikzentimeter, ist Duktil und formbar und reagiert in feuchter Luft mit Sauerstoff zu dem, was wir im Alltag schlicht als Rost kennen, Eisenoxid, chemisch f 2 o 3. Besonders bemerkenswert ist die Fähigkeit des Eisens, in verschiedenen Kristallstrukturen vorzukommen. Ein Phänomen, das Allotropie genannt wird. Unterhalb von 912 Grad Celsius liegt Eisen in der sogenannten Alpha Phase vor kubisch Raumzentriert zwischen 912 und 1394 Grad Celsius nimmt es die Gamma Phase an kubisch Flächen zentriert.

5:05 Und zwischen 1394 und 1538 Grad Celsius kehrt es zur kubisch raumzentrierten delta Phase zurück. Diese Phasenübergänge sind der Schlüssel zum Verständnis der Stahlerzeugung und der Wärmebehandlung von eisenlegierungen Eisen ist das häufigste Element auf der Erde, zumindest wenn man den gesamten Planeten betrachtet, etwa 32% der Erdmasse bestehen aus Eisen. Der größte Teil davon befindet sich im Erdkern, der aus einem flüssigen äußeren und einem festen inneren Teil besteht, beide überwiegend aus Eisen und Nickel. Dieser flüssige äußere Erdkern ist es, der durch Konvektionsströme das Magnetfeld unseres Planeten erzeugt, jenes unsichtbare Schutzschild, das die Erde vor dem Bombardement energiereicher Teilchen aus dem

6:01 Weltall abschirmt und das Leben erst möglich macht. In der Erdkruste ist Eisen das vierthäufigste Element nach Sauerstoff, Silizium und Aluminium. Es findet sich in einer Vielzahl von Mineralien, Magnetit, FA 3 o 4, hematit fe 2 o 3, limonit, Siederit und Pyrit, jenes goldglänzende Mineral, das ahnungslosen Goldgräbern als narrengold Enttäuschungen bescherte.

6:33 Die wichtigsten Eisenerze für die industrielle Gewinnung sind Magnetit und Hämatit, die in riesigen Lagerstätten in Australien, Brasilien, China, Indien und Russland vorkommen. Australien und Brasilien sind heute die beiden größten Eisenerzproduzenten der Welt, allein Australien fördern jährlich mehr als 900000000 Tonnen Eisenerz, eine Zahl, die sich kaum vorstellen lässt. Diese Mengen fließen größtenteils nach China. Dem weltgrößten Stahlproduzenten, der mehr als die Hälfte des globalen Stahls herstellt. Die Menschheit lernte, Eisen zu bearbeiten, lange bevor sie es aus der Erde zu gewinnen wusste.

7:15 Die ersten Eisenstücke, die Menschen in die Hand nahmen, waren kosmischen Ursprungs, meteoritisches Eisen, das vom Himmel fiel und bereits in metallischer Form vorlag, ohne dass es eines Schmelzprozesses bedurft hätte, dieses Himmelsmetall. Wurde von frühen Kulturen als außergewöhnlich und heilig betrachtet.

7:35 Perlen und Werkzeuge aus meteorischem Eisen, die in ägyptischen Gräbern aus der Zeit um 3200 vor Christus gefunden wurden, zählen zu den ältesten bekannten Eisenobjekten der Menschheit. Der berühmte Dolch, der im Grab des Pharaos Tutanchamun entdeckt wurde, besteht aus meteorischem Eisen, ein Schatz vom Himmel für einen Gott auf Erden.

8:00 Die Technologie, Eisen aus Erz zu Erschmelzen, entwickelte sich vermutlich zuerst in Anatolien im heutigen Türkei, um etwa 1200 vor Christus. Diese Periode markiert den Übergang von der Bronzezeit zur Eisenzeit, eine der folgenreichsten Zäsuren der Menschheitsgeschichte, Bronze, eine Legierung aus Kupfer und Zinn, war das dominierende Metall der vorangegangenen Jahrhunderte.

