Гвожђе или железо (ијек. жељезо) (-{Fe}-), метал је -{VIIIB}- групе. Има 16 изотопа чије се атомске масе налазе између 49 — 63. Постојани изотопи су: 54, 56, 57 и 58. Најзаступљенији је изотоп 56 (91%). Симбол -{Fe}- долази од назива за гвожће. Ферат је назив за гвожђе у анјонском комплексу. Телурско гвожђе је назив за елементарно гвожђе, које је настало у Земљиној кори.
Потпуно чисто гвожђе је мекан метал сребрeнкастог сјаја. Познато је од прадавних времена, а данас је вероватно најважнији технички метал који налази мноштво облика примене. Оно се првенствено користи у виду челика, у којем је угљеник заступљен са до 2,06%. Гвожђе рђа на влажном ваздуху и раствара се у разређеним киселинама.
Гвожђе се у природи најчешће налази као минерал магнетит, који је кристализован се у облику црних кубних кристала. Оно је један од распрострањенијих металних елемената у Земљиној кори, где је по масеном уделу одмах иза алуминијума. У Земљиној кори је удео гвожђа око 5%, а у целој Земљи се претпоставља да је 37%. Унутрашњост Земље се претежно састоји од гвожђа. Концентрација гвожђа у морима је врло мала (око 4x10−3 -{ppm}-). Елементарно гвожђе се у природи налази као метеоритско које је доспело на земљу из Свемира, и као телурно које је присутно у Земљиној кори од исконских времена. Познато је да је гвожђе присутно у саставу Сунца, месечевим стенама и другим небеским телима, где га има око 14,3%, што сведоче метеорити пали на Земљу од којих се половина састоји претежно од гвожђа.
На површини Земље природно гвожђе се веома ретко налази у елементарном стању (на пример телурно гвожђе на Диско, западно од Гренланда).
Особине
У елементарном стању чисто гвожђе је сребрнобели, релативно мекан и кован метал. Такође, оно је и феромагнетично, што значи да задржава магнетска својства и након престанка деловања магнетског поља.
Гвожђе је хемијски врло реактивно и као неплеменити метал раствара се у неоксидирајућим киселинама. На ваздуху је врло нестабилно и релативно брзо се оксидује (кородира). У оксидирајућим киселинама (концентрираној сумпорној и азотној киселини) површина гвожђа се не раствара, него се пасивизира стварањем заштитног слоја.
Гвожђе има 9 изотопа (масени број од 52 до 60) и четврти је елемент по уделу у земљиној кори. У природи се гвожђе налази као смеша четири стабилна изотопа: гвожђе-54 (5,8%), гвожђе-56 (91,72%), гвожђе-57 (2,2%) и гвожђе-58 (0,28%), а остали су изотопи радиоактивни, с кратким временом полураспада, осим изотопа гвожђе-60 (t1/2 = 3x105 година). Изотоп гвожђе-56 познат је као нуклид с најстабилнијом језгром, јер има највећу нуклеарну енергију везивања.
Као биогени елемент, гвожђе спада у групу есенцијалних елемената где учествује у преносу кисеоника. Гвожђе је важно за живот биљака као и животиња, и налази се у саставу хемоглобина и хлоропласта у крви, па мора бити садржано у храни топлокрвних животиња, као и тлу у коме расту биљке. У организму одраслог човека има око 5,85 грама гвожђа; од тога је 55% везано за хемоглобин, 10% је у миоглобину и 17% у ћелијским хеминима; око 17% гвожђа се налази и у другим органима (као феритин и хемосидерин). Препарати гвожђа убрајају се у најстарија лековита средства; били су познати већ у римско време. Данас се гвожђе у облику растворних феросола највише употребљава за лечење разних облика анемије. Мањак гвожђа доводи до анемије, а вишак може изазвати оштећење јетре и бубрега. За нека једињења гвожђа се претпоставља да су канциногена. "Елементи у траговима — гвожђе", Из књиге: проф. др. Роко Живковић "Дијетотерапија", 2011.
Ситније честице гвожђа могу сагоревати у ваздуху, при чему се јављају искре усијаног оксида, а у сасвим фином раздељењу гвожђе је и пирофорно, тј. самозапаљиво на ваздуху. С усијаним гвожђем водена пара реагује уз настанак оксида -{Fe3O4}- (магнетит) и водоника. На високој температури гвожђе се директно спаја с хлором и са сумпором. У разређеним се киселинама техничко гвожђе се лако раствара. Концентрисана сумпорна киселина не нагриза гвожђе (стога се она може одлагати и превозити у жељезним посудама), а у концентрованој азотној киселини гвожђе постаје пасивно.
