mini|desno|340px|Telursko željezo s otoka Disko (nije meteorskog podrijetla), izmjera: 49 x 29 x 15 milimetara.
mini|desno|340px|Dijagram stanja (fazni dijagram) željezo – ugljik (čelik) prikazuje razne alotropije željeza i čelika.
mini|340px|desno|Glavni materijal za gradnju brodova je čelik, a ugljični čelik je pogodan zbog dobre zavarljivosti.
Simbol Fe dolazi od ferrum, latinskog naziva za željezo. Ferat je naziv za željezo u anionskom kompleksu. Telursko željezo je naziv za elementarno željezo, koje je nastalo u Zemljinoj kori. Željezo ima četiri stabilna izotopa (maseni brojevi 54, 56, 57 i 58), od kojih je najobilniji 56Fe (91,72%), te s više nestabilnih, radioaktivnih izotopa (najstabilniji je 60Fe). Željeza ima u meteoritima (metalni meteoriti), na Mjesecu, spektralnom analizom ustanovljena je njegova zastupljenost i na Suncu. Na Zemlji je vrlo rašireno, ali je u elementarnom stanju rijetko, jer se lako spaja s kisikom i drugim nemetalima. Pretpostavlja se da se najdublja unutrašnjost Zemlje također sastoji od željeza.
Željezo, kad je potpuno čisto, srebrnkastog je sjaja i mekano. Poznato je od pradavnih vremena, a danas sigurno najvažniji tehnički metal koji se upotrebljava na mnogo načina. Najvažnije je od svih metala i uglavnom se koristi kao čelik, u kojem ima ugljika (do 2,06%). Željezo hrđa na vlažnom zraku i otapa se u razrijeđenim kiselinama. Željezo je prijelazni metal 8. skupine periodnog sustava elemenata.
Željezo u prirodi najčešće dolazi kao mineral magnetit. Kristalizira u obliku crnih kubičnih kristala. U građi Zemljine kore željezo je najzastupljeniji metal, a među elementima se s udjelom od približno 5,63% nalazi na četvrtom mjestu (iza kisika, silicija i aluminija). Željezo vezano u spojevima može se naći u približno 400 minerala, od kojih su najpoznatiji hematit (udjel željeza 70,0%), magnetit (71,4%), limonit (do 62%), pirotin (62%), siderit (48,2%), pirit (46,5%). Karakteristična žuta, smeđa ili crvena boja zemlje potječe upravo od željeznih spojeva. Za tehničko dobivanje željeza isplativa je preradba ruda koje sadrže više od 25% željeza, a najcjenjenije su oksidni i karbonatni rudni minerali s približno 50 do 60% željeza, što su praktički samo hematit, magnetit, limonit i donekle siderit.željezo "Hrvatska enciklopedija", Leksikografski zavod Miroslav Krleža, www.enciklopedija.hr, 2019. Koncentracija željeza u morima je vrlo mala (oko 4x10−3 ppm). Elementarno željezo se u prirodi nalazi samo kao meteorno, dospjelo na zemlju iz svemira i telurno prisutno u Zemljinoj kori od iskonskih vremena. Prisutnost željeza utvrđena je i u sastavu Sunca, Mjesečevim stijenama i drugim nebeskim tijelima gdje ga ima oko 14,3%, kako svjedoče meteoriti pali na Zemlju od kojih se polovina sastoji pretežno od željeza. Na površini Zemlje prirodno željezo je samo izuzetno u elementarnom stanju (telurno željezo na otoku Disko, zapadno od Grenlanda).
Svojstva
Elementarno željezo u čistom je stanju poput srebra bijel, razmjerno mekan, kovak metal s talištem 1 538 °C i gustoćom 7 874 kg/m³, kemijski dosta otporan. Njegova toplinska i električna provodnost iznosi samo petinu do šestinu provodnosti bakra. Također, ono je i feromagnetično, što znači da zadržava magnetska svojstva i prestankom djelovanja magnetskog polja. Željezo je kemijski vrlo reaktivno i kao neplemeniti metal otapa se u neoksidirajućim kiselinama. Na zraku je vrlo nestabilno i relativno brzo oksidira (korozija). U oksidirajućim kiselinama (koncentriranoj sumpornoj i dušičnoj kiselini) površina željeza se ne otapa, nego pasivizira stvaranjem zaštitnog sloja.
