Fakten über Eisen

Eisen ist ein wichtiger Baustein von Stahl, nährt Pflanzen und trägt zum Sauerstofftransport im Blut bei – Eisen ist ständig damit beschäftigt, das Leben auf der Erde zu erhalten.

Eisen ist eine spröde, harte Substanz, die im Periodensystem der Elemente als Metall der Gruppe 8 klassifiziert ist. Es ist das häufigste aller Metalle und korrodiert in seiner reinen Form schnell, wenn es feuchter Luft und hohen Temperaturen ausgesetzt wird. Eisen ist auch das vierthäufigste Element in der Erdkruste (nach Gewicht) und man nimmt an, dass ein Großteil des Erdkerns aus Eisen besteht. Nach Angaben des Los Alamos National Laboratory ist Eisen nicht nur auf der Erde, sondern auch in der Sonne und in Sternen reichlich vorhanden. Laut dem Jefferson Lab ist Eisen für das Überleben von Lebewesen von entscheidender Bedeutung. In Pflanzen spielt es eine Rolle bei der Produktion von Chlorophyll. Bei Tieren ist es ein Bestandteil des Hämoglobins – eines Proteins im Blut, das den Sauerstoff von den Lungen zu den Geweben im Körper transportiert.

Neunzig Prozent aller Metalle, die heutzutage veredelt werden, sind Eisen, so die Royal Society of Chemistry. Das meiste davon wird zur Herstellung von Stahl – einer Legierung aus Eisen und Kohlenstoff – verwendet, der wiederum in der verarbeitenden Industrie und im Bauwesen eingesetzt wird, zum Beispiel zur Herstellung von Stahlbeton. Rostfreier Stahl, der mindestens 10,5 Prozent Chrom enthält, ist äußerst korrosionsbeständig. Er wird für Küchenbesteck, Haushaltsgeräte und Kochgeschirr wie Pfannen und Bratpfannen aus Edelstahl verwendet. Der Zusatz anderer Elemente kann dem Stahl weitere nützliche Eigenschaften verleihen. Zum Beispiel erhöht Nickel seine Haltbarkeit und macht ihn hitze- und säurebeständiger; Mangan macht ihn widerstandsfähiger, während Wolfram dazu beiträgt, dass er auch bei hohen Temperaturen seine Härte behält, so das Jefferson Lab.

Nur die Fakten

• Atomzahl (Anzahl der Protonen im Kern): 26
• Atomsymbol (im Periodensystem der Elemente): Fe
• Atomgewicht (durchschnittliche Masse des Atoms): 55,845
• Dichte: 7,874 Gramm pro Kubikzentimeter
• Phase bei Raumtemperatur: Fest
• Schmelzpunkt: 1.538 Grad Celsius (2.800,4 Grad Fahrenheit)
• Siedepunkt: 2.861 Grad Celsius (5.181,8 Grad Fahrenheit)
• Anzahl der Isotope (Atome desselben Elements mit einer unterschiedlichen Anzahl von Neutronen): (bitte angeben, wie viele davon stabile Isotope sind): 33 Stabile Isotope: 4
• Häufigste Isotope: Eisen-56 (natürliche Häufigkeit: 91,754 Prozent)

Geschichte und Eigenschaften von Eisen

Archeologen schätzen, dass die Menschen Eisen seit mehr als 5.000 Jahren verwenden, so das Jefferson Lab. Es hat sich sogar herausgestellt, dass einige der ältesten Eisenarten, die der Menschheit bekannt sind, buchstäblich vom Himmel gefallen sind. In einer Studie, die 2013 im Journal of Archeological Science veröffentlicht wurde, untersuchten Forscher altägyptische Eisenperlen aus der Zeit um 3200 v. Chr. und stellten fest, dass sie aus Eisenmeteoriten hergestellt wurden. Auch im Alten Testament der Bibel wird Eisen mehrfach erwähnt, so das Los Alamos National Laboratory.

Eisen wird hauptsächlich aus den Mineralien Hämatit und Magnetit gewonnen. In geringerem Maße kann es auch aus den Mineralien Takonit, Limonit und Siderit gewonnen werden, so das Jefferson Lab. Nach Angaben des Los Alamos National Laboratory hat Eisen vier verschiedene allotrope Formen, d. h. vier verschiedene Strukturformen, in denen sich die Atome in unterschiedlichen Mustern verbinden. Diese Formen werden Ferrite genannt, bekannt als Alpha (magnetisch), Beta, Gamma und Omega.

Eisen ist ein wichtiger Nährstoff in unserer Ernährung. Eisenmangel, der häufigste Nährstoffmangel, kann zu Anämie und Müdigkeit führen, die die Fähigkeit, körperliche Arbeit zu verrichten, bei Erwachsenen beeinträchtigt. Nach Angaben der Centers for Disease Control and Prevention kann er auch das Gedächtnis und andere geistige Funktionen bei Jugendlichen beeinträchtigen. Frauen, die während der Schwangerschaft an Eisenmangel leiden, haben ein erhöhtes Risiko, kleine und frühe Babys zu bekommen, warnt die CDC.

