Järn

För andra betydelser, se Järn (olika betydelser).
Järn
Nummer
26
Tecken
Fe
Grupp
8
Period
4
Block
d

Fe

Ru
ManganJärnKobolt
[Ar] 3d6 4s2
26Fe

Bitar av rent (99,7 %) elektrolytjärn samt en kub (1 cm3) av högrent (99,9999 %) järn.
Bitar av rent (99,7 %) elektrolytjärn samt en kub (1 cm3) av högrent (99,9999 %) järn.
Emissionsspektrum
Emissionsspektrum
Generella egenskaper
Relativ atommassa55,845(2)[1] u
UtseendeGlänsande metall med en gråaktig nyans
AllotroperAlfajärn (α)
Gammajärn (γ)
Fysikaliska egenskaper
Densitet vid r.t.7,874 g/cm3
– flytande, vid smältpunkten6,98 g/cm3
AggregationstillståndFast
Smältpunkt1 811 K (1 538 °C)
Kokpunkt3 134 K (2 862 °C)
Molvolym7,09 × 10−6 /mol
Smältvärme13,81 kJ/mol
Ångbildningsvärme354[2] kJ/mol
Specifik värmekapacitet449[3] J/(kg × K)
Molär värmekapacitet25,1 J/(mol × K)
Ångtryck
Tr. (Pa)1101001 k10 k100 k
Te. (K)1 7281 8902 0912 3462 6793 132
Atomära egenskaper
Atomradie140 (156) pm
Kovalent radie125 pm
Elektronaffinitet15,7 kJ/mol
JonisationspotentialFörsta: 762,5 kJ/mol
Andra: 1 561,9 kJ/mol
Tredje: 2 957 kJ/mol
Fjärde: 5 290 kJ/mol
(Lista)
Arbetsfunktion4,5[4] eV
Elektronkonfiguration
Elektronkonfiguration[Ar] 3d6 4s2
e per skal2, 8, 14, 2
Kemiska egenskaper
Oxidationstillstånd−4, −2, −1, +1,[5] +2, +3, +4, +5,[6] +6
Oxider (basicitet)FeO, Fe3O4, Fe2O3 (amfoterisk)
Elektronegativitet1,83 (Paulingskalan)
1,80 (Allenskalan)
Normalpotential−0,44 V (Fe2+ + 2 e → Fe)
Diverse
Kristallstrukturα: Kubisk rymdcentrerad (bcc)
Kristallstruktur
Kristallstruktur
Ljudhastighet4910 m/s
Termisk expansion11,8 µm/(m × K) (25 °C)
Värmeledningsförmåga80,4 W/(m × K)
Elektrisk konduktivitet107 A/(V × m)
Elektrisk resistivitet96,1 × m (20 °C)
MagnetismFerromagnetisk
Curiepunkt1043 K (770 °C)
Youngs modul211 GPa
Skjuvmodul82 GPa
Kompressionsmodul170 GPa
Poissons konstant0,29
Mohs hårdhet4
Vickers hårdhet608 MPa
Brinells hårdhet200–1180 MPa
Identifikation
CAS-nummer7439-89-6
Pubchem23925
RTECS-nummerNO4565500
Historia
UpptäcktFöre 5000 f.Kr.
Stabilaste isotoper
NuklidNFt1/2STSE (MeV)SP
545,8 %
Stabil
55{syn.}2,73 aε0,23155
5691,72 %
Stabil
572,2 %
Stabil
580,28 %
Stabil
59{syn.}44,503 dβ1,56559
60{syn.}1,5 × 106 aβ3,97860
Säkerhetsinformation
Säkerhetsdatablad: Sigma-Aldrich
Globalt harmoniserat system för klassifikation och märkning av kemikalier
GHS-märkning enligt EU:s förordning 1272/2008 (CLP)
GHS-symboler saknas
H-fraserH?
P-fraserP?
EU-märkning av farliga ämnen
EU-märkning av farliga ämnen enligt EU:s förordning 1272/2008 (CLP) på grundval av följande källa: Detta gäller bara för pulver; kompakt järn har inga farosymboler/R-/S-fraser.
Pulver:
Brandfarlig
Brandfarlig
(F)
R-fraserR11
S-fraserS53, S45, S60, S61
NFPA 704

1
1
0
SI-enheter och STP används om inget annat anges.

