Üldiselt Rauast

    Mendelejevi elementide tabelis on raske leida mõnda teist elementi, millega inimkonna elu oleks nii lahutamatult seotud, kui rauaga.

   Raud on maailma kõige tähtsam ehitusmaterjal. Rauda on kõikjal. Astronoomid on leidnud spektraalanalüüsi abil rauda kaugete ja lähedaste arvutute tähtede hõõguvates atmosfäärides. Geofüüsikud kinnitavad, et maakera tuum koosneb rauast ja sellega sarnaste metallide, nikli ja koobalti lisanditest. Maakoor ei ole suurem, kui õhuke tagikiht, milles geokeemikute arvutuste järgi on 4,5% rauda. Maakera pinnal on raud levinud kõikjal. Teda leidub peaaegu kõikides savides, liivades ja kivimites. Mõnedes maakohtades moodustab ta suuri maagilademeid, millest näiteks Uraalis koosnevad terved mäed – Bakan, Võssokaja, Magnitnaja jt. Agronoomid leiavad rauda igal pool pinnases. Biokeemikud on avastanud, et raual on tähtis osa ka taimede, loomade ja inimese elus.

   Olles hemoglobiini koostisosa, põhjustab raud selle aine punase värvuse, millest omakorda sõltub vere värvus. Täiskasvanud inimese organismis on rauda 3 g, millest 75% on hemoglobiini koostises. Hemoglobiin võtab osa hingamisest. Loomade ja inimese organismis on raud levinud “kõikjal”: rauda on isegi silmaläätse ja sarvkesta kudedes, kus ei ole üldse veresooni. Rauda on kõige rohkem maksas ja põrnas.

   Raud on vajalik ka taimedele. Ta võtab osa protoplasma oksüdeerimisprotsessidest, taimede hingamisest ja klorofülli ehitamisest, kuigi raud ise ei kuulu klorofülli koostisse.

   Inimene tutvus rauaga juba kaugetel aegadel. On alust arvata, et raua proovid, mida hoidsid käes ürginimesed, ei olnud maismaa päritoluga. Olles universumi igaveste rändurite – meteoriitide koostises, mis juhuslikult leidsid varjupaiga meie planeedil, oli meteoriitraud selleks materjaliks, millest inimene esmakordselt valmistas raudesemeid. Möödus sadu ja tuhandeid aastaid, enne kui inimene õppis maagist rauda tootma. Sellest momendist algas rauasajand, mis kestab ka käesoleval ajal. Teadlaste hulgas on domineeriv seisukoht, et rauda õppis inimkond tundma umbes 5000-6000 aastat tagasi.

   Nagu juba eespool mainitud, esineb raud ehedalt maa peal peamiselt meteoriitse, “kosmilise” rauana. Maailmas kõige suurem raudmeteoriit, mida vaadeldi langemisel, asub Moskvas (1966. aasta andmed). Meteoriit purunes langemisel 18. oktoobril 1916. a. Boguslavski küla lähedal Kaug-Idas. Kaks kildu, mille leidis spetsiaalne ekspeditsioon, kaaluvad 256 kg. Raudmeteoriidid ei sisalda siiski ainult rauda, vaid ka niklit, koobaltit ja teisi metalle.

   Vähesel määral leidub rauda maapinnal ka ehedalt. Ehe raud esineb  väikeste liistakutena, harvemini suuremate osakestena analoogiliselt väärismetallide kulla ja plaatinaga. Ehedat rauda on leitud Senegalis ja mitmes paigas Siberis. Erinevalt meteoriidirauast on eheda raua niklisisaldus väga väike.

Raua kasutamine

   Mõningail andmeil olevat esimestena hakanud rauda laialdaselt kasutama Väike-Aasias elanud hetiidid, kes umbes 3400 aastat tagasi valmistasid rauast majapidamisesemeid (katlaid) ja sõjariistu (mõõku, odasid, kilpe ja nooleotsi). Raudrelvad, mis olid vastupidavamad ja paremad kui pronksrelvad, võimaldasid hetiitidel laiendada oma võimu naabermaadele. Eestis on vanimad raudesemed leitud Kohtla-Järve kandist ja need pärinevad 1.aastatuhande keskelt e. m. a.