8:27 Doch Bronze hatte einen entscheidenden Nachteil. Kupfer und Zinn sind geographisch ungleich verteilt und mussten oft über weite Handelswege beschafft werden, Eisen hingegen ist nahezu überall verfügbar, wer Eisen schmelzen konnte, war nicht mehr von Handelsrouten abhängig, das Schmelzen von Eisen war jedoch deutlich schwieriger als das von Bronze. Eisen hat einen schmelzpunkt von 1538 Grad Celsius. Bronze schmilzt bereits bei etwa 900 bis 1000 grad. Die frühen Eisenschmiedinnen entwickelten deshalb eine ausgefeilte Technik, sie erhitzten Erz und Holzkohle in sogenannten Rennöfen, die durch Blasebälge mit Luft versorgt wurden.

9:13 Das Ergebnis war kein flüssiges Eisen, sondern eine teigige Eisenmasse, die sogenannte Luppe, die anschließend durch wiederholtes Hämmern von Schlacken befreit und verdichtet wurde. Dieses Schmiedeeisen war weicher als Bronze, ließ sich aber durch Zugabe von Kohlenstoff in härteres Material verwandeln. Eine frühe Form der Stahlerzeugung die Verbreitung der Eisentechnologie veränderte die Machtbalancen der Welt, Völker, die Eisen herstellen konnten, hatten härtere Werkzeuge und Waffen, konnten mehr Land urbar machen und größere Armeen ausstatten.

9:48 Eisen wurde zum Fundament der antiken Hochkulturen, von den Hethitern über das Persische Reich bis zum Imperium Romanum. Im Mittelalter war das Schmiedehandwerk eine der angesehensten Berufsgruppen überhaupt, die Schmiede, oft mit einem Hauch von Magie und Geheimnistuerei umgeben, waren unverzichtbar für jede Gemeinschaft, sie fertigten Flugscharen, mit denen Felder bestellt wurden, und Schwerter, mit denen Kriege geführt wurden. Rüstungen, Hufeisen, Messer, Beschläge und Schlösser, fast jeder Gegenstand der Stabilität und Haltbarkeit erforderte, stammte aus der Esse der Schmiede. Die Entdeckung, dass Eisen durch die gezielte Zugabe von Kohlenstoff in seiner Härte und Festigkeit verändert werden kann, war eine der

10:35 entscheidenden Erkenntnisse der Materialwissenschaft Stahl. Eine Legierung aus Eisen mit einem Kohlenstoffgehalt zwischen 0,02 und 2,14% vereint die Zähigkeit des Eisens mit einer Härte, die das reine Metall nicht besitzt. Je nach Kohlenstoffgehalt und Wärmebehandlung lassen sich völlig unterschiedliche Eigenschaften erzielen, weicher, Biegsamer Federstahl, harter Bruchfester werkzeugstahl, rostfreier Edelstahl mit Chrom und Nickel.

11:06 Das Damasena Stahl, dessen Ruf sich im Mittelalter um die Welt verbreitete, war ein frühes Beispiel für raffinierte Stahlherstellung. Durch wiederholtes Falten und Verschweißen von Lagen aus unterschiedlichen Eisenqualitäten entstand ein Stahl mit komplexer Mikrostruktur, der gleichzeitig hart und flexibel war, die charakteristischen Wasserwellenmuster auf damasena klingen sind sichtbare Spuren dieser mehrfach gefalteten Metallstruktur. Mit der industriellen Revolution im 18 und 19 Jahrhundert erlebte die Eisenverarbeitung eine nie dagewesene Transformation. Die Erfindung des Hochofens, der durch Koks befeuert wurde und flüssiges Roheisen in großen Mengen produzieren konnte, sowie das bessemer Verfahren von 1856,

11:58 bei dem Luft durch flüssiges Roheisen geblasen wird. Um den Kohlenstoffgehalt zu regulieren und hochwertigeren Stahl zu erzeugen, machten Stahl erstmals in industriellen Mengen verfügbar Eisenbahnen, Brücken, Schiffe, Maschinen und schließlich Wolkenkratzer. All das wurde durch den billig verfügbaren Stahl erst möglich. Eisen ist nicht nur das Fundament unserer Zivilisation, es ist auch das Fundament unseres Lebens. Im menschlichen Körper befinden sich durchschnittlich etwa 3 bis 5 Gramm Eisen, wovon der größte Teil rund 70% im Blut gebunden ist, genauer gesagt im Hämoglobin, dem roten Blutfarbstoff.