Kristalna struktura željeza se mijenja s promjenom temperature. Čisto elementarno željezo (Fe°) ima 3 kristalne forme (alotropske modifikacije): alfa-željezo (α-Fe) ili ferit, stabilno na sobnoj temperaturi ispod 906 °C s prostorno centriranom kockom, magnetično je, a u čvrstom stanju može otopiti vrlo malo ugljika, feromagnetično je, a na temperaturi od 768 °C postaje paramagnetično; gama-željezo (γ-Fe) ili austenit, stabilno između 906 i 1403 °C s nemagnetičnom plošno centriranom kockom; nemagnetično je i u čvrstom stanju može otopiti mnogo ugljika; delta-željezo (δ-Fe) stabilno iznad 1403 °C s prostorno centriranom kockom. "Fizikalna metalurgija I", dr.sc. Tanja Matković, dr.sc. Prosper Matković, www.simet.unizg.hr, 2011.
Alfa-željezo je feromagnetično do Curiejeve temperature od 770 °C (1043 K). Pri temperaturi 770 °C gubi feromagnetska svojstva, ali ne mijenja strukturu, pa se ponekad pogrešno naziva i beta-željezo. Na svojstva željeza znatno utječe već i malen udjel primjesa ili nečistoća. Tako je na primjer talište željeza koje sadrži 0,83% ugljika (eutektički sastav ili perlit) gotovo 800 °C niže od tališta čistoga željeza.
Željezo ima 9 izotopa (maseni broj od 52 do 60) i četvrti je element po udjelu u zemljinoj kori. U prirodi se željezo nalazi kao smjesa četiri stabilna izotopa: 54Fe (5,8%), 56Fe (91,72%), 57Fe (2,2%) i 58Fe (0,28%), a ostali su izotopi radioaktivni, s kratkim vremenom poluraspada, osim izotopa 60Fe (t1/2 = 3x105 godina). Izotop 56Fe poznat je kao nuklid s najstabilnijom atomskom jezgrom, jer ima najveću nuklearnu energiju vezanja.
Željezo se otapa u razrijeđenim kiselinama, u kiselinama s neoksidirajućim djelovanjem (na primjer u solnoj) te u vrućoj koncentriranoj natrijevoj lužini. Međutim, ne otapa se i ne nagrizaju ga koncentrirane kiseline s oksidirajućim djelovanjem (sumporna i dušična), jer u njima željezo postaje pasivno stvaranjem površinskoga oksidnog sloja (pasivnost metala). Željezo je na suhom zraku stabilno, ali na vlažnom zraku i u vodi korodira stvaranjem hrđe na svojoj površini, koja je po kemijskom sastavu hidratirani željezni(III) oksid (FeOOH). Sloj je hrđe porozan, mekan i lako se ljušti, ne štiti površinu željeza od daljnje korozije, pa je zbog toga korozija željeza velik tehnički problem. Sitnije čestice željeza mogu na zraku gorjeti, a u sasvim finom razdjeljenju željezo je piroforno, to jest samozapaljivo na zraku. Pri umjerenim temperaturama željezo se spaja u binarne spojeve s mnogim nemetalima, ponajprije s kisikom, ali i sa sumporom, ugljikom, halogenim elementima, arsenom, fosforom i silicijem te s nekim plinovima (amonijak, ugljikov dioksid) i vodenom parom.
Kao biogeni element, željezo spada u grupu esencijalnih elemenata gdje sudjeluje u prijenosu kisika. Željezo je važno za život biljaka i životinja i nalazi se u sastavu hemoglobina i kloroplasta u krvi, pa ga mora sadržavati hrana toplokrvnih životinja, kao i zemlja u kojoj rastu biljke. U organizmu odraslog čovjeka ima oko 5,85 grama željeza; od toga je 55% vezano za hemoglobin, 10% ga je u mioglobinu i 17% u staničnim heminima; oko 17% željeza nalazi se i u drugim organima (kao feritin i hemosiderin). Preparati željeza ubrajaju se u najstarija ljekovita sredstva; bili su poznati već u rimsko vrijeme. Danas se željezo u obliku topljivih ferosoli najviše upotrebljava za liječenje raznih oblika anemija. Manjak željeza dovodi do anemije, a višak može izazvati oštećenje jetre i bubrega. Za neke spojeve željeza se sumnja da su kancerogeni. "Elementi u tragovima - željezo", Iz knjige: prof. dr. Roko Živković "Dijetoterapija", www.zzjzpgz.hr, 2011.
