Željezo () jeste hemijski element označen simbolom Fe koji ima atomski broj 26. Spada u prelazne metale, u periodnom sistemu nalazi se u 8. sporednoj grupi koja je po njemu i dobila ime grupa željeza.
U kontekstu industrijske proizvodnje danas se pod željezom obično misli na tehničku sirovinu liveno gvožđe, čime se dalje materijal čelik obično ne smatra željezom nego željeznim metalom. Razlika između gvožđa i čelika bazira se da li je ono liveno ili ne, a obično se oslanja na udio ugljika u njemu.
Historija Dokazi o upotrebi željeza u raznim kulturama kroz arheološke nalaze u relativno rijetki u odnosu na pronalaske iz bronzanog doba. S jedne strane je željezo u najstarijim periodima prahistorije korišteno samo u ograničenom obimu, dok s druge strane ti predmeti iz željeznog doba nisu očuvani zbog toga što željezo korodira u dodiru sa vodom, vlažnim zrakom ili zemljom. Samo u posebnim okolnostima i samo izuzetno veliki željezni predmeti su preostali iz tog prahistorijskog perioda.
Čak i prije početka željeznog doba, željezo je bilo poznato čovjeku u sklopu meteoritskog željeza u kojem je sadržaj nikla bio od 5 do 18%. Takvo željezo je bilo izuzetno rijetko, a stari Egipćani su ga označavali hijeroglifima bj-n-pt odnosno željezo nebesa, izuzetno su ga cijenili a od njega su izrađivali kulturne i religijske predmete ili nakit vladara. U Egiptu su pronađene dvije grobnice iz predinastičkog vremena u kojima su nađene kuglice nakita načinjene od meteoritskog željeza sa udjelom nikla od oko 7,5%. Najstariji pronađeni predmet od meteoritskog željeza potiče iz Mezopotamije, gdje su ga Sumerci zvali urudu-an-bar (bakar nebesa). Između ostalog, u gradu Ur pronađen je nož sa oštricom od meteorskog željeza, sadržaja nikla 10,8%, i pozlaćenom drškom, a čija je izrada datirana u period od 3100 p. n. e. Međutim, smatra se da su u Mezopotamiji poznavali i zemaljsko željezo bez primjesa nikla. Pronađen je i nož od željeza s bronzanom drškom iz perioda 3000-2700 p. n. e. u ruševinama Ešnunna (današnji Tell Asmar) u Iraku.
Osobine Fizičke thumb|lijevo|Elektrolitički dobijeno čisto željezo (čistoće 99,97 %+) Prosječni atom željeza u prirodi je oko 56 puta masivniji od atoma vodika. Jezgro željeza izotopa 56Fe pokazuje jedan od najvećih masenih defekata te stoga i ogromnu vezivnu energiju po nukleonu među svim atomskim jezgrima. Stoga se on smatra posljednjim korakom dobijanja energije putem nukleosinteze u zvijezdama. Međutim, najveći maseni defekt ima izotop nikla 62Ni a slijedi ga izotopi 58Fe, a tek na trećem mjestu je 56Fe.
Na sobnoj temperaturi jedina alotropska modifikacija čistog željeza je ferit, odnosno α-željezo. Ova modifikacija se kristalizira u prostorno centriranom kubičnom kristalnom sistemu (tip volframa) u prostornoj grupi Im3m sa parametrom rešetke a = 286,6 pm kao i dvije formulske jedinice po elementarnoj ćeliji. Ova modifikacija je stabilna na temperaturi ispod 910 °C. Iznad ove temperature prelazi u γ-modifikaciju odnosno austenit. Samo alotropska modifikacija α posjeduje feromagnetične osobine i to do 768 °C (Kirijeva tačka). Ova modifikacija ima kubičnu plošno centriranu rešetku (tip bakra) sa prostornom grupom Fm3m i parametrom rešetke a = 364,7 pm. Treća promjena strukture dešava se na 1390 °C, iznad ove temperature pa sve do tačke topljenja 1535 °C željezo je ponovno stabilno kao δ-ferit u kubičnoj prostorno centriranoj kristalnoj rešetki. Pri povećanju pritiska fazni prijelaz se također dešava. Pri pritisku iznad 10 GPa i temperaturi od najviše nekoliko stotina stepeni α-željezo prelazi u ε-željezo, čija je kristalna rešetka heksagonalna gusto pakovana (hcp). Pri višim temperaturama sve do tačke topljenja odvija se odgovarajuće promjena iz γ-željeza u ε-željezo, pri čemu pritisak faznog prijelaza raste sa temperaturom. Iznad toga moguće je da postoji još jedan fazni prijelaz ε-željeza u β-željezo, pri pritiscima od oko 50 GPa i temperaturi iznad 1500 K, međutim postojanje ove β-faze nije dokazano, kao ni definitivno razjašnjene kristalne strukture tog hipotetičkog β-željeza: od ortorompske do dvostruke hcp-strukture. Ovo pretvaranje naziva se još i polimorfizam željeza. Čisto željezo je sjajan, srebrnast, mehkan metal koji veoma lahko podliježe koroziji. Vijekovima se koristi u obliku legura kao što su čelik, legure sa manganom, hromom, molibdenom, vanadijem i mnogim drugim elementima.
