Järn (Fe) – metallens egenskaper, historia och användningsområden

Fysiska egenskaper

Järn är en grå, silverfärgad metall. Den är magnetisk, även om olika allotroper av järn har olika magnetiska egenskaper. Järn är lätt att hitta, bryta och smälta, vilket är anledningen till att det är så användbart. Rent järn är mjukt och mycket formbart.

Kemiska egenskaper

Järn är reaktivt. Det reagerar med de flesta syror, t.ex. svavelsyra. Det bildar järnsulfat när det reagerar med svavelsyra. Denna reaktion med svavelsyra används för att rengöra metall.

Järn reagerar med luft och vatten och bildar rost. När rosten lossnar exponeras mer järn, vilket gör att mer järn kan rosta. Så småningom rostar hela järnstycket bort. Andra metaller som aluminium rostar inte bort. Järn kan legeras med krom för att göra rostfritt stål, som inte rostar under de flesta förhållanden.

Järnpulver kan reagera med svavel och bilda järn(II)sulfid, ett hårt svart fast ämne. Järn reagerar också med halogener och bildar järn(III)-halogenider, som järn(III)-klorid. Järn reagerar med hydrohalssyrorna för att bilda järn(II)-halogenider, som järn(II)klorid.

Kemiska föreningar

Järn bildar kemiska föreningar med andra grundämnen. Vanligtvis oxiderar det andra elementet järn. Ibland tas två elektroner och ibland tre. Föreningar där järn har två elektroner tas bort kallas järnföreningar. Föreningar där järn har tre elektroner kallas järnföreningar. Järnhaltiga föreningar har järn i oxidationstillstånd +2. Järnhaltiga föreningar har järn i oxidationsklass +3. Järnföreningar kan vara svarta, bruna, gula, gröna eller lila.

Järnföreningar är svaga reduktionsmedel. Många av dem är gröna eller blå. Den vanligaste järnföreningen är järnsulfat.

Järnföreningar är oxidationsmedel. Många av dem är bruna. Den vanligaste järnföreningen är järnoxid, samma sak som rost. En anledning till att järn rostar är att järnoxid är ett oxidationsmedel. Den oxiderar järn och rostar det även under färg. Det är därför som om det finns en liten repa i färgen kan hela saken rosta.

Järn(II)-föreningar

Föreningar i oxidationstillstånd +2 är svaga reduktionsmedel. De är normalt ljusa. De reagerar med syre i luft. De kallas också järnföreningar.

• Järn(II)sulfid, en lysande kemikalie som reagerar med syror för att frigöra vätesulfid, som finns i marken.
• Järn(II)sulfat, en blågrön kristallin kemikalie som framställs genom att svavelsyra reagerar med stål och som används för att minska gifter som kromat i betong.
• Järn(II)klorid, en ljusgrön kristallin kemikalie som framställs genom att saltsyra reagerar med stål.
• Järn(II)hydroxid, ett mörkgrönt pulver som framställs genom elektrolys av vatten med en järnanod, reagerar med syre och blir brunt.
• Järn(II)oxid, svart, brandfarlig, sällsynt

Blandat oxidationstillstånd

Dessa föreningar är sällsynta, endast en är vanlig. De finns i marken.

• Järn(II,III)oxid, ett svart mineral som används som järnmalm, innehåller järn i oxidationslägena +2 och +3.

Järn(III)-föreningar

Föreningar i oxidationstillstånd +3 är normalt bruna. De är oxidationsmedel. De är frätande. De kallas också järnhaltiga föreningar.

• Järn(III)oxid, rost, rödbrun, löser sig i syra
• Järn(III)klorid, som är giftigt och frätande, löser sig i vatten och bildar en mörkbrun sur lösning. Tillverkas genom att järn reagerar med saltsyra och ett oxidationsmedel.
• Järn(III)nitrat, ljuslila, frätande, används vid etsning.
• Järn(III)sulfat, sällsynt, ljusbrun, löser sig i vatten. Tillverkas genom att järn reagerar med svavelsyra och ett oxidationsmedel.

Det finns mycket järn i universum eftersom det är slutpunkten för kärnreaktionerna i stora stjärnor. Det är det sista grundämnet som produceras innan den våldsamma kollapsen av en supernova sprider ut järnet i rymden.

Metallen är den viktigaste beståndsdelen i jordens kärna. Nära ytan finns den som en järn- eller järnförening. Vissa meteoriter innehåller järn i form av sällsynta mineraler. Normalt sett finns järn som hematitmalm i marken, varav en stor del bildades under den stora syresättningshändelsen. Järn kan utvinnas ur malmen i en masugn. En del järn finns som magnetit.