   Muistses Egiptuses oli raual kultuslik ja juveliirne tähtsus. Vanim leid on aastast 3500 e.m.a. pärinev meteoriitrauast helmes. Teisest aastatuhandest e. m. a. pärinevad mitmed amuletid. Ka kivide töötlemiseks kasutati rauast tööriistu. Kaua aega peeti rauda väärismetalliks. On olnud ajajärke, mil rauda hinnati kullast kallimaks. Alistatud Assüüria rahvad maksid 9. saj. e. m. a. andameid kulla, hõbeda ja rauaga. On leitud Assüüria turuplatsidelt tahvlid, millelt on aru saada, et rauda peeti hõbedast 40 korda ja kullast 5 korda kallimaks. Aafrika hõimude naistel oli tavaks ennast raudvõrudega ehtida.

   18. sajandi lõpul ja 19. sajandi lõpul algas raua võidukäik tehnikas: ehitati esimene raudsild, esimene rauast veejuhe, ellingutelt lasti vette esimene raudlaev, rajati raudteed. Nagu ülistuslaul rauale kerkis Eiffeli torn.

   Palju rauda kulus ka mõlemas maailmasõjas. Esimese maailmasõja ajal kulutas ainuüksi Saksamaa mürskude, torpeedode, pommide, miinide ja granaatide valmistamiseks kuni 10 miljonit tonni metalli aastas.

   Rauda kasutatakse ammust ajast meditsiinis verevaesuse, kõhnumise ja jõu vähenemise ravimisel.

   Loomulikult on veel väga palju asju rauast tehtud, alustades õmblusnõelast, naelast, kirvest ja lõpetades raudteevõrgu, lennukite emalaevade ja ujuvate kindlustega. Need on vaid mõned näited raua kasutamisest. Ning kui hakata üles lugema erinevaid rauast valmistatud tööriistu, majapidamistarbeid, sportimisvahendeid (nt. hantlid, kuulid, kettad), relvi ja mitmeid teisi asju, siis kataks see nimekiri palju rohkem lehti, kui on ette nähtud selle referaadi jaoks. Kuid ma loodan, et nendest näidetest praeguseks piisab.

Raua omadused

Raua füüsikalised omadused.

   Puhas raud on keskmise kõvadusega hõbevalge metall. Raud on mehaaniliselt hästi töödeldav plastiline metall. Teda on võimalik valtsida õhukeseks leheks ja venitada traadiks. Raud on suhteliselt raske. Kõrge sulamistemperatuuriga. Mitmesuguste lisandite mõjul muutub raud kõvemaks, vähem plastilisemaks ja hapramaks. Rauda ja tema sulameid on võimalik magneetida.

Raua keemilised omadused.

   Raud on keskmise keemilise aktiivsusega metall. Raua aatomi väliskihil on kaks elektroni ja eelmise kihi välisel alakihil kuus elektroni. Selle alakihi stabiilne olek on viis või kümme elektroni. Stabiilse oleku saavutamiseks loovutab raua aatom väliskihi kaks ja eelmise kihi ühe elektroni – seega kokku kolm elektroni ja muutub raud(I I I) iooniks (Fe3+).

   Raud (I I I) ühendid ongi kõige püsivamad.

   Ohu käes kattub raud oksiidide kihiga, mis koosneb põhiliselt raud(I I I) oksiidist Fe2O3 , kuid võib sisaldada ka Fe3O4 . Raua pinnale tekkiv rooste sisaldab peale nende oksiidide veel ka hüdroksiidi Fe(OH)3. Raua rooste ei ole tihe ega kaitse teda edasise roostetamise eest. Raua kuumutamisel kuivas õhus tekib tema pinnale musta värvi Fe3O4. Seda nimetatakse rauatagiks. Fe3O4 kiht on küllalt tihe ja kaitseb rauda roostetamise eest palju paremini kui Fe2O3 kiht.

