rauta

Rauta (lat. ferrum) on siirtymämetallien ryhmään kuuluva alkuaine, jonka kemiallinen merkki on Fe. Suomen kielen sana rauta tulee muinaisruotsin sanasta raud, nykyruotsiksi röd, joka tarkoittaa alun perin järvimalmin punaista väriä.

Rauta on painavin tähdissä nukleosynteesin kautta syntyvä alkuaine. Näin ollen se on yleisin raskasmetalli maailmankaikkeudessa. Jaksollisessa järjestelmässä rauta on 26. alkuaine. Se on hopean värinen, kiiltävä ja ferromagneettinen metalli, jolla on useita hyödyllisiä käyttökohteita. Puhtaana se on jokseenkin pehmeää, mutta monet sitä pääaineksenaan sisältävät metalliseokset ovat erittäin kovia. Niitä käytetään muun muassa työkaluihin, rakennustarvikkeisiin, koneisiin, ajoneuvoihin ja aseisiin. Tärkeimpiä rautaseoksia ovat teräkset ja valuraudat.

Rauta reagoi helposti hapen kanssa varsinkin joutuessaan samalla tekemisiin veden kanssa. Tätä hapettumisreaktiota sanotaan ruostumiseksi. Siinä syntyvä aine, ruoste, on etupäässä rautaoksidien ja rautahydroksidien seosta. Se on huokoista, joten rautaesineet voivat ruostua vähitellen kokonaan, toisin kuin useat muut metallit, jotka hapettuvat vain pinnalta. Epäjalona metallina rauta reagoi myös happojen kanssa muodostaen samalla vetyä.

Esiintyminen

Rautaa esiintyy luonnossa vapaana meteoriittirautana. Maankuoressa sitä on kuitenkin paljon enemmän erilaisina yhdisteinä kuten magnetiittina, hematiittina ja rikkikiisuna. Se on neljänneksi yleisin alkuaine ja toiseksi yleisin metalli maankuoressa, jossa sitä on noin 5 prosenttia. Nykyisten geologisten teorioiden mukaan maapallon sisin osa sisältää etupäässä rautaa ja nikkeliä. Jos teoria pitää paikkansa, maapallolla on rautaa enemmän kuin mitään muuta alkuainetta, noin 35 prosenttia Maan massasta.

Rautaoksidia on runsaasti myös Marsin pintakerroksissa, jotka saavat niistä punertavan värinsä.^[2]

Historia

Löytövuosi on esihistoriallinen. Ensimmäiset todisteet raudan käytöstä ovat Sumerista ja Egyptistä noin 4000 ennen ajanlaskun alkua. Silloin raudasta tehtiin pääasiassa keihään kärkiä tai muita suhteellisen pieniä esineitä, koska rautaa kerättiin meteoriittien jäännöksistä, jotka ovat varsin harvinaisia. Yleiseksi sen käyttö tuli kuitenkin sen jälkeen, kun sitä ensin Lähi-idässä noin 1400 eaa. ja myöhemmin muuallakin opittiin valmistamaan pelkistämällä oksidimalmeista. Tällöin pronssikausi päättyi ja alkoi rautakausi. Nykyisin lähes yksinomaisesti käytetyt teräksen ja valuraudan valmistusmenetelmät on kuitenkin keksitty vasta 1800-luvulla tai myöhemmin.^[3]

Raudan valmistus

Pääartikkeli: Raudan valmistus

Vaikka rautaa on lähes kaikissa kivilajeissa, sen valmistamiseksi kannattaa yleensä louhia vain sellaisia malmeja, joissa sitä on vähintään 30 prosenttia. Magnetiitti on perinteinen rautaa sisältävä mineraali, jota on louhittu esimerkiksi Ruotsin Kiirunassa ja Pohjois-Amerikassa. Nykyisin suuri osa raudasta saadaan hematiitti­esiintymistä, joissa louheen rautapitoisuus on noin 60 %. Raakarautaa valmistetaan rautaoksidi­malmista hiilellä pelkistämällä masuuneissa.^[4] Yli puolet maailmassa käytetystä raudasta on tällä hetkellä kierrätettyä romurautaa, joka sulatetaan valokaariuuneissa jatkojalostusta varten.^lähde? Kierrättäminen vähentää hiilidioksidipäästöjä ja veden kulutusta huomattavasti.^[5]

Raudan käyttö

Rauta on ihmiskunnan tärkein metalli. Sitä käytetään moninkertaisesti enemmän kuin kaikkia muita metalleja yhteensä - on jopa arvioitu, että 95 % ihmiskunnan käyttämästä metallista on rautaa.^[4] Rauta on pääainesosa erityyppisissä teräksissä lukemattomiin eri käyttötarkoituksiin käytettynä. Valurautojen tärkein ainesosa on raudan ohella hiili, joka esiintyy puhtaana joko suomugrafiittina tai pallografiittina rautamatriisissa, joka muodostuu hiiliteräksissäkin esiintyvistä faaseista: ferriitti, perliitti, martensiitti, jäännösausteniitti ja seostuksen avulla aikaansaadut erilaiset metallikarbidit. Hiilipitoisuuden mukaan rautaseokset jaotellaan seuraavasti^[6]:

• yli 4,5 % takkirauta
• yli 1,7 % valurauta
• alle 1,7 % teräs
• alle 0,05 % meltorauta

Rautaa käytetään sen ferromagneettisuuden vuoksi myös erilaisiin magneetteihin muun muassa elektroniikassa ja sähkömoottoreissa. Eräisiin sähköteknisiin tarkoituksiin käytetään myös elektrolyysin avulla valmistettua puhdasta rautaa, elektrolyyttirautaa, jossa ei ole lainkaan hiiltä.