Hemijske Željezo je stabilno na suhom zraku, suhom hloru kao i u koncentriranoj sumpornoj kiselini, dušičnoj kiselini i bazičnim agentima (osim vrele sode) sa pH vrijednostima višim od 9. U hlorovodičnoj kiselini kao i u razblaženim sumpornoj i dušičnoj kiselini željezo se rastvara vrlo brzo istiskujući iz kiselina vodik. Na vlažnom zraku i u vodi, gdje je prisutan kisik ili ugljik-dioksid, željezo vrlo lahko oksidira dajući željezo(III)-oksohidroksid (hrđu). Ukoliko se željezo zagrijava u suhom zraku, na njegovoj površini se gradi tanki sloj željezo(II, III)-oksida (Fe3O4), koji je izrazito jako obojen. Vrlo isitnjeno piroforno željezo reagira već na sobnoj temperaturi sa kisikom iz zraka a javlja se i plamen. Zapaljena čelična vuna vrlo burno reagira sa vlažnim gasom hlora dajući smeđu paru željezo(III)-hlorida. Ako se zagrijava smjesa željeza i sumpornog praha (u odnosu 7:4), nastaje pretežno željezo(II)-sulfid. I sa drugim nemetalima poput fosfora, silicija i ugljika željezo pri višim temperaturama gradi fosfide, silicide i karbide.
Izotopi Željezo ima 27 poznatih izotopa i dva nuklearna izomera, od čega samo četiri stabilna izotopa se mogu naći u prirodi. Oni imaju sljedeću relativnu rasprostranjenost u prirodi: 54Fe (5,8 %), 56Fe (91,7 %), 57Fe (2,2 %) i 58Fe (0,3 %). Izotop 60Fe ima vrijeme poluraspada od 2,62 miliona godina, izotop 55Fe 2,737 godina a izotop 59Fe vrijeme poluraspada od 44,495 dana.
Ostali izotopi i oba nuklearna izomera imaju vremena poluraspada između 150 ns i 8,275 sati. Postojanje izotopa 60Fe na početku nastanka planetnog sistema se dokazalo korelacijom između rasprostranjenosti nikla 60Ni, proizvoda raspada željeza 60Fe i rasprostranjenosti stabilnih izotopa željeza u nekim fazama mnogih meteorita (kao što su meteoriti Semarkona i Chervony Kut). Moguće je da je ulogu pri topljenju i diferenciranju asteorida odmah nakon njihovog nastanka prije oko 4,6 milijardi godina igrala oslobođena energija pri radioaktivnom raspadu izotopa 60Fe, pored atomarne energije raspada također prisutnog radioaktivnog aluminija 26Al. Danas je prvobitno postojeći 60Fe raspadnut u 60Ni. Udjeli izotopa nikla i željeza u meteoritima omogućavaju da se izmjeri rasprostranjenost elemenata i izotopa u vrijeme nastanka Sunčevog sistema, te daje podatke za proučavanje uslova u svemiru prije i tokom nastanka Sunčevog sistema.
Od stabilnih izotopa željeza samo 57Fe ima spin jezgra različit od nule.
Rasprostranjenost thumb|lijevo|Komadi limonita Željezo je na 9. mjestu po rasprostranjenosti u svemiru, kada se uspoređuje po relativnoj rasprostranjenosti elementa u odnosu na silicij, procjenjuje se da na svakih 8,3 · 105 atoma željeza dolazi 1 · 106 atoma silicija. Nuklearna fuzija elemenata u zvijezdama završava sa željezom, jer se fuzijom viših elemenata ne oslobađa dodatna energija, već se ona mora trošiti (nukleosinteza). Teški elementi nastaju endotermno pri eksplozijama supernova, koja je također odgovorna za raspršivanje materije nastale u zvijezdama.
Po rasprostranjenosti elemenata po masenom udjelu na cijeloj Zemlji, željezo se nalazi na drugom mjestu sa 28,8% udjela, odnosno na 4. mjestu u Zemljinoj kori (4,7%) i na 4. mjestu po udjelu u kontinentalnoj kori (5,63%). U morskoj vodi ima samo 0,002 mg željeza po litru. Željezo zajedno sa niklom je najvjerovatnije osnovni element u jezgru Zemlje. Moguće je da zbog termičkih sila nastalih od konvekcionog kretanja tečnog željeza u vanjskom omotaču Zemljinog jezgra nastaje i Zemljino magnetno polje.
