Jern (Fe) – Grundstof og Metal: Egenskaber, Anvendelse & Historie

Fysiske egenskaber

Jern er et gråt, sølvfarvet metal. Det er magnetisk, men forskellige allotroper af jern har forskellige magnetiske egenskaber. Jern er let at finde, udvinde og smelte, og det er derfor, det er så nyttigt. Rent jern er blødt og meget formbart.

Kemiske egenskaber

Jern er reaktivt. Det reagerer med de fleste syrer, f.eks. svovlsyre. Det danner jernsulfat, når det reagerer med svovlsyre. Denne reaktion med svovlsyre bruges til at rense metal.

Jern reagerer med luft og vand og danner rust. Når rusten flager af, bliver mere jern udsat, så mere jern kan ruste. Til sidst er hele jernstykket rustet væk. Andre metaller som f.eks. aluminium ruster ikke væk. Jern kan legeres med krom for at fremstille rustfrit stål, som ikke ruster under de fleste forhold.

Jernpulver kan reagere med svovl og danne jern(II)sulfid, et hårdt sort fast stof. Jern reagerer også med halogenerne og danner jern(III)-halogenider, som f.eks. jern(III)-chlorid. Jern reagerer med halogenhydroxidsyrer og danner jern(II)-halogenider, f.eks. jern(II)-chlorid.

Kemiske forbindelser

Jern danner kemiske forbindelser med andre grundstoffer. Normalt oxiderer det andet grundstof jern. Nogle gange tages der to elektroner, andre gange tre. Forbindelser, hvor jern har to elektroner taget, kaldes jernforbindelser. Forbindelser, hvor jern har tre elektroner, kaldes jernforbindelser. Jernforbindelser har jern i oxidationstrin +2. Jernforbindelser har jern i oxidationstrin +3. Jernforbindelser kan være sorte, brune, gule, gule, grønne eller purpurfarvede.

Jernforbindelser er svage reduktionsmidler. Mange af dem er grønne eller blå. Den mest almindelige jernholdige forbindelse er jernsulfat.

Jernforbindelser er oxidationsmidler. Mange af dem er brune. Den mest almindelige jernforbindelse er jernoxid, der er det samme som rust. En af grundene til, at jern ruster, er, at jernoxid er et oxidationsmiddel. Det oxiderer jern, så det ruster selv under maling. Det er derfor, at hvis der er en lille ridse i malingen, kan det hele ruste.

Jern(II)-forbindelser

Forbindelser i oxidationstrin +2 er svage reduktionsmidler. De er normalt lysfarvede. De reagerer med ilt i luft. De er også kendt som jernholdige forbindelser.

• Jern(II)sulfid, et skinnende kemikalie, der reagerer med syrer og frigør svovlbrinte, som findes i jorden
• Jern(II)sulfat, et blågrønt krystallinsk kemikalie fremstillet ved at lade svovlsyre reagere med stål, der bruges til at reducere giftstoffer som chromat i beton
• Jern(II)chlorid, et lysegrønt krystallinsk kemikalie fremstillet ved at lade saltsyre reagere med stål
• Jern(II)hydroxid, et mørkegrønt pulver, der fremstilles ved elektrolyse af vand med en jernanode, reagerer med ilt og bliver brunt
• Jern(II)oxid, sort, brandfarlig, sjælden

Blandet oxidationstilstand

Disse forbindelser er sjældne; kun én er almindelig. De findes i jorden.

• Jern(II,III)oxid, et sort mineral, der anvendes som jernmalm, indeholder jern i oxidationstrin +2 og +3.

Jern(III)-forbindelser

Forbindelser i oxidationstrin +3 er normalt brune. De er oxidationsmidler. De er ætsende. De er også kendt som jernholdige forbindelser.

• Jern(III)oxid, rust, rødbrunt, opløses i syre
• Jern(III)-chlorid, giftigt og ætsende, opløses i vand og danner en mørkebrun sur opløsning. Fremstillet ved at lade jern reagere med saltsyre og et oxidationsmiddel
• Jern(III)nitrat, lyslilla, ætsende, anvendes til ætsning
• Jern(III)sulfat, sjældent, lysebrunt, opløses i vand. Fremstillet ved at lade jern reagere med svovlsyre og et oxidationsmiddel.

Der er meget jern i universet, fordi det er slutpunktet for atomreaktionerne i store stjerner. Det er det sidste grundstof, der produceres, inden det voldsomme kollaps i en supernova spreder jernet ud i rummet.

Metallet er hovedingrediensen i Jordens kerne. Nær overfladen findes det som en jernholdig eller jernholdig forbindelse. Nogle meteoritter indeholder jern i form af sjældne mineraler. Normalt findes jern som hæmatitmalm i jorden, hvoraf meget blev lavet under den store iltningsbegivenhed. Jern kan udvindes fra malmen i en højovn. Noget jern findes som magnetit.

