Jern

Fra Wikipedia, den frie encyklopedi

Jern
Jerns plass i periodesystemet
Basisdata
Navn	Jern
Symbol	Fe
Atomnummer	26
Utseende	metallisk glinsende grå
Plass i periodesystemet
Gruppe	8
Periode	4
Blokk	d
Kjemisk serie	transisjonsmetall
Atomegenskaper
Atomvekt	55,845 u
Empirisk atomradius	140 pm
Kalkulert atomradius	156 pm
Kovalent atomradius	125 pm
van der Waal-radius
Elektronkonfigurasjon	[Ar] 3d6 4s2
Elektroner per energinivå	2, 8, 14, 2
Oksidasjonstilstander	2, 3, 4, 6
Krystallstruktur	kubisk romsentrert
Fysiske egenskaper
Stofftilstand	fast stoff
Smeltepunkt	1 538 °C
Kokepunkt	2 861 °C
Molart volum	7,09 · 10-6 m3/mol
Tetthet	7 874 kg/m3
Hardhet	4 (Mohs skala)
Kritisk temperatur
Kritisk trykk
Kritisk tetthet
Fordampningsvarme	349,6 kJ/mol
Smeltevarme	13,8 kJ/mol
Damptrykk	7,05 Pa ved 1 808 K
Lydfart	5 120 m/s
Diverse
Elektronegativitet etter Pauling-skalaen	1,83
Spesifikk varmekapasitet	452 J/(kg · K)
Elektrisk ledningsevne	9,93 · 106 S/m
Termisk ledningsevne	80,2 W/(m · K)
Første ionisasjonspotensiale	762,5 kJ/mol
Andre ionisasjonspotensiale	1 561,9 kJ/mol
Tredje ionisasjonspotensiale	2 957 kJ/mol
SI-enheter & STP er brukt, hvis ikke annet er nevnt. MV = Manglende verdi – legg gjerne inn.

Jern er et grunnstoff med kjemisk symbol Fe og atomnummer 26.

Innhold 1 Historie 2 Egenskaper 2.1 Allotropiske former 2.2 Isotoper 3 Forekomst 4 Utvinning og foredling 5 Anvendelse 6 Jern og biologi 7 Se også 8 Referanser

[rediger] Historie

De eldste tegn på bruk av jern har en fra Sumererne og Egypterne rundt år 4000 F. Kr. Disse sivilisasjonene benyttet jern fra meteoritter til å lage pilspisser og dolker. Slikt meteorjern inneholder alltid en del nikkel så det er lett å kjenne igjen.

Etter år 3000 F.Kr. og fram mot år 2000 F.Kr. finner en stadig mer jern uten nikkel, det betyr at jernet er smeltet og ikke laget av meteorjern. Slikt jern ble i denne perioden funnet i Mesopotamia, Anatolia og Egypt. Jern var i denne perioden fortsatt svært dyrt og ubearbeidet, og ble brukt i smykker. Bronse ble fortsatt brukt i våpen.

De første jernverktøy ble lagd omkring 1500 f.kr. (Trevor Nevitt Dupuy «The Evolution of Weapons and Warfare» side 3). På 1400-tallet f.kr. har den Chalybe-stammen i de Armenske fjellområdene lært å bearbeide jern gjennom prosessor for oppvarming i trekull, bearbeding, gjenoppvarming og hamring. Ved tilfeldigheter kan det ha oppstått stål ved at jernet absorberte trekull (karbon) på overflaten av metallet under denne prosessen. Denne teknologien ble kjent utover det østre Middelhavsområdet innen 1200 f.kr.

Rundt år 1500 F.Kr ble første gode smelteovnene utviklet og etter år 1000 F.Kr ble det vanlig å benytte jern i våpen. En viktig årsak til at jern erstattet bronse var mangelen på tinn, og ikke at teknologien på smelteovnene gikk framover.

Det norske navnet er trolig avledet av det angelsaksiske iron, som kan stamme fra det keltiske ordet for jern isarnom og fra det norrøne isarn eller isen. Det kjemiske symbolet kommer fra latinske ferrum som betyr «fasthet».

[rediger] Egenskaper

Jern er et grått glinsende transisjonsmetall som er mykt, formbart og smibart. Det er korrosjonsbestandig i tørr luft, tørr klorgass, konsentrert svovelsyre, konsentrert salpetersyre og i baser (unntatt varm natronlut) med pH over 9. I fuktig luft korroderer det og danner rust. Jern binder seg lett til andre stoffer, men er det eneste metallet som ikke danner amalgam med kvikksølv.

De magnetiske egenskapene til jern er spesielle, jern er ferromagnetisk, en egenskap svært få andre stoff har. Rent jern har et smeltepunkt på 1 538 °C og kokepunktet ligger på 2 861°C.