12:41 Hämoglobin ist ein Protein in den roten Blutkörperchen, das aus 4 Untereinheiten besteht, jede mit einer sogenannten Helmgruppe in der Mitte und im Zentrum jeder Helmgruppe sitzt ein einzelnes Eisenatom. Dieses Eisenatom ist es, dass Sauerstoff binden und transportieren kann, wenn Blut durch die Lungen fließt, heftet sich Sauerstoff an das Eisenatom im Hämoglobin, wenn das Blut in die Organe gelangt, gibt das Eisenatom den Sauerstoff wieder ab, Eisen ist damit buchstäblich das Atom, das uns atmen lässt. Daneben findet sich Eisen im Myoglobin, einem verwandten Protein in den Muskeln.

13:22 Das dort Sauerstoff speichert und für kurzfristige körperliche Anstrengungen bereitstellt. Myoglobin ist auch der Grund, warum Muskelfleischrot ist. Der Rest des Körpereisens ist in der Leber, der Milz und im Knochenmark gespeichert, als Reserve für die ständige Neubildung roter Blutkörperchen, die nur etwa 120 Tage leben und dann abgebaut werden, wobei das Eisen sorgfältig recycelt wird. Eisenmangel ist weltweit die häufigste Mangelernährung. Etwa 2 Milliarden Menschen, rund ein Viertel der Weltbevölkerung, sind von Eisenmangel betroffen, viele davon leiden an Eisenmangelanämie, einem Zustand, bei dem zu wenig Hämoglobin gebildet werden kann und die Betroffenen unter Müdigkeit, Schwäche,

14:09 Konzentrationsproblemen und Kurzatmigkeit leiden. Besonders betroffen sind schwangere, Kleinkinder und Menschen, die sich eisenarm ernähren. Die Bioverfügbarkeit von Eisen hängt stark von seiner chemischen Form ab. Hämeisen, das in tierischen Produkten wie Fleisch, Leber und Fisch vorkommt, wird vom Darm sehr gut aufgenommen, zu etwa 20 bis 30%, nicht hämeisen aus pflanzlichen Quellen wie Linsen, Spinat, Tofu und Hülsenfrüchten wird nur zu etwa 5 bis 12% aufgenommen.

14:45 Vitamin C erhöht die Aufnahme von nicht hemmeisen erheblich, da es das schwer lösliche Fe 3 Plus in das besser resorbierbare fe 2 plus umwandelt. Ein Glas Orangensaft zum Linseneintopf ist also tatsächlich eine wissenschaftlich fundierte Empfehlung, auch auf molekularer Ebene spielt Eisen in einer Vielzahl von Enzymen eine zentrale Rolle in der Zytochromoxidase.

15:14 Die in den Mitochondrien die zelluläre Atmung ermöglicht, in der Ribonukleotidreduktase, die für die DNA Synthese unverzichtbar ist, und in zahlreichen weiteren Enzymen des Energiestoffwechsels ohne Eisen gibt es kein Leben, wie wir es kennen. Nicht nur Tiere und Menschen benötigen Eisen, auch Pflanzen sind auf dieses Element angewiesen. Eisen ist ein wesentlicher Bestandteil von Enzymen, die an der Photosynthese.