Es gibt zwei Arten von Eisen in der Nahrung: Häm-Eisen und Nicht-Häm-Eisen. Häm-Eisen – die leichter absorbierte Eisenart – ist in Fleisch, Fisch und Geflügel enthalten, während Nicht-Häm-Eisen – das ebenfalls absorbiert wird, aber in geringerem Maße als Häm-Eisen – sowohl in pflanzlichen Lebensmitteln (wie Spinat, Grünkohl und Brokkoli) als auch in Fleisch enthalten ist, so das Amerikanische Rote Kreuz. Menschen absorbieren bis zu 30 Prozent des Häm-Eisens, verglichen mit 2 bis 10 Prozent des Nicht-Häm-Eisens, berichtet das ARC und fügt hinzu, dass Lebensmittel, die reich an Vitamin C sind, wie Tomaten oder Zitrusfrüchte, dazu beitragen können, dass Menschen das Nicht-Häm-Eisen absorbieren.

Wer hätte das gedacht?

• Das Blut ist rot aufgrund der Wechselwirkung zwischen Eisen und Sauerstoff, so die University of California, Santa Barbara. Das Blut sieht rot aus, weil die chemischen Bindungen zwischen den beiden Elementen das Licht reflektieren.
• Reines Eisen ist weich und formbar, so die Universität von Denver.
• Im Jahr 2007 entdeckten Forscher eine riesige Wolke eisenhaltigen Wassers, das aus hydrothermalen Quellen im südlichen Atlantik austrat.
• Eisen ist für das Wachstum von Phytoplankton notwendig – winzige Meeresbakterien, die Kohlendioxid aus der Atmosphäre für die Photosynthese nutzen. Einige Forscher haben daher argumentiert, dass die Düngung der Ozeane mit zusätzlichem Eisen dazu beitragen könnte, überschüssiges Kohlendioxid abzusaugen. Eine Studie, die im November 2010 online in den Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht wurde, kommt jedoch zu dem Schluss, dass dies möglicherweise keine so gute Idee ist, da all das zusätzliche Eisen das Wachstum von toxinproduzierenden Algen auslösen könnte, die zur Verschmutzung der marinen Tierwelt beitragen.
• Nach Angaben der Royal Society of Chemistry sind etwa 90 Prozent aller Metalle, die heute raffiniert werden, Eisen.
• Eisen ist ein wesentlicher Bestandteil einer Meteoritenklasse, die als Siderite bekannt ist, so das Los Alamos National Laboratory.
• Eine Eisensäule aus der Zeit um 400 n. Chr. steht heute noch in Delhi, Indien, so das Los Alamos National Laboratory. Die Säule ist etwa 7,25 Meter (23,75 Fuß) hoch und hat einen Durchmesser von 40 Zentimetern (15,75 Zoll). Obwohl die Säule den Witterungsbedingungen ausgesetzt ist, ist sie aufgrund ihrer einzigartigen Zusammensetzung von Metallen kaum korrodiert.
• Beispiele für eisenhaltige Lebensmittel sind Fleisch, wie Rind, Pute, Huhn und Schwein; Meeresfrüchte, wie Garnelen, Muscheln, Austern und Thunfisch; Gemüse, wie Spinat, Erbsen, Brokkoli, Süßkartoffeln und Saubohnen; Brot und Getreide, wie Kleie, Vollkornbrot und angereicherter Reis; andere Lebensmittel, wie Bohnen, Linsen, Tomatenmark, Tofu und Melasse, nach dem amerikanischen Roten Kreuz.
• Die Oberfläche des Mars ist rot, was auf die große Menge an Eisenoxid (Rost) auf seiner Oberfläche zurückzuführen ist, so Nature. Der Mars hat mehr als doppelt so viel Eisenoxid in seiner Kruste wie die Erde.
• Der feste innere und der flüssige äußere Kern der Erde bestehen hauptsächlich aus Eisen (etwa 85 bzw. 80 Gewichtsprozent). Der elektrische Strom, der durch das flüssige Eisen erzeugt wird, schafft das Magnetfeld, das die Erde schützt, so die NASA. Eisen findet sich auch in den Kernen aller Planeten des Sonnensystems.
• Eisen ist nach Angaben des JPL das schwerste Element, das in den Kernen von Sternen gebildet wird. Elemente, die schwerer sind als Eisen, können nur entstehen, wenn massereiche Sterne explodieren (Supernovae).
• Der lateinische Name für Eisen ist ferrum, daher auch sein Atomsymbol, Fe.
• Das Wort Eisen stammt von einem angelsächsischen Wort, iren. Laut WebElements leitet sich das Wort Eisen möglicherweise von früheren Wörtern ab, die „heiliges Metall“ bedeuten, da es zur Herstellung von Schwertern verwendet wurde, die bei den Kreuzzügen zum Einsatz kamen.