Гвожђе директно реагује с већином неметала при умереним температурама. Осим с кисеоником реагује с угљеником, сумпором, хлором, фосфором и другима.
Алотропске модификације (полиморфија) гвожђа мини|лево|300px|Дијаграм стања (фазни дијаграм) гвожђа – угљеник приказује разне алотропије гвожђа и челика.
Гвожђе се јавља у 4 алотропске модификације: α, ß, γ и δ гвожђе. Његова кристална структура се мења с променом температуре.
α железо поседује просторно (запремински) центрирану кубну кристалну решетку, а стабилно је у температурском интервалу између 723 °C и 770 °C. Ова алотропска модификација железа одликује се феромагнетичним особинама.
У температурском интервалу од 770 до 906 °C железо и даље има просторно (запремински) центрирану кубну кристалну решетку, међутим изнад 770 °C одликује се парамагнетним својствима. Због разлике у физичким карактеристикама, користи се друга ознака — ß железо.
Изнад температуре од 906 °C па све до 1401 °C железо карактерише површински центрирана кубна кристална решетка. Ова алотропска модификација означава се као γ железо.
Између 1401 °C и 1539 °C железо се поново одликује просторно (запремински) центрираном кубном кристалном решетком и назива се δ железо. Разлика између α и δ железа јесте у параметру кристалне решетке.. dr.sc. Tanja Matković, dr.sc. Prosper Matković, www.simet.unizg.hr,
Изнад 1539 °C железо више не поседује кристалну решетку већ се налази у течном стању — у стању растопа.
Једињења мини|лево|200п|Црвена боја ове реке потиче од гвожђа из стена
Оксидациона стања Представници хемијских једињења −2 ретки — -{Na2[Fe(CO)4]}-; атомска љуска -{d10}- −1 ретки – -{[Fe2(CO)8]2}-; атомска љуска -{d9}- 0 -{[Fe(CO)5]}-; атомска љуска -{d8}- 1 ретки – -{Na2[Fe(NO)(OH2)5]}-; атомска љуска -{d7}- 2 (двовалентно гвожђе) -{FeO, FeS2, Fe(OH)2, [Fe(OH2)6]2 + (voda), FeF2}-, -{[Fe(η-C5H5)2]}- итд.; атомска љуска -{d6}- 3 (тровалентно гвожђе) -{Fe2O3, Fe3O4, FeF3, FeCl3, Fe(OH)(O)}-, -{[Fe(OH2)6]3+}- (вода) итд.; атомска љуска -{d5}- 4 ретко, неки комплекси; атомска љуска -{d4}- 5 -{[FeO4]3}- (?); атомска љуска -{d3}- 6 -{K2[FeO4]}-; атомска љуска -{d2}-
У хемијским једињењима је гвожђе најчешће двовалентно или тровалентно (феро- и фери- једињења).
Гвожђе формира једињења у којима има оксидационе бројеве +2, +3 и +6, а у најважнијима и највећем броју једињења има оксидацијски број +2 (феро) и +3 (фери). Стање +2 је најстабилније. Шестовалентно гвожђе је фератни јон -{FeO}-4 — који је постојан само у алкалном медију, а у киселом медију се распада на -{Fe}-3+ и кисеоник, уз нешто озона.. www.pse.pbf.hr,
Нестабилнији -{Fe}-2+ јон у се воденом раствору у присуству кисеоника лако оксидује у -{Fe}-3+ јон.
Гвожђе због свог негативног стандардног електродног потенцијала -{Fe2+/Fe}-, раствара се у киселинама уз развијање водоника.
Јони -{Fe2+}- и -{Fe3+}- имају изражену способност стварања комплекса координацијског броја 6. Раствор јона -{Fe}-2+ је светлозелене боје. Раствор јона -{Fe}-3+ је жуте боје, осим бромида који је црвене. Диметил-глиоксим обоји раствор -{Fe}-2+ јона црвено.Hrvatska enciklopedija (LZMK). broj 11 (Tr-Ž). str. 478. Za izdavača: Leksikografski zavod Miroslav Krleža.