15:43 Und der Stickstoffbindung beteiligt sind Eisenmangel bei Pflanzen äußert sich in einer Vergilbung der Blätter, dem sogenannten Chlorosesyndrom, da ohne ausreichend Eisen kein Chlorophyll gebildet werden kann. Im Ozean spielt Eisen eine besonders dramatische Rolle Phytoplankton, winzige Photosynthetisch, aktive Organismen, die die Basis der marinen Nahrungskette bilden und etwa die Hälfte des globalen Sauerstoffs produzieren.

16:13 Benötigen Eisen als Mikronährstoff in vielen Teilen des Weltozeans, insbesondere im Südpolarmeer und im äquatorialen Pazifik, ist nicht Licht oder Temperatur der begrenzende Faktor für das Wachstum von Phytoplankton, sondern die extrem geringe Eisenkonzentration im Wasser. Diese Erkenntnis führte zu einem der interessantesten und umstrittensten Vorschläge der Klimawissenschaft, der Eisendüngung der Ozeane. Die Idee würde man Eisen in Eisen eisenlimitierte Meeresgebiete einbringen, könnte Phytoplankton in großem Maßstab wachsen.

16:51 CO 2 aus der Atmosphäre aufnehmen und beim Absinken auf den Meeresgrund binden. Feldexperimente haben gezeigt, dass Eisenzugaben tatsächlich Phytoplanktonblüten auslösen können, ob dies jedoch als Klimaschutzmaßnahme, skalierbar und sicher ist, ohne unabsehbare Folgen für marine Ökosysteme zu haben, würde. Ist wissenschaftlich noch offen und wird intensiv diskutiert. Stahl ist das meist produzierte Metall der Welt und mit großem Abstand im Jahr 2023 wurden weltweit etwa 1,88 Milliarden Tonnen Stahl produziert, eine Menge, die schwer zu begreifen ist.

17:28 Zum Vergleich die gesamte jährliche Aluminiumproduktion liegt bei etwa 65000000 Tonnen, also weniger als einem Zwanzigstel. Stahl ist in nahezu jeder Komponente unserer modernen Welt enthalten. Der Bewehrungsstahl im Beton moderner Gebäude, die Schienen unserer Eisenbahnen, die Rümpfe unserer Schiffe, die Klingen unserer Windkraftanlagen, die Rohre unserer Gas und Wasserleitungen, die Karosserien unserer Fahrzeuge, überall steckt Eisen. Die Internationale Energieagentur schätzt, dass die Stahlindustrie.

18:06 Für etwa 7 bis 9% der globalen CEO 2 Emissionen verantwortlich ist, was sie zu einem der schwierigsten Sektoren für die Dekarbonisierung macht. Hier liegt eine der großen Herausforderungen unserer Zeit. Stahl ist unverzichtbar für Gebäude, Infrastruktur, Erneuerbare Energietechnologien und gleichzeitig ist seine Herstellung enorm energieintensiv und Kohleabhängig.

18:35 Der traditionelle Hochofenprozess benötigt Koks aus Kohle als Reduktionsmittel. Die Entwicklung von grünem Stahl, hergestellt durch die direkte Reduktion von Eisenerz mit grünem Wasserstoff statt mit Koks, ist deshalb ein zentrales Thema der industriellen Transformation. In Schweden hat das Unternehmen Hybrid bereits eine Pilotanlage in Betrieb genommen, die erstmals wasserstoffbasierten Stahl produziert. Ein kleiner, aber bedeutsamer Schritt in Richtung einer emissionsärmeren Stahlindustrie.

19:09 Daneben gewinnt das Recycling von Stahl immer größere Bedeutung. Stahl ist ein theoretisch unbegrenzt recycelbares Material. Bei der Umschmelzung gehen keine wesentlichen Eigenschaften verloren, bereits heute wird weltweit etwa ein Drittel des Stahls aus Stahlschrott hergestellt. In manchen Ländern sogar mehr als die Hälfte.