Aktuelle Forschung

Eisen war Gegenstand zahlreicher medizinischer Studien, von denen einige zeigen, dass ein hoher Eisengehalt im Blut mit einem erhöhten Risiko für Herz-Kreislauf-Probleme verbunden sein kann. „Es gibt einige Forschungsergebnisse, die darauf hindeuten, dass Menschen, die mehr Ferritin im Blut haben und Marker für einen höheren Eisengehalt im Körper aufweisen, ein höheres Risiko für einige Herz-Kreislauf-Erkrankungen haben“, so Judith Wylie-Rosett, Professorin an der Abteilung für Epidemiologie und Bevölkerungsgesundheit und an der medizinischen Fakultät des Albert Einstein College of Medicine der Yeshiva University in New York. „Und ob dies das Risiko verursacht oder ein Biomarker für etwas anderes ist, ist unklar“, so Wylie-Rosett gegenüber Live Science. (Ferritin ist eine Art von Protein, das Eisen speichert, während der Ferritin-Test die Eisenmenge im Blut misst.)

In einer 1992 in der Zeitschrift Circulation veröffentlichten Studie an mehr als 1.900 finnischen Männern im Alter von 42 bis 60 Jahren fanden Forscher einen Zusammenhang zwischen hohen Eisenspiegeln und einem erhöhten Herzinfarktrisiko. In einer neueren Studie, die im Januar 2014 online im Journal of Nutrition veröffentlicht wurde, fanden Forscher heraus, dass Häm-Eisen, das in Fleisch vorkommt, das Risiko für koronare Herzkrankheiten um 57 Prozent erhöht, aber kein solcher Zusammenhang zwischen Nicht-Häm-Eisen und dem Risiko für koronare Herzkrankheiten gefunden wurde.

Interessanterweise hat die jüngste Forschung auch die Anhäufung von Eisen im Gehirn mit der Alzheimer-Krankheit in Verbindung gebracht. In einer Studie, die im August 2013 im Journal of Alzheimer’s Disease veröffentlicht wurde, fanden Forscher heraus, dass die Eisenmenge im Hippocampus – einem Bereich des Gehirns, der mit der Bildung von Erinnerungen in Verbindung gebracht wird – bei Menschen mit Alzheimer-Krankheit erhöht war und mit Gewebeschäden im Hippocampus-Bereich in Verbindung stand, nicht aber bei gesunden älteren Menschen.

„Die Anhäufung von Eisen im Gehirn kann durch modifizierende Umweltfaktoren beeinflusst werden, z. B. durch die Menge an rotem Fleisch und Eisenpräparaten, die wir zu uns nehmen, und bei Frauen durch eine Hysterektomie vor der Menopause“, so Studienautor Dr. George Bartzokis, Professor für Psychiatrie am Semel Institute for Neuroscience and Human Behavior an der UCLA, sagte in einer Erklärung.

Eisenmangel wurde auch mit Depressionen in Verbindung gebracht, so eine 2017 im Journal of Psychiatric Research veröffentlichte Studie einer Gruppe australischer Forscher, die versuchte, einen Zusammenhang zwischen Genetik, Eisenspiegel und Depressionen, insbesondere bei Jugendlichen, zu finden. Die Forscher fanden heraus, dass es zwar einen Zusammenhang zwischen dem Eisenspiegel im Blut und dem Ausmaß der Depression gibt, dass aber kein Beweis für einen genetischen Zusammenhang zwischen den beiden besteht. Die Forscher verwendeten Daten aus Zwillingsstudien und untersuchten eine Reihe von Faktoren, während sie Zwillinge im Teenageralter mit erwachsenen Zwillingen verglichen. Der Zusammenhang zwischen Eisenspiegeln und Depressionen wird am ehesten in Zeiträumen beobachtet, in denen der Körper höhere Eisenmengen benötigt, wie etwa während Wachstumsschüben.

Ein 2017 im European Journal of Nutrition veröffentlichter Artikel einer Forschergruppe aus dem Iran beschreibt eine Studie, in der neuen, nicht anämischen Müttern mit postpartaler Depression (PPD) Eisenpräparate verabreicht wurden. Eine Gruppe von 70 Frauen begann eine Woche nach der Geburt mit der Doppelblindstudie, und die PPD-Symptome wurden sechs Wochen später verglichen. Die Gruppe, die das Eisenpräparat einnahm, erfuhr eine signifikant größere Verbesserung der PPD-Symptome als die Gruppe, die das Placebo einnahm.

Zusätzliche Berichterstattung von Rachel Ross, Live Science Contributor