Једињења с кисеоником Од оксида гвожђа важни су: Гвожђе(-{III}-) оксид (-{Fe2O3}-) и феро-фери-оксид (-{Fe3O4 x Fe2O3}-), који настаје као црвени прах кад се жари -{Fe(OH)3, Fe(NO3)2}- или -{Fe2(SO4)3}-. Као минерал, хематит формира више или мање густе стене, местимично и велике црвене кристале. Главни је састојак гвоздених боја (капут мортум, колкотар, окер). Фери-феро-оксид, -{Fe3O4 = FeO x Fe2O3}-, настаје при жарењу гвожђа и гвоздених оксида на вишим температурама. Као магнетит најважнија је руда (минералне сировине), а од њега се праве и електроде за техничку електролизу. Састојак је термитне смеше. Гвожђе(-{II}-) хидроксид, -{Fe(OH)2}-, настаје као бео до светлозеленог талога кад се раствору соли двовалентног гвожђа у одсуству кисеоника дода лужина. На ваздуху лако прелази у смеђецрвени гвожђе(-{III}-) хидроксид, -{Fe(OH)3}-. То једињење се таложи (с промењивим количинама апсорбоване воде) као црвеносмеђи зелатиносни талог, кад се раствору соли тровалентног гвожђа дода лужина. Састојак је различитих минерала и стена (хидрохематит, тургит, лимонит, ксантосидерит, гетит, стилпносидерит, окер, лепидокрокит). мини|200п|Хидратизовано гвожђе(-{III}-) хлорид. мини|200п|Берлинско плаво је пигмент с хемијском формулом -{Fe7(CN)18.}- мини|200п|Хематит је минерал гвожђе оксида, хемијске формуле -{α-Fe2O3}-, најстабилнији је и најраспрострањенији од свих оксида гвожђа. мини|200п|Магнетит, с хемијском формулом -{Fe3O4}-, је црни феримагнетични оксид гвожђа.
Једињења с азотом Гвожђе(-{II}-) нитрат, -{Fe(NO3)2}-, настаје када се гвожђе раствара у разређеној врућој азотној киселини. Хладна концентрована -{HNO3}- не раствара гвожђе јер на површини настаје заштитни слој оксида. Ова со кристалише из раствора са 6 или 9 молекула воде у виду безбојних кристала који су растворни у води и због хидролизе дају смеђи раствор. Употребљава се у медицини као адстрингенс против крварења у желуцу и цревима. Такође служи за отежавање свиле, за штављење коже, у бојима и штампи у боји, за производњу берлинског плавог и др. Водени раствор гвожђе(-{II}-) нитрата је зелене боје. Гвожђе(-{III}-) нитрат, со је гвожђа са хемијском формулом -{Fe(NO3)3}-. Будући да је хигроскопан, често се налази у нонахидратном облику, -{Fe(NO3)3 x 9H2O)}-, који је кристална материја безбојне до блиједо љубичасте боје. Настаје реакцијом гвожђа или оксида гвожђа с азотном киселином.
Једињења с угљеником Гвожђе карбид или цементит, -{Fe3C}-, врло тврдо и крто једињење, састојак је техничког жељеза где доприноси тврдоћи тог материјала. Гвожђе(-{II}-) карбонат (-{FeCO3}-, сидерит) позната је карбонатна руда гвожђа, која се налази у природи као минерал сидерит. Ова со настаје као бели аморфни талог кад се раствор соли двовалентног гвожђа (било које гвожђе(-{II}-) соли) помеша с раствором бикарбонатне соде. На ваздуху губи угљен-диоксид и оксидује се до -{Fe2O3}-. У води има растворљивост од 3,13 x 10−11. У води која садржи растворени угљен-диоксид полако се раствара у облику хидрокарбоната (-{Fe(HCO3)2}-), састојка многих минералних вода. Из њих се у додиру са ваздухом таложи смеђи оксидохидрат, па стога природне воде с високим садржајем гвожђа нису прикладне за пиће и употребу у индустријске сврхе.
Једињења с халогеним елементима Гвожђе(-{II}-) халогениди су -{FeBr2}-, -{FeF2}-, -{FeI2}- и -{FeCl2}-. Они су растворне соли, као и гвожђе(-{III}-) халогениди -{FeF3}-, -{FeCl3}- и -{FeBr3}-, изузев гвожђе(-{III}-) флуорида који је незнато растворан. Гвожђе(-{II}-) хлорид, -{FeCl2 x 4H2O}-, формира модрозелене моноклоналне кристале који се овлажују на ваздуху и растворни су у води; добија се растварањем гвожђа у хлороводоничној киселини или директном синтезом из елемената. Служи као редукционо средство у производњи боја. Кристализује се као хидрат из раствора насталог растварањем гвожђа у соној киселини. Разређени раствор је жуте боје, који након концентрисања постаје црвен. Безводни материјал се добија грејањем гвожђа у атмосфери хлороводика.