19:31 Jede Tonne recycelter Stahl spart etwa 1,4 Tonnen Eisenerz, 740 kg Kohle und 120 kg Kalkstein. Kein Element hat die menschliche Vorstellungswelt so tief geprägt wie Eisen in der nordischen Mythologie schmiedete der Zwerg Sinduri den Donna Hammamjöllnje für den Gott Tor aus Eisen natürlich. Im griechischen Weltbild folgte auf das Goldene das silberne und das bronzene Zeitalter das Eiserne Zeitalter, das Zeitalter der Mühsal, der Kriege und der Arbeit. Und dennoch, es ist auch das Zeitalter, in dem die Menschheit am meisten geleistet hat, die Sprachen der Welt sind durchdrungen von Eisenmetaphern wenn wir von Art eisernem Willen sprechen, meinen wir unbeugsamkeit, ein eisernes Argument.

20:24 Ist eines, das sich nicht erschüttern lässt. Der Eiserne Vorhang teilte ein Jahrhundert lang Europa. Die eiserne Lady war eine der prägenden politischen Figuren des 20 Jahrhunderts. Eisen steht für Stärke, Beständigkeit, Unnachgiebigkeit in der Medizingeschichte war Eisen lange Zeit eines der wichtigsten Heilmittel, eisenhaltige Mineralwässer und. Galten im 18 und 19 Jahrhundert als Allheilmittel gegen Bleichsucht.

20:55 Was wir heute als Eisenmangelanämie erkennen würden. Eisenpräparate waren eine der ersten modernen Medikationen, die gezielt zur Behandlung einer Mangelerkrankung eingesetzt wurden, wenn wir die Augen schließen und in den nächtlichen Himmel blicken, dann leuchtet da oben unter anderem das Licht von Sternen, die in ihrem Inneren gerade Eisen erzeugen. Jeder Stern mit genügend Masse wird am Ende seines Lebens einen Eisenkern aufbauen.

21:23 Und wenn dieser Kern eine kritische Masse überschreitet, kollabiert er innerhalb von Sekundenbruchteilen. Die dabei freigesetzte Energie treibt die gewaltige Supernova Explosion an, die Millionen von Sonnenmassen an Material, darunter das mühsam aufgebaute Eisen, in die Galaxis schleudert, das Eisen in deinem Blut, in den Hochhäusern deiner Stadt. In der Erdkruste unter deinen Füßen. Es ist Millionen oder Milliarden Jahre alt und hat seinen Ursprung im Kern eines Sterns, der längst nicht mehr existiert. Wir sind in einem sehr wörtlichen Sinne aus Sternenstaub gemacht und das schwerste Element dieses Staubes, das normale Sterne noch erzeugen können, ist Eisen. Es gibt kaum ein besseres

22:08 Beispiel für die tiefe Verbundenheit zwischen dem Menschen und seiner Erde als Eisen. Dieses Element, das die Erde mit einem flüssigen Kern durchpulst und ihr Magnetfeld erzeugt, das in jedem unserer Blutkörperchen sitzt und in jedem Träger einer Brücke. Es ist nicht einfach nur Rohstoff, es ist das verbindende Gewebe zwischen dem Planeten und dem Leben, das er hervorgebracht hat. Danke, dass du diese Folge von Wissensreise durch das Periodensystem bis zum Ende begleitet hast. Eisen ist überall in der Erde, im Himmel, in dir. Und wenn du beim nächsten Sonnenuntergang den rot gefärbten Himmel siehst, denk daran, dass dieser Farbton von Eisenoxidpartikeln in der Atmosphäre mitgeprägt wird. Eisen selbst im Licht wenn dir

22:57 diese Reise gefallen hat, freue, freue ich mich sehr, wenn du den Podcast abonnierst. Neue Folgen warten schon auf dich, immer wieder ein neues Element, immer wieder eine neue Welt und wenn du ein paar Minuten übrig hast hinterlasse uns gerne eine Bewertung auf deiner Podcast Plattform. Jede einzelne Rezension hilft uns, noch mehr Menschen zu erreichen und wissen auf diese entspannte Weise zu teilen bis zur nächsten Folge bleib neugierig, bleib staunenswert.