IJzer vormt het kantelpunt in de evolutie van sterren

Als je de aarde op een weegschaal zou zetten, zou haar gewicht volgens geologen maar liefst 5.974.000.000.000.000.000.000.000 kilo bedragen. En ijzer neemt daarvan maar liefst een derde voor zijn rekening. Want hoewel het element ‘slechts’ 6 procent van de aardkorst uitmaakt, bestaat de aardkern vrijwel geheel uit ijzer.

IJzer is het zesde meest voorkomende element in het universum – de top vijf zijn waterstof, helium, zuurstof, koolstof en neon. Wat metalen betreft, staat ijzer op nummer 1: geen enkel ander metaal is in zo’n overvloed aanwezig in het universum.

IJzer vormt niet alleen de kern van onze aarde, maar ook die van een ster die op ontploffen staat. ‘Jonge sterren’ bestaan ​​uit waterstof, en in hun kern is het zo heet en de druk zo hoog dat de atoomkernen samensmelten tot helium. Bij dit proces, kernfusie, komt energie vrij die we vanaf de aarde als straling kunnen zien. Helium versmelt verder tot koolstof, koolstof tot silicium en uiteindelijk wordt aan het einde van de nucleosynthese – de elementvorming in sterren – ijzer gevormd. En daarmee is een omslagpunt bereikt.

Wanneer ijzeratomen in die hete sterkern samensmelten, komt er geen energie meer vrij, maar kost het de ster energie. Zonder het kernfusieproces stort de ster in onder zijn eigen zwaartekracht en explodeert vervolgens in een enorme explosie. Tijdens zo’n zogenaamde supernova wordt het ‘puin’ van de ster de ruimte in geslingerd – en kan zo de basis vormen voor bijvoorbeeld een nieuwe planeet. Op aarde vind je ijzer in het menselijk lichaam: in ons bloed.

Er is zelfs een eigen tijdperk naar ijzer vernoemd. De IJzertijd volgde op de Bronstijd: vanaf ongeveer 800 voor Christus werden veel zwaarden en gereedschappen van ijzer gemaakt. Want brons is weliswaar harder, maar heeft ook een aantal nadelen: als legering van tin en koper is het productieproces arbeidsintensiever. IJzer is ook gemakkelijker te winnen, juist omdat het zo overvloedig aanwezig is in de aardkorst.

Het waren de Hettieten, die vanaf ongeveer 2000 voor Christus in het huidige Turkije woonden, die als eersten een proces ontwikkelden om ijzer uit ijzererts te winnen: met behulp van houtskool. Aanvankelijk hielden ze hun ontdekking geheim, zodat alleen zij met ijzeren wapens konden vechten. Na de val van het Hettitische rijk breidde de ijzerproductie zich uit.

Verontreinigde slakken

Tegenwoordig wordt ijzer in hoogovens uit ijzererts gewonnen met behulp van cokes: steenkool die als brandstof wordt gebruikt. Via enkele tussenstappen ontstaat zowel vloeibaar ijzer als een vervuilde ‘slak’: een bijproduct bestaande uit ongewenste stoffen die uiteindelijk tot cement kunnen worden verwerkt. Het aanvankelijk gewonnen ruwijzer is bros en bevat een hoog koolstofpercentage. Het eindproduct dat overblijft na het verwijderen van de slak bevat nog een klein percentage koolstof. Bij minder dan 0,05 procent koolstof spreekt men van smeedijzer, daarboven spreekt men van staal (tot 2 procent) of gietijzer (ruim 2 procent). Indien gewenst kunnen andere metalen als legering aan staal worden toegevoegd. Maar dat staal maken geen schoon proces is, blijkt wel uit de discussies rond Tata Steel…