Järn (latinskt namn: Ferrum) är ett vanligt förekommande metalliskt grundämne som tillhör övergångsmetallerna. Järn förekommer i allotroperna alfa- och gammajärn, ämnen som båda består av rent järn men med olika kristallstruktur.[7] Järn har många användningsområden. Det används bland annat till verktyg och vapen, samt till det vanliga byggmaterialet stål.

Etymologi

Järn är ett samgermanskt ord, besläktat med bland annat engelska iron, tyska Eisen och gotiska eisarn. Orden kan rekonstrueras som *īsarno på det germanska urspråket, vilket troligen är ett lånord från keltiska språk: järn är isarnogalliska och iranann eller íarnforniriska. Ordet är rotbesläktat (roten *eis-) med grekiska hieros (gudomlig), latin ira (vrede) och avestiska aēšma (ilska). Detta anspelar på att gudarna gav människorna järn i form av meteorer.[källa behövs] De äldsta föremålen i Egypten och Sumer av meteoriskt järn är från 4000 f.Kr., först 2500 år senare kunde man tillverka järn ur malm.

Järn(III)oxids röda (äldre nysvenska raud) färg har givit järn sitt estniska (raud) och finska namn (rauta).

Föreningar

Järn har vanligen oxidationstalen +2 och +3 i kemiska föreningar. Andra stadier (-2, -1, 0, +1, +4, +5 och +6) förekommer också, men inte lika ofta.

  • −2 i Fe(CO)
  • −1 i Fe2(CO)
  • 0 i Fe(CO)5 och i ferrocen
  • 1 i [Fe(H2O)5NO]2+
  • 2 i FeO
  • 3 i Fe2O3 (hematit)
  • 4 är mycket sällsynt men finns i vissa enzymer
  • 5 är mycket sällsynt
  • 6 i K2FeO4 (Kaliumferrat)

FeO är ett svart magnetiskt pulver som används i pigment. Fe2O3 är vanlig rost och används också som pigment. K2FeO4 är rödlila och starkt oxiderande.

Förekomst

Järn är det fjärde vanligaste grundämnet i jordskorpan. Det förekommer dock sällan i ren form, men ofta i föreningar med syre såsom hematit och magnetit eller svavelbundet i pyrit och magnetkis samt i många silikatmineral. Jordens kärna består till stor del av en järn-nickel-legering.

I Sverige var det under järnåldern främst myrmalm som utgjorde råmaterialet i den svenska järnframställningen. Gästrikland, södra Norrland, Närke, Småland, liksom Dalarna och Västmanland var viktiga produktionsområden.

Under historisk tid sedan man börjat bryta bergsmalm är det framför allt berggrunden i Bergslagen och Norrland som har varit och är de viktigaste källorna till järn. I Bergslagen bröts järnmalm i tusentals gruvor (de flesta små) men nästan alla är numera nedlagda. Den största järngruvan i Bergslagen var Grängesberg i Ludvika kommun. Här pågick järnbrytning från 1500-talet fram till 1989. I Norrland bryts metallen idag i Kirunavaara och Malmberget. Den förstnämnda var redan 1904 Sveriges största gruva. Malmen i Kirunavaara är ett kolossalt brantstående lager, som huvudsakligen består av magnetit. År 2003 hade 1 200 miljoner ton malm brutits.

Järn är det grundämne vars kärna har högst bindningsenergi per nukleon. I stjärnor i termodynamisk jämvikt är järn därför det tyngsta grundämnet som kan skapas genom fusion av lättare kärnor.[8][9] Tyngre grundämnen skapas i mer våldsamma processer som supernovaexplosioner och kollisioner mellan neutronstjärnor.[10]

Framställning och användning

Järn tillverkas vanligtvis från Fe2O3 eller Fe3O4 som reduceras med kol vid ungefär 2000 °C. Först reagerar kolen med syret i luften och bildar kolmonoxid.

6 C + 3 O2 → 6 CO

Sedan reagerar kolmonoxiden med järnoxiden och bildar metalliskt järn.

6 CO + 2 Fe2O3 → 4 Fe + 6 CO2

Legeringar med järn

Järn innehåller oftast en mängd kol. Ju mer kol desto hårdare och sprödare blir järnet.

  • Tackjärn – järn med över 4 % av kol. Det framställs i masugnar för att omvandlas till användbara former av järn.
  • Gjutjärn – innehåller 2–4 % kol, och bland annat kisel.
  • Stål – innehåller 0,4–1,5 % kol och är idag den mest använda legeringen.
  • Smidesjärn – innehåller mindre än 0,4 % kol.