Der er jernforbindelser i kød. Jern er en vigtig del af hæmoglobinet i de røde blodlegemer.

Jern fremstilles i store fabrikker, der kaldes jernværker, ved at reducere hæmatit med kulstof (koks). Det sker i store beholdere, der kaldes højovne. Højovnen er fyldt med jernmalm, koks og kalksten. Der blæses en meget varm luftstorm ind, som får kokken til at brænde. Den ekstreme varme får kulstoffet til at reagere med jernmalm, hvorved ilten fra jernoxiderne fjernes og kuldioxid dannes. Kuldioxiden er en gas, og den forlader blandingen. Der er noget sand i sammen med jernet. Kalkstenen, som består af calciumcarbonat, bliver til calciumoxid og kuldioxid, når kalkstenen er meget varm. Kalciumoxiden reagerer med sandet og danner en væske, der kaldes slagge. Slaggen drænes og efterlader kun jernet. Reaktionen efterlader rent flydende jern i højovnen, hvor det kan formes og hærdes efter afkøling. Næsten alle jernværker er i dag en del af stålværker, og næsten alt jern bliver lavet til stål.

Der er mange måder at arbejde med jern på. Jern kan hærdes ved at opvarme et stykke metal og sprøjte det i koldt vand. Det kan blødgøres ved at opvarme det og lade det køle langsomt af. Det kan også stemples med en tung presse. Det kan trækkes til tråde. Det kan valses til metalplader.

I USA blev en stor del af jernet taget op af jorden i Minnesota og derefter sendt med skib til Indiana og Michigan, hvor det blev til stål.

Som et metal

Jern anvendes mere end noget andet metal. Det er stærkt og billigt. Det bruges til at lave bygninger, broer, søm, skruer, rør, bjælker og tårne.

Jern er ikke særlig reaktivt, så det er både nemt og billigt at udvinde fra malme. Det er meget stærkt, når det først er blevet til stål, og det bruges til at forstærke beton.

Der findes forskellige typer jern. Støbejern er jern, der fremstilles på den måde, der er beskrevet ovenfor i artiklen. Det er hårdt og skørt. Det bruges til at fremstille ting som f.eks. dæksler til regnvandsledninger, dæksler til mandehuller og motorblokke (hoveddelen af en motor).

Stål er den mest almindelige form for jern. Stål findes i flere forskellige former. Blødt stål er stål med en lav procentdel kulstof. Det er blødt og let bøjeligt, men det knækker ikke let. Det bruges til søm og ledninger. Kulstofstål er hårdere, men mere skørt. Det bruges til værktøj.

Der findes andre typer stål. Rustfrit stål er rustbestandigt på grund af kromindholdet, og nikkel-jernlegeringer kan forblive stærke ved høje temperaturer. Andre ståltyper kan være meget hårde, afhængigt af de tilsatte legeringer.

Smedejern er let at forme og bruges til at lave hegn og kæder.

Meget rent jern er blødt og kan let ruste (oxidere). Det er også ret reaktivt.

Som forbindelser

Jernforbindelser bruges til flere ting. Jern(II)-chlorid bruges til at gøre vand rent. Jern(III)-chlorid anvendes også. Jern(II)sulfat bruges til at reducere chromater i cement. Nogle jernforbindelser anvendes i vitaminer.

Jernmangel er den mest almindelige ernæringsmangel i verden.

Vores kroppe har brug for jern for at hjælpe ilten med at nå frem til vores muskler, fordi det indgår i nogle vigtige makromolekyler i vores kroppe, f.eks. hæmoglobin, som får det til at fungere bedre. Mange kornprodukter er tilsat jern (grundstoffet jern). Det er tilsat korn i form af små metalspåner. Det er endda muligt at se spånerne nogle gange ved at tage en ekstremt stærk magnet og sætte den ind i æsken. Magneten vil tiltrække disse stykker jern. Det er ikke skadeligt for vores krop at spise disse små metalspåner.

Jern er mest tilgængeligt for kroppen, når det er tilsat aminosyrer - jern i denne form er ti til femten gange mere fordøjeligt end som grundstof. Jern findes også i kød, f.eks. i bøf. Jern, der leveres af kosttilskud, er i form af et kemisk stof, f.eks. jern(II)sulfat, som er billigt og optages godt. Kroppen optager ikke mere jern, end den har brug for, og den har som regel brug for meget lidt. Jernet i de røde blodlegemer genanvendes af et system, der nedbryder gamle celler. Tab af blod som følge af skader eller parasitinfektioner kan være mere alvorligt.

Jern er giftigt, når det indtages i store mængder i kroppen. Når man tager for mange jernpiller, bliver folk (især børn) syge. Der findes også en genetisk sygdom, som skader reguleringen af jernniveauet i kroppen.

Der findes kemikalier, som binder sig til jern, og som lægerne kan ordinere.

• Allotrope stoffer af jern
• Jernforbindelser
• Jernalder