[rediger] Allotropiske former

Jern har 4 allotropiske former, alfa, beta, gamma og delta. Alfa-formen (som kalles ferritt) har kubisk romsentrert krystallstruktur og opptrer ved temperaturer under 769 °C. Over 769 °C (som også er jerns curiepunkt) mister jern sine ferromagnetiske egenskaper og danner beta-formen. Bortsett fra ferromagnetismen er alfa- og beta-formen identiske når det gjelder krystallstruktur og kjemiske og fysiske egenskaper. Ved 912 °C endres krystallstrukturen til kubisk flatesentrert, og jern får sin gamma-form. Mellom 1 401 °C og smeltepunktet på 1 538 °C har det delta-formen med kubisk romsentrert krystallstruktur.

[rediger] Isotoper

Naturlig forekommende jern består av 4 stabile isotoper: ⁵⁴Fe (5,8%), ⁵⁶Fe (91,8%), ⁵⁷Fe (2,1%) og ⁵⁸Fe (0,3%).I tillegg finnes 24 kunstig fremstilte ustabile (og dermed radioaktive) isotoper hvorav de mest stabile er ⁶⁰Fe med halveringstid 1,5 millioner år, ⁵⁵Fe med halveringstid 2,73 år, ⁵⁹Fe med halveringstid 44,503 døgn og ⁵²Fe med halveringstid 8,275 timer. Alle de resterende isotopene har halveringstider kortere enn 10 minutter, og de fleste kortere enn 1 minutt.^[1]

Isotopen ⁵⁶Fe er det endelige stoffet som dannes i fusjonen som skjer i stjernene. Nikkelisotopen ⁶²Ni har enda høyere bindingsenergi, men på grunn av tilstanden i stjernene vil ikke ⁵⁶Fe omdannes videre til ⁶²Ni.

CAS-nummer: 7439-89-6

[rediger] Forekomst

Jern er det metallet det finnes mest av på Jorden. Regnet etter vekt er jern er det vanligste stoffet som utgjør Jorden (34,6%), men det meste av dette jernet finnes under jordskorpen. I jordskorpen er jern det fjerde vanligste stoffet, de vanligste er oksygen, silisium og aluminium. Årsaken til at det finnes så mye jern, er at jern har en svært høy bindingsenergi pr. kjernepartikkel. Det betyr at jern har en svært høy bestandighet mot kjernereaksjoner.

I naturen finnes jern svært sjelden i ren form. Metallet utvinnes vanligvis fra jernmalm, og da vesentlig sulfidmalm som pyritt (FeS₂) og magnetkis (FeS).

[rediger] Utvinning og foredling

Jernvinne, myr, malm, smelteovn.

Legering, smelteovn, galvanisering

Jern brukes i produksjon av stål som hovedsakelig er en legering av jern og karbon.

[rediger] Anvendelse

Jern er regnet som industrialderens viktigste metall. Regnet etter vekt er rundt 95% av alt metallet som produseres i verden jern. Jern er rimelig og har samtidig høy styrke. Jern finnes i flere former, noen av disse er:

• Støpejern har et karboninnhold på over 2,1%. Denne typen jern brukes blant annet i ovner. Støpejern tåler høy varme, men er sprøere enn stål.
• Stål er den klart mest brukte legeringen av jern. Egenskapene til stålet avhenger av hvilke stoffer som inngår i legeringen.
• Smijern har et karboninnhold på under 0,3% og er seigere og mykere enn stål.

[rediger] Jern og biologi

Fysiologisk spiller jern en avgjørende rolle som mineralstoff for både dyr og planter. Jern inngår i hemoglobin, som er proteinet inne i de røde blodlegemene som tar seg av oksygentransporten i blodet (jern "binder" til seg oksygen). Hemoglobinet er også det som gir blodet den røde farge. Jern inngår også i bl.a. myoglobin (som er et protein som kan lagre oksygen inne i musklene våre, dette lageret er riktignok svært begrenset) og i cytokromer (viktig del i elektrontransportkjeden).

I menneskekroppen er det transferrin og laktoferrin som transporterer jern, mens ferritin og hemosiderin lagrer jern. Jern blir normalt nesten fullstendig absorbert (tatt opp) av enterocytter i tolvfingertarmen. For å bli tatt opp, må jernet være i Fe²⁺ form (ikke Fe³⁺). Selve opptaket skjer ved et protein kalt «divalent metall transportør 1» (DMT1 - gjenstand for regulering), som kan ta opp «alle» typer toverdige metallioner i kroppen. Det er en rekke stoffer i kosten som påvirker jern-opptaket vårt, f.eks. øker vitamin C jernopptaket, mens futinsyre hemmer.

Jern inngår også normalt i peroksidnedbrytning (beskyttelse mot frie radikaler). For mye jern (dvs. mer enn det transferrin klarer å binde) er giftig og vil øke produksjonen av frie radikaler kraftig. Jern blir giftig ved (omtrent; individuelle variasjoner) 20 mg jern per kg kroppsvekt og dødelig ved 60 mg/kg. For lite jern er mye vanligere enn for mye jern.

Jernmangel er en av de vanligste årsakene til anemi, særlig for kvinner.

[rediger] Se også

• Rust
• Støpejern

[rediger] Referanser