   Raud kui keskmiselt aktiivne metall reageerib hästi lahjendatud hapetega.

                                                Fe + 2HCl = FeCl2 + H2­

Kontsentreeritud väävel - ja lämmastikhappega raud ei reageeri. Nende toimel tekib metalli pinnale väga tihe oksiidikiht ja reaktsioon edasi ei lähe. Niisugust nähtust nimetatakse metalli passiveerumiseks. Sel põhjusel võib kontsentreeritud väävel – ja lämmastikhapet transportida rauanumates.

   Raua oksiidid veega praktiliselt ei reageeri. Seetõttu tema hüdroksiide saadakse kaudsetel meetoditel, näiteks vastava soola reageerimisel leelisega.

                                                FeCl3 + 3Na(OH)3i + 3NaCl

Raua ja rauasulamite tootmine

   Rauda toodetakse rauamaagist erilistes suurtes ahjudes, mida nimetatakse kõrgahjudeks. Kõrgahjus toimub raudoksiidi redutseerimine süsinikoksiidi abil.

   Kõrgahjus tekkiv raud reageerib osaliselt süsinikoksiidi, süsiniku ja teiste ainetega (räni, väävel). Seetõttu kõrgahjus ei saada puhast rauda, vaid sulamit, mida nimetatakse malmiks. Malm sisaldab 1,7-5% süsinikku ja veel teisi lisandeid.

   Suurem osa kõrgahjudes toodetud malmist kulub terase tootmiseks. Teras sisaldab süsinikku alla 1,7% ja terase tootmisel on põhiprotsessiks süsiniku ülejäägi kõrvaldamine malmist.

Raud (Ferrum) Mendelejevi tabelis

   Raua tähis on Fe. 

Raud asub Perioodilisustabelis 4. perioodis VIIIB rühmas. Ta kuulub siirdemetallide hulka.

   Raual on, nagu enamikel siirdemetallidel, aatomite väliselektronkihis kaks elektroni. Eelviimane elektronkiht on vaid osaliselt elektronidega täidetud.

                                             Fe: +26    2)8)14)2)

Raua aatomnumber on 26. Raua aatommass on 55,85.

Huvitavaid  fakte, hüpoteese ja paradokse rauast

·         1874. a. täheldas Kaasani ülikooli dotsent Smirnov, et Kurski kubermangus kaldub magnetnõel normaalasendist kõrvale. Sajandi lõpul tegi Eestist pärinev Moskva ülikooli professor E. Leist (Leyst) kindlaks, et magnetilist anomaaliat põhjustavad magnetrauamaagi hiigellademed.