Järn som mineral

Det är mycket sällsynt att järn uppträder i helt ren form. Mineralet kristalliserar i det kubiska kristallsystemet. Den har en hårdhet på 4,5 och är stålgrå till svart i färgen. Även streckfärgen är grå. Rent (gediget) järn är inte stabilt i vanlig ovanjordisk miljö där det förekommer vatten och syre. I sådan miljö oxiderar järnet till rost. Däremot rostar inte järnmeteoriter eftersom järnet där är legerat med nickel. I sällsynta fall uppträder gediget järn i basaltiska bergarter som följd av att kolhaltiga ämnen reducerat järnhaltiga mineral.[11]

Fysiologisk betydelse

Järn är ett viktigt spårämne i den mänskliga kroppen. En vuxen person innehåller ungefär 4 gram järn, varav merparten finns i de röda blodkropparna hemoglobin. En mindre del i muskelns röda färgämne myoglobin, små mängder finns upplösta i blodplasman, kroppsvätskorna och utgör en beståndsdel i en lång rad enzymer. Cirka 20% är deponerat i lever, benmärg och mjälte, varifrån det kan mobiliseras vid behov.

Som en beståndsdel av hemoglobinet transporterar järn syre från lungorna ut till alla celler och koldioxid den motsatta vägen. Det ingår i enzymer som i mitokondrierna styr cellernas respirationprocesser.

Brist på järn kan ge trötthet, hjärtklappning, andfåddhet etc. Vid svår järnbrist kan det också uppstå förändringar i munslemhinnan, speciellt tungan, samt i huden och naglarna. Det finns även en del som tyder på att järnbrist kan vara en bidragande orsak till rastlösa ben. Brist kan vidare förorsakas av underskott på magsyra samt brist på B6-vitamin, B12-vitamin, C-vitamin, folsyra, zink, koppar eller mangan. Järnunderskott kan medföra blodbrist, cancer, leverbesvär, kronisk gikt i lederna och mottaglighet för infektioner.

Efter blodförluster såsom genom menstruation eller blodgivning kan mängden järn, precis som blodmängden, vara för låg. Blodgivare brukar få järntabletter för att lättare stabilisera järnvärdet.

Överdosering av järn under längre perioder kan medföra hemosideros (avlagring av järn i vävnaderna) speciellt i lever, mjälte, bukspottkörtel, hjärta och leder. Järn är en tungmetall som lagras i kroppen, järn är inte vattenlösligt utan lagras i fett. Överdosering kan leda till förgiftning.

Järn påträffas vanligtvis i livsmedel som inälvsmat (speciellt lever), ägg, fisk, blodmat, fågel, bladgrönsaker, fullkornsprodukter, katrinplommon, russin, öljäst, rödbetor, broccoli, vetegroddar, sesamfrö, vallmofrö, solrosfrö, bananer, persikor och aprikoser.

Diet

Rekommenderat dagligt intag: Barn 5–10 mg, kvinnor 10–15 mg (ammande 12–18 mg), män 10–12 mg. Se vidare RDI-tabell.

I Livsmedelsverkets senaste rikstäckande undersökning av kostvanor i den svenska befolkningen, Riksmaten - 2010-11, var det rapporterade intaget av järn per dag i genomsnitt 9,5 mg för kvinnor, 11,5 mg för män och 10,4 mg för hela gruppen i undersökningen.[12] Det energistandardiserade intaget av järn var högre för kvinnor än för män.[12] Äldre hade högre intag än yngre.[12]

