IJzer vormt het kantelpunt in de evolutie van sterren

Zou je de aarde op een weegschaal leggen, dan zou het gewicht volgens geologen maar liefst 5.974.000.000.000.000.000.000.000 kilo bedragen. En ijzer neemt maar liefst een derde daarvan voor z’n rekening. Want hoewel het element ‘slechts’ 6 procent van de aardkorst uitmaakt, bestaat de aardkern bijna volledig uit ijzer.

IJzer is het op vijf na meest voorkomende element in het heelal – de topvijf bestaat uit waterstof, helium, zuurstof, koolstof en neon. Wat de metalen betreft heeft ijzer wel een nummer-1-positie: geen ander metaal is in zúlke ruime mate in het universum aanwezig.

IJzer vormt niet alleen de kern van onze aarde, maar ook die van een ster die op het punt staat te exploderen. ‘Jonge sterren’ bestaan uit waterstof, en in hun kern is het zó heet en is de druk zodanig opgevoerd dat de atoomkernen samensmelten tot helium. Bij dat proces, kernfusie, komt energie vrij die wij vanaf aarde als straling kunnen zien. Helium fuseert verder tot koolstof, koolstof tot silicium en uiteindelijk, aan het eind van die nucleosynthese – de elementvorming in sterren – ontstaat ijzer. En daarmee wordt een kantelpunt bereikt.

Wanneer ijzeratomen in die hete sterrenkern samensmelten komt er namelijk niet langer energie vrij maar kóst het de ster energie. Zonder dat proces van kernfusie bezwijkt de ster onder zijn eigen zwaartekracht en barst vervolgens met een enorme explosie uiteen. Bij zo’n zogeheten supernova worden de ‘brokstukken’ van de ster de ruimte ingeslingerd – en kunnen zo bijvoorbeeld de basis vormen voor een nieuwe planeet. Op aarde is ijzer tot in het menselijk lichaam terug te vinden: in ons bloed.

IJzer heeft zelfs een eigen tijdperk naar zich vernoemd gekregen. De ijzertijd volgde op de bronstijd: vanaf pakweg het jaar 800 voor Christus werden veel zwaarden en gereedschappen van ijzer gemaakt. Want hoewel brons harder is, heeft het ook een aantal nadelen: als legering van tin en koper is het maakproces omslachtiger. Ook is ijzer makkelijker te delven, juist omdat het zoveel aanwezig is in de aardkorst.

Het waren de Hettieten, die vanaf pakweg 2000 voor Christus in het huidige Turkije leefden, die als eersten een proces ontwikkelden om ijzer te winnen uit ijzererts: 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 in hoogovens ijzer uit ijzererts gewonnen met behulp van cokes: steenkool die als brandstof wordt gebruikt. Via enkele tussenstappen ontstaat zowel vloeibaar ijzer als een verontreinigde ‘slak’: een bijproduct, bestaande uit ongewenste stoffen, dat uiteindelijk in cement kan worden verwerkt. Het in eerste instantie gewonnen ruwijzer is bros en bevat een hoog percentage koolstof. Het eindproduct dat na het verwijderen van de slakken overblijft bevat nog altijd een klein percentage koolstof. Bij minder dan 0,05 procent koolstof wordt het smeedijzer genoemd, daarboven heet het staal (tot 2 procent) of gietijzer (meer dan 2 procent). Aan staal kunnen desgewenst nog andere metalen worden toegevoegd, als legering. Maar dat het maken van staal geen schoon proces is blijkt wel uit de discussies rond Tata Steel...