• Teadaolevaks vanimaks raudesemeks peetakse Austria Alpidest tertsiaari kivisöekihist leitud töödeldud terasest rööptahukat ja mitut raudnaela meenutavat eset. Shotimaa söekihist leiti koguni primitiivne suurtükk. Kõik need leiud pärinevad aga ajast, mil inimest veel polnud. Mõistlikku seletust anda ei osata, kuigi on püstitatud hüpoteese, seostamaks esemete päritolu tulnukate viibimisega meie planeedil.
• Aastal 2900 e. m. a. rajatud Egiptuse püramiidis avastati hästi säilinud raudpeitel, mis oli valmistatud maagist saadud rauast. Otsustades raua saamist käsitlevate muistsete savitahvlite ja kivibareljeefide, samuti räbu vanuse järgi, hakati rauamaagist metalli tootma alles aastail 1700 – 1500 e. m. a., peitel on aga  1200 – 1400 aastat vanem.
• Raua isotoop raud-55, mida saadakse tuumareaktoritest, on pehme röntgenikiirguse allikas. Selle isotoobi alusel konstrueerit miniatuursed röntgeniaparaadid, mida kasutatakse meditsiinis ja tehnikas.
• Itaalia arheoloogiaekspeditsioon avastas Kafue jõe ääres (Sambesi jõestik) rauasulatusahju jäänused koos ðlakiga. Ahju vanus on vähemalt 4000 aastat. Rauda toodeti rauamaagist, mitte meteoriitidest.
• USA aatomiuurimise vanimas keskuses Aragoni rahvuslaboris on nn. raudkamber, kus määratakse radioaktiivsete elementide esinemist ja jaotust inimkehas. Et isoleerida uurimisobjekti kosmilisest kiirgusest, paigutatakse inimene raudkambrisse mõõtmetega 2,4 X 1,8 X 1,93 m. Seinte ja põranda paksus on umbes 0,6 m. Kui 1940. aastate algul põhjustasid inimkeha radioaktiivsust peamiselt kaaliumi-40 ühendid, siis pärast aatomipommide katsetamist avastati inimorganismis radioaktiivseid isotoope tseesium-137, strontsium-90 jt.
• Kuu pinnal avastati uus mineraal, mida kolme USA astronaudi järgi nimetatakse armalkoliidiks (N. Armstrong, E. Aldrin, M. Collins). Keemiliselt on see raudmangaantitanaat.
• Kasli malmivalutehas Uraalis (asut. 1747. a.) sai 19. sajandi algul kuulsaks suurepäraste malmivalutöödega. Seal tehti arhitektuurseid ilustusi, aiaväravaid, vaase, pinke, skulptuure. Tehase eksponaadid pälvisid Pariisi, Viini, Philadelphia, Peterburi,  Moskva,  Kopenhaageni ja Stockholmi näitustel suurt tähelepanu ja said auhindu. Pariisi 1900. a. maailmanäitusel oli üheks shedöövriks enam kui tuhandest üksikosast koosnev malmpaviljon
• Mustmetallurgias tõotab kujuneda perspektiivseks raua ja terase tootmine ühes astmes: terast saadakse rauamaagist otseselt, ilma kõrgahjuprotsessita. Areneb koksita metallurgia, s.t. koksi asemel hakatakse energiaallikana ja redutseerijana kasutama maagaasi ja vesinikku. Keskkonnakaitse seisukohalt on kõige eelistatum energiaallikas ja redutseerija vesinik. Seejuures on ainsaks heitaineks veeaur.
• Vastupidi S.Baleþini seisukohtadele väidab Aleksandr Kazantsev oma raamatus “Külalised kosmosest” Delhi samba mittemaist päritolu. Autori arvates polnud nii suure puhtusega rauda samba ehitamise ajal võimalik toota, samuti võis tekkida ehitustehnilisi raskusi. Seepärast meenutab Kazantsev üht vanaindia legendi ja oletab, et sammas võis olla kosmosekülaliste lennuaparaadi detail.

Lõpetuseks

   Raud on meile – inimestele väga tähtis. Alustades sellest, et rauda on ka inimese organismis, hemoglobiini koostises, lõpetades sellega et rauast või tema sulamitest on  ehitatud väga palju meile praegusel ajal ülimalt vajalikke hooneid, ja rauast on valmistatud ka palju väga vajalikke tarbeesemeid, ilma milleta ei kujutaks elu hästi ette.

   Kui ma kogusin selle referaadi jaoks materjali, siis ühe raamatus oli välja toodud üks väga tore legend, mis räägib küll raua tähtsusest muinasajal, kuid see sobib ka seda referaati lõpetama: “Pärast Jeruusalemma templi valmimist olevat kuningas Saalomon kutsunud pidusöögile kõikide ehituskunstide esindajad ja küsinud neilt, kelle tööd nad peavad kõige tähtsamaks. Iga meister – puusepad, kiviraidurid, müürsepad, mullatöölised jt. – pidasid loomulikult oma tööd kõige tähtsamaks. Kui Saalomon aga küsis, kelle tehtud tööriistadega nad töötasid, siis vastasid kõik ühtmoodi: ilma sepa valmistatud tööriistadeta ei oleks keegi saanud töötada.”