Se även

Referenser

Noter

  1. ^ CIAAW, Standard Atomic Weights Revised 2013.
  2. ^ Yiming Zhang, Julian R. G. Evans, Shoufeng Yang: Corrected Values for Boiling Points and Enthalpies of Vaporization of Elements in Handbooks. In: Journal of Chemical & Engineering Data. 56, 2011, S. 328–337 (doi:10.1021/je1011086).
  3. ^ Harry H. Binder: Lexikon der chemischen Elemente, S. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3.
  4. ^ Ludwig Bergmann, Clemens Schaefer, Rainer Kassing: Lehrbuch der Experimentalphysik, Band 6: Festkörper. 2. Auflage, Walter de Gruyter, 2005, ISBN 3-11-017485-5, S. 361.
  5. ^ Ram, R. S. and Bernath, P. F. (2003). ”Fourier transform emission spectroscopy of the g4Δ-a4Δ system of FeCl”. Journal of Molecular Spectroscopy 221 (2): sid. 261. doi:10.1016/S0022-2852(03)00225-X. Arkiverad från originalet den 8 mars 2012. https://web.archive.org/web/20120308063856/http://bernath.uwaterloo.ca/media/266.pdf.  Arkiverad 8 mars 2012 hämtat från the Wayback Machine.
  6. ^ Demazeau, G.; Buffat, B.; Pouchard, M.; Hagenmuller, P. (1982). ”Recent developments in the field of high oxidation states of transition elements in oxides stabilization of Six-coordinated Iron(V)”. Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie 491: sid. 60. doi:10.1002/zaac.19824910109. 
  7. ^ ”allotropi”. Rikstermbanken. Arkiverad från originalet den 4 oktober 2013. https://web.archive.org/web/20131004232109/http://www.rikstermbanken.se/rtb/visaTermpost.html?id=211670. Läst 4 oktober 2013.  - Rikstermbanken, Sveriges nationella termbank, huvudinternetsida: http://www.rikstermbanken.se/mainMenu.html Arkiverad 18 januari 2021 hämtat från the Wayback Machine. sökörd:allotropi, sökdatum: 4 okt 2013 - Rikstermbanken är förvaltad av Terminologicentrum TNC , sveriges nationella centrum för terminologi och fackspråk: huvudinternetsida: http://www.tnc.se
  8. ^ Hoyle, F. (1946). ”The synthesis of the elements from hydrogen”. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 106 (5): sid. 343–383. doi:10.1093/mnras/106.5.343. 
  9. ^ Hoyle, F. (1954). ”On Nuclear Reactions Occurring in Very Hot Stars. I. The Synthesis of Elements from Carbon to Nickel”. The Astrophysical Journal Supplement Series 1: sid. 121. doi:10.1086/190005. 
  10. ^ Comins, Neil F. (2019). Discovering the Universe (11th edition). New York: W. H. Freeman and Company. sid. 484. ISBN 978-1-319-24860-4 
  11. ^ H. J. Rösler 1984, Lehrbuch der Mineralogie, 3:e upplagan, VEB Deutscher Verlag für Grundstoffindustrie, Leipzig, sidan 274
  12. ^ [a b c] Amcoff, Elisabet m.fl. (2012). Riksmaten - vuxna 2010-11 : Livsmedels- och näringsintag bland vuxna i Sverige. Uppsala: Livsmedelsverket. sid. 103. ISBN 978 91 7714 216 4. http://www.livsmedelsverket.se/globalassets/publikationsdatabas/rapporter/2011/riksmaten_2010_20111.pdf. Läst 4 augusti 2019 

Källor

Media som används på denna webbplats

Question book-4.svg
Författare/Upphovsman: Tkgd2007, Licens: CC BY-SA 3.0
A new incarnation of Image:Question_book-3.svg, which was uploaded by user AzaToth. This file is available on the English version of Wikipedia under the filename en:Image:Question book-new.svg
Hazard F.svg
W3C-validity not checked.
Cubic-body-centered.svg
Författare/Upphovsman:
Vektor:
, Licens: CC BY-SA 3.0
The body-centred cubic crystal structure.
Iron electrolytic and 1cm3 cube.jpg
Författare/Upphovsman: Alchemist-hp (talk) (www.pse-mendelejew.de), Licens: FAL
Pure (99.97 %+) iron chips, electrolytically refined, as well as a high purity (99.9999 % = 6N) 1 cm3 iron cube for comparison.
Iron Spectrum.jpg
Spectral lines of Fe, 600lpmm
Asterisks two.svg
Författare/Upphovsman: DePiep, Licens: CC BY-SA 3.0
Two asterisks, in a series with same canvas size
Cubic-face-centered.svg
Författare/Upphovsman: Original PNGs by Daniel Mayer and DrBob, traced in Inkscape by User:Stannered, Licens: CC BY-SA 3.0
Face-centered cubic crystal structure
Electron shell 026 Iron - no label.svg
Författare/Upphovsman: commons:User:Pumbaa (original work by commons:User:Greg Robson), Licens: CC BY-SA 2.0 uk
Electron configuration (no language labels)
Asterisks one.svg
Författare/Upphovsman: DePiep, Licens: CC BY-SA 3.0
Single asterisk, in a series with same canvas size
NFPA 704.svg
The "fire diamond" as defined by NFPA 704. It is a blank template, so as to facilitate populating it using CSS.