Prva nalazišta, iz kojih je dobijano željezo, bile su rude limonita, često raspršene po tresetištima i močvarama, i željeza koje se nalazilo na površini Zemlje. Danas se najviše dobija od 40%-tne magnetitske rude. Najvažniji minerali u proizvodnji željeza su hematit, najvećim dijelom sačinjen iz željezo(III)-oksida (Fe2O3). Najveće zalihe rude željeza se nalaze u obliku formacija vezane željezne rude, koja se također naziva i takonit ili itabirit, te željeza sadržanim uglavnom u mineralima crvenom hematitu (Fe2O3), crnom magnetitu (Fe3O4), sideritu (FeCO3), limonitu, halkopiritu, piritu i arsenopiritu.
Željezo se vrlo rijetko javlja samorodno u prirodi, uglavnom u obliku malehnih kuglica ili zadebljanja u okolnim stijenama, ali i kao masivni mineralni agregati do 25 t, pa se zbog toga ubraja u minerale. Međunarodna mineraloška organizacija (IMA) ga je uvrstila pod sistemskim brojem „1.AE.05“ (po sistematici po Strunzu, 9. izdanje) u grupu elemenata - metala i međumetalni spojeva, porodica željeza i hroma, odnosno po starijoj sistematici po Strunzu (8. izdanje) pod brojem I/A.07-10. U engleskom govornom području gdje se koristi sistematika minerala po Danau, element kao mineral je označen brojem „1.1.11.0“. U svijetu je prema podacima iz 2010. godine pronađeno 120 nalazišta samorodnog željeza, pri čemu se pretežno odnosi na meteoritsko željezo varijeteta kamacit. Zbog reakcije sa vodom i kisikom (hrđanje), samorodno željezo nije stabilno. Stoga je ono više zastupljeno u legurama sa niklom bilo kao kamacit (udio Ni od 4 do 7,5%) ili kao taenit (udio Ni 20 do 50%) samo u željeznim meteoritima kao i u bazaltu, gdje ponekad dolazi do redukcije minerala željeza. Željezo sa malim udjelom nikla smatra se varijetetom istih i poznato je pod imenom josephinit, mada se ovaj naziv koristi i kao sinonim minerala avaruita (Ni3Fe).
Nasuprot samorodnom željezu, ruda željeza je mnogo češća, a važniji primjeri su minerali magnetit (magnetno željezo, Fe3O4), hematit (Fe2O3), pirotin (FeS) i pirit (FeS2), siderit (FeCO3) i limonit, ubrojan u stijene a ne minerale (Fe2O3·n H2O). Sedimentne stijene koje sadrže željezo, poput oolita, sastoje se iz minerala željezo hidroksida, spojeno krečnjačkim i glinastim vezivnim materijalom. Do 2010. godine u svijetuje bilo poznato 1424 minerala željeza.
Dobijanje
lijevo|thumb|Svjetska nalazišta rude željeza Kina je najveći svjetski proizvođač sirovog željeza; tokom 2011. godine kineska proizvodnja je iznosila 629,7 miliona tona odnosno 58,2% ukupne svjetske proizvodnje. Slijedi Japan sa 81 milion tona (7,5%) i Rusija sa 48,1 miliona tona (4,4% svjetske proizvodnje). Te tri države zajedno daju 70,1% ukupne svjetske proizvodnje koja je iznosila 1.082,7 miliona tona sirovog željeza. U Evropi najvažniji proizvođači bili se su Ukrajina, Njemačka, Francuska, Italija i Ujedinjeno Kraljevstvo. Svjetska proizvodnja rude željeza u 2011. godini iznosila je 2,8 milijardi tona. Najvažniji izvoznici rude željeza bile su Kina, Australija, Brazil, Indija i Rusija. One zajedno iskopale su 82,5% svjetske proizvodnje rude željeza. Osim sirovog željeza, iz rude se dobilo i 63,5 milijardi tona spužvastog željeza. Osim toga, željezo se dobija i preradom otpadnog željeza recikliranjem.
+ Najveći svjetski proizvođači sirovog željeza (2003)izvor: Handelsblatt: Die Welt in Zahlen (2005) Rang Država Proizvodnja(u mil. t) Rang Država Proizvodnja(u mil. t) 1 202,3 10 13 2 82,1 11 10,3 3 48,3 12 10,1 4 39,1 13 10,1 5 32 14 8,5 6 29,6 15 7,8 7 29,5 16 6,2 8 27,3 17 6,1 9 26,1 18 5,8
Upotreba thumb|lijevo|200px|Najstariji most od livenog gvožđa (1779/80) preko rijeke Severn