Rautaa käytetään myös katalyyttinä ammoniakin valmistukseen.

Yhdisteet

Kemiallisissa yhdisteissä raudan hapetusluku on useimmiten +II tai +III. Se muodostaa kahden- ja kolmenarvoisia positiivisia ioneja Fe³⁺ ja Fe²⁺. Fe²⁺-ioni tunnetaan myös nimellä ferro-ioni, ja sen sisältäviä yhdisteitä sanotaan ferroyhdisteiksi, esimerkiksi ferrosulfaatti eli rauta(II)sulfaatti (FeSO₄).^[7] Vastaavasti ioni Fe³⁺ tunnetaan nimellä ferri-ioni, ja se esiintyy esimerkiksi ferrikloridissa (FeCl₃). Nykyisen IUPAC:in standardin mukaan ioneista tulisi kuitenkin käyttää nimityksiä rauta(III) ja rauta(II).

Rautaa on myös joissakin orgaanisissa yhdisteissä kuten hemoglobiinissa. Rauta muodostaa myös kompleksiyhdisteitä, joissa se on keskusatomina. Ligandina voi olla joko epäorgaaninen tai orgaaninen ryhmä kuten hemoglobiinissa.

Ravitsemus

Italialainen lääkäri Vincenzo Menghini havaitsi veren sisältävän rautaa vuonna 1745. Rauta on veren punasoluissa esiintyvässä hemoglobiinissa hapen sitoja. Punasolut kuljettavat happea kudoksiin. Tärkeän tehtävänsä takia rauta on ravitsemuksessa tärkeä hivenaine. Aikuisen ihmisen kehossa on rautaa yhteensä 4–5 g. Liika raudan saanti on haitallista, sillä se vaurioittaa maksaa ja munuaisia.

Ravinnossamme rautaa esiintyy kahdessa eri muodossa: nonhemi- ja hemirautana. Lihan ja kalan raudasta noin puolet on hemirautaa, joka imeytyy nonhemirautaa paremmin. Kasvikunnan tuotteiden rauta on nonhemirautaa. C-vitamiini parantaa kuitenkin nonhemiraudan imeytymisen jopa nelinkertaiseksi. Kalsium heikentää sekä hemi- että nonhemiraudan imeytymistä. Jos käyttää kalsiumlisiä, ne suositellaan otettavaksi aterioiden välillä.

Raudan puute aiheuttaa anemiaa, josta kärsii noin kolmekymmentä prosenttia maailman väestöstä. Aneemisen ihmisen punasolujen rakenne poikkeaa normaalista tai niitä on liian vähän. Naiset menettävät rautaa kuukautisten aikana. Lisärautaa ei kuitenkaan pidä syödä varmuuden vuoksi, koska terve ihminen harvoin tarvitsee sitä. Raudan puutos kannattaa aina käydä tutkituttamassa lääkärillä/terveydenhoitajalla ennen kuin tarttuu rautavalmistepurkkiin.

Punaisesta lihasta rauta imeytyy hyvin. Muita raudan lähteitä ovat maksa ja täysjyvävilja. Sen sijaan perinteisesti hyväksi raudanlähteeksi mainitusta pinaatista rauta ei imeydy hyvin sen sisältämän oksaalihapon takia eikä pinaatissa ole enemmän rautaa kuin muissakaan vihreissä kasviksissa.^[8]

Raudan tarve ja saanti

Valtion ravitsemusneuvottelukunnan suositusten mukaan rautaa tulisi saada 1,6 mg/vrk ravinnosta energiana saatua megajoulea kohti eli aikuisilla naisilla noin 15 mg/vrk ja miehillä 9 mg/vrk. Naisten raudantarve vaihtelee yksilöllisesti ja riippuu kuukautisten aiheuttamasta raudan menetyksestä. Osa naisista tarvitseekin rautatäydennystä ravintoainevalmisteista. Vaihdevuosien alettua tarve vähenee. Lapsilla ja nuorilla raudan saantisuositus vaihtelee iän mukaan. Raudan imeytymiseen vaikuttaa muun aterian koostumus: C-vitamiini, liha ja kala parantavat sitä ja esimerkiksi kasvisten polyfenolit ja viljavalmisteiden fytiinihappo puolestaan heikentävät sitä. Suurimmaksi hyväksyttäväksi päiväsaanniksi on määritelty aikuiselle 25 mg/vrk (sisältää ruoasta saatavan raudan ja korkeintaan 10 mg/vrk ravintoainevalmisteesta).^[9] Finravinto 2007 tutkimuksen mukaan suomalaiset saavat rautaa keskimäärin: naiset 10,3 mg/vrk (1,6 mg/MJ/vrk) ja miehet 13,6 mg/vrk (1,5 mg/MJ/vrk). Suosituksiin verrattuna rautaa saadaan liian niukasti, erityisesti noin puolella naisista saanti on pienempää kuin keskimääräinen tarve. Vilja- ja leivontatuotteet ovat Suomessa tärkein raudan lähde. Lisäksi rautaa saadaan runsaasti liharuoista, kasviksista, hedelmistä ja marjoista.^[10]

Lähteet

Aiheesta muualla

• Kuvia tai muita tiedostoja aiheesta rauta Wikimedia Commonsissa
• Fineli: Raudan lähteet ruoka-aineissa
• PubChem: Iron (englanniksi)
• DrugBank: Iron (englanniksi)
• Human Metabolome Database: Iron (englanniksi)
• KEGG: Iron (englanniksi)
• ChemBlink: Iron (englanniksi)
• The Isotopes Project Home Page: Luettelo raudan isotoopeista (englanniksi)
• Mindat: Iron (englanniksi)
• Webmineral: Iron Mineral Data (englanniksi)
• Handbook of Mineralogy: Iron (pdf) (englanniksi)