Željezne slitine Različite vrste tehničkoga željeza, koje se koriste kao tehnički, konstrukcijski materijal, zapravo su slitine željeza s ugljikom. Dvije su vrste takvih slitina: čelik i lijevano željezo. Rastaljeno željezo može otopiti do 6,67% ugljika, dok je topljivost ugljika u čvrstom željezu mnogo manja, pa se višak ugljika izlučuje kao željezov karbid, Fe3C (cementit) ili, pri ekstremno polaganom hlađenju, kao grafit. Poznato je više faza i strukturnih oblika željeznih slitina različita sastava; osnovni su strukturni oblici ferit, austenit i cementit, a njihove su smjese perlit i ledeburit. Njihovo ravnotežno stanje na određenoj temperaturi prikazuje dijagram stanja željezo–ugljik. Taj je dijagram temelj za tumačenje razlika među svojstvima različitih slitina željeza s ugljikom, ili iste slitine tih elemenata na različitim temperaturama odnosno, za tumačenje promjena koje nastaju u tim slitinama kada se podvrgavaju obradbi pri kojoj im se mijenja temperatura ili sastav, ili oboje istodobno. Dijagram prikazuje odnose termodinamičke ravnoteže u dvama binarnim sustavima. Pune linije prikazuju granice između faza u metastabilnom sustavu Fe-Fe3C, a isprekidane linije u stabilnom sustavu Fe-C. Iznad linije ABCD (odnosno ABC′D′), zvane likvidus, slitina se nalazi u rastaljenom stanju (talina), a ispod linije AGHECF (odnosno AGHE′C′F′), zvane solidus, slitina je u čvrstom stanju. Linija likvidus pokazuje na kojim se temperaturama pri hlađenju taline određenoga sastava počinju izlučivati kristali, odnosno na kojoj će se temperaturi pri zagrijavanju slitine određenoga sastava rastaliti i posljednji kristalić, a linija solidus pokazuje na kojim temperaturama očvrsne i posljednja kap pri hlađenju taline, odnosno počinje se taliti slitina određenoga sastava. Slitina se u temperaturnom području između tih dviju linija sastoji od različitih smjesa preostale taline, α-željeza, δ–željeza i cementita. Ostale linije na dijagramu prikazuju ovisnost temperature prijelaza jedne čvrste faze u drugu o udjelu ugljika, uz pretpostavku da se temperaturne promjene odvijaju dovoljno polagano.
Od željeznih slitina koje ne sadrže ugljik važne su feroslitine (ferolegure). One uz željezo sadrže i velik, često i pretežan udjel drugih metala, ali se od njih ne izrađuju konačni proizvodi, nego one služe za dodavanje drugih elemenata u taline čelika i lijevanoga željeza radi legiranja, a i za uklanjanje nepoželjnih sastojaka iz talina.
Kemijski spojevi željeza Oksidacijska stanja Predstavnici kemijskih spojeva −2 rijetki – Na2[Fe(CO)4]; atomska ljuska d10 −1 rijetki – [Fe2(CO)8]2; atomska ljuska d9 0 [Fe(CO)5]; atomska ljuska d8 1 rijetki – Na2[Fe(NO)(OH2)5]; atomska ljuska d7 2 (dvovalentno željezo) FeO, FeS2, Fe(OH)2, [Fe(OH2)6]2 + (voda), FeF2, [Fe(η-C5H5)2] itd.; atomska ljuska d6 3 (trovalentno željezo) Fe2O3, Fe3O4, FeF3, FeCl3, Fe(OH)(O), [Fe(OH2)6]3+ (voda) itd.; atomska ljuska d5 4 rijetko, neki kompleksi; atomska ljuska d4 5 [FeO4]3 (?); atomska ljuska d3 6 K2[FeO4]; atomska ljuska d2
mini|desno|250px|Slika konja u okeru iz francuske špilje Lascaux.
mini|desno|250px|Hidratizirani željezov(III) klorid.
mini|desno|250px|Berlinsko modrilo je pigment kemijske formule Fe7(CN)18.
mini|desno|250px|Hematit je željezov oksidni mineral, kemijske formule α-Fe2O3, najstabilniji je i najrasprostranjeniji od svih željezovih oksida.
mini|desno|250px|Magnetit, kemijska formula Fe3O4, je crni ferimagnetički željezov oksid.
mini|desno|250px|Prikaz kristalne rešetke cementita (željezov karbid Fe3C). Atomi željeza su plave boje.
mini|desno|250px|Željezov(II) sulfat (FeSO4 x 7H2O) ili zelena galica.
mini|desno|250px|Ferocen.