Det finns järnföreningar i kött. Järn är en viktig del av hemoglobinet i de röda blodkropparna.

Järn tillverkas i stora fabriker som kallas järnbruk genom att hematit reduceras med kol (koks). Detta sker i stora behållare som kallas masugnar. Masugnen fylls med järnmalm, koks och kalksten. En mycket het luftstöt blåser in och får koks att brinna. Den extrema värmen får kolet att reagera med järnmalmen, vilket gör att syre tas bort från järnoxiderna och koldioxid bildas. Koldioxiden är en gas och lämnar blandningen. Det finns en del sand i järnmalmen. Kalkstenen, som består av kalciumkarbonat, förvandlas till kalciumoxid och koldioxid när kalkstenen är mycket varm. Kalciumoxiden reagerar med sanden och bildar en vätska som kallas slagg. Slaggen dräneras och bara järnet återstår. Reaktionen lämnar rent flytande järn kvar i masugnen, där det kan formas och härdas efter avkylning. Nästan alla järnbruk är idag en del av stålverk, och nästan allt järn görs till stål.

Det finns många sätt att arbeta med järn. Järn kan härdas genom att värma upp en metallbit och stänka den i kallt vatten. Det kan mjukas upp genom att värma upp det och låta det sakta svalna. Det kan också stämplas med en tung press. Det kan dras till trådar. Den kan rullas för att göra plåt.

I USA togs mycket av järnet från marken i Minnesota och skickades sedan med fartyg till Indiana och Michigan där det tillverkades till stål.

Som metall

Järn används mer än någon annan metall. Den är stark och billig. Det används för att tillverka byggnader, broar, spikar, skruvar, rör, balkar och torn.

Järn är inte särskilt reaktivt, så det är både lätt och billigt att utvinna ur malm. Järn är mycket starkt när det har blivit till stål och används för att förstärka betong.

Det finns olika typer av järn. Gjutjärn är järn som tillverkas på det sätt som beskrivs ovan i artikeln. Det är hårt och sprött. Det används för att tillverka saker som t.ex. lock för dagvattenledningar, schaktluckor och motorblock (huvuddelen av en motor).

Stål är den vanligaste formen av järn. Stål finns i flera olika former. Milt stål är stål med en låg kolhalt. Det är mjukt och lätt böjbart, men det spricker inte lätt. Det används till spik och trådar. Kolstål är hårdare men sprödare. Det används i verktyg.

Det finns andra typer av stål. Rostfritt stål är rostbeständigt på grund av krominnehållet, och nickel-järnlegeringar kan hålla sig starka vid höga temperaturer. Andra stål kan vara mycket hårda, beroende på vilka legeringar som tillsätts.

Smidesjärn är lätt att forma och användas för att göra staket och kedjor.

Mycket rent järn är mjukt och kan lätt rosta (oxidera). Det är också ganska reaktivt.

Som föreningar

Järnföreningar används för flera saker. Järn(II)klorid används för att göra vatten rent. Järn(III)klorid används också. Järn(II)sulfat används för att reducera kromater i cement. Vissa järnföreningar används i vitaminer.

Järnbrist är den vanligaste näringsbristen i världen.

Våra kroppar behöver järn för att hjälpa syre att nå våra muskler, eftersom det är en del av kärnan i vissa viktiga makromolekyler i våra kroppar, t.ex. hemoglobin, som gör att det fungerar bättre. Många spannmålsprodukter innehåller järn (grundämnet järn). Det tillsätts till spannmål i form av små metallspåner. Det är till och med möjligt att se spånorna ibland genom att ta en extremt stark magnet och sätta den i lådan. Magneten kommer att dra till sig dessa järnbitar. Att äta dessa små metallspån är inte skadligt för vår kropp.

Järn är mest tillgängligt för kroppen när det läggs till aminosyror - järn i denna form är tio till femton gånger mer lättsmält än som grundämne. Järn finns också i kött, till exempel i biff. Järn som tillhandahålls genom kosttillskott är i form av en kemikalie, t.ex. järn(II)sulfat, som är billigt och absorberas väl. Kroppen tar inte upp mer järn än vad den behöver, och den behöver vanligtvis mycket lite. Järnet i de röda blodkropparna återvinns av ett system som bryter ner gamla celler. Förlust av blod på grund av skada eller parasitinfektion kan vara allvarligare.

Järn är giftigt när stora mängder tas upp i kroppen. När man tar för många järntabletter blir människor (särskilt barn) sjuka. Det finns också en genetisk sjukdom som skadar regleringen av järnnivån i kroppen.

Det finns kemikalier som binder sig till järn och som läkare kan skriva ut.

• Allotropier av järn
• Järnföreningar
• Järnålder