Det jern er et overgangsmetal, der hører til gruppe 8 eller VIIIB i det periodiske system og er repræsenteret af det kemiske symbol Fe. Det er et gråligt, duktilt, formbart og meget sejt metal, der anvendes i adskillige anvendelser med stor nytte for mand og kvinde..
Det udgør 5% af jordskorpen og er også det næstmest forekommende metal efter aluminium. Desuden overskrides dens overflod af ilt og silicium. Men med hensyn til jordens kerne består 35% af den af metallisk og flydende jern.
Uden for jordens kerne er jern ikke i metallisk form, da det hurtigt oxideres, når det udsættes for fugtig luft. Det er placeret i basaltsten, kulstofholdige sedimenter og i meteoritter; generelt legeret med nikkel, som i mineralet kamacit.
De vigtigste jernmineraler, der anvendes til minedrift, er følgende: hæmatit (jernoxid, FetoELLER3), magnetit (ferro-jernoxid, Fe3ELLER4), limonit (hydratiseret jernoxidhydroxid, [FeO (OH) · nHtoO]) og siderit (jerncarbonat, FeCO3).
I gennemsnit har mennesket et indhold på 4,5 g jern, hvoraf 65% er i form af hæmoglobin. Dette protein griber ind i transporten af ilt i blodet og i dets distribution til de forskellige væv for dets efterfølgende optagelse af myoglobin og neuroglobin..
På trods af de mange fordele ved jern for mennesker, kan det overskydende metal have meget alvorlige toksiske virkninger, især på leveren, det kardiovaskulære system og bugspytkirtlen. sådan er tilfældet med arvelig sygdom hemochromatosia.
Jern er synonymt med konstruktion, styrke og krige. På den anden side er det på grund af dets overflod altid et alternativ at overveje, når det kommer til udvikling af nye materialer, katalysatorer, medikamenter eller polymerer; og på trods af den røde farve af rusten er det et miljøvenligt metal.
Artikelindeks
Jern er blevet behandlet i årtusinder. Det er imidlertid vanskeligt at finde jerngenstande fra sådanne gamle tider på grund af deres modtagelighed for korrodering, hvilket forårsager deres ødelæggelse. De ældste kendte jerngenstande blev fremstillet af det, der findes i meteoritter.
Sådan er tilfældet med en slags perler fremstillet i 3500 f.Kr., fundet i Gerzah, Egypten, og en dolk fundet i Tutankhamuns grav. Jernmeteoritter er kendetegnet ved et højt nikkelindhold, hvorfor det var muligt at identificere deres oprindelse i disse objekter.
Bevis for støbejern blev også fundet i Asmar, Mesopotamien og Tail Chagar Bazaar i Syrien mellem 3000 og 2700 f.Kr. Selvom jernsmeltning begyndte i bronzealderen, tog det århundreder, før den fortrængte bronze.
Der blev også fundet artefakter af støbejern i Indien, 1800 til 1200 f.Kr. og i Levanten omkring 1500 f.Kr. Det menes, at jernalderen begyndte i år 1000 f.Kr., da produktionsomkostningerne blev reduceret.
Det vises i Kina mellem 700 og 500 f.Kr., sandsynligvis transporteret gennem Centralasien. De første jerngenstande blev fundet i Luhe Jiangsu, Kina.
Smedejern blev produceret i Europa ved hjælp af såkaldte galasmedier. Processen krævede brug af kul som brændstof.
Middelalderlige højovne var 3,0 m høje, lavet af brandhæmmende mursten, og luft blev leveret af manuel bælge. I 1709 etablerede Abraham Darby en koks-højovn til at producere smeltet jern, der erstattede trækul..
Tilgængeligheden af billigt jern var en af de faktorer, der førte til den industrielle revolution. I denne periode begyndte raffinering af råjern til smedejern, som blev brugt til at bygge broer, skibe, lagre osv..
Stål bruger en højere kulstofkoncentration end smedejern. Stål blev produceret i Luristan, Persien, i 1000 f.Kr. I den industrielle revolution blev der udviklet nye metoder til at producere jernstænger uden kulstof, som senere blev brugt til at producere stål.
I slutningen af 1850'erne udtænkte Henry Bessemer at blæse luft i smeltet råjern for at producere blødt stål, hvilket gjorde produktionen af stål mere økonomisk. Dette resulterede i et fald i produktionen af smedejern..
Metallisk glans med en grålig farvetone.
55.845 u.
26
1.533 ºC
2.862 ºC
-Omgivelsestemperatur: 7,874 g / ml.
-Smeltepunkt (væske): 6,980 g / ml.
13,81 kJ / mol
340 kJ / mol
25,10 J / (mol K)
-Første ioniseringsniveau: 762,5 kJ / mol (Fe+ gasformig)
-Andet ioniseringsniveau: 1.561,9 kJ / mol (Feto+ gasformig)
-Tredje niveau ionisering: 2,957, kJ / mol (Fe3+ gasformig)
1,83 på Pauling-skalaen
Empirisk kl
80,4 W / (m K)
96,1 Ω · m (ved 20 ºC)
770 ° C, ca. Ved denne temperatur er jern ikke længere ferromagnetisk..
Stabile isotoper: 54Fe med en overflod på 5,85%; 56Fe med en overflod på 91,75%; 57Fe med en overflod på 2,12%; Y 57Fe med en overflod på 0,28%. At være den 56Fe er den mest stabile og rigelige isotop, det er ikke overraskende, at jernets atomvægt er meget tæt på 56 u.
Mens radioaktive isotoper er: 55Tro, 59Tro og 60Tro.
Jern ved stuetemperatur krystalliserer i den kropscentrerede kubiske struktur (bcc), som også er kendt som α-Fe eller ferrit (inden for metallurgisk jargon). Da det kan vedtage forskellige krystallinske strukturer afhængigt af temperatur og tryk, siges jern at være et allotropisk metal.
Allotrope bcc er almindeligt jern (ferromagnetisk), den som folk ved så meget om og er tiltrukket af magneter. Når det opvarmes over 771 ºC, bliver det paramagnetisk, og selvom dets krystal kun udvides, blev denne “nye fase” tidligere betragtet som β-Fe. De andre allotroper af jern er også paramagnetiske.
Mellem 910 ° C og 1394 ° C findes jern som austenit eller γ-Fe allotrope, hvis struktur er ansigt-centreret kubisk, fcc. Omdannelsen mellem austenit og ferrit har stor indflydelse på stålfremstillingen; da kulstofatomer er mere opløselige i austenit end i ferrit.
Og derefter, over 1394 ºC indtil dets smeltepunkt (1538 º C), vender jern tilbage for at vedtage bcc-strukturen, δ-Fe; men i modsætning til ferrit er denne allotrop paramagnetisk.
Ved at øge trykket til 10 GPa ved en temperatur på nogle få hundrede grader Celsius udvikler a- eller ferritallotropen sig til ε allotropen, epsilon, der er karakteriseret ved krystallisering i en kompakt sekskantet struktur; det vil sige med de mest komprimerede Fe-atomer. Dette er den fjerde allotrope form for jern.
Nogle studier teoretiserer om den mulige eksistens af andre jernallotroper under sådanne tryk, men ved endnu højere temperaturer.
Uanset jernallotropen og temperaturen, der "ryster" dens Fe-atomer, eller det tryk, der komprimerer dem, interagerer de med hinanden med de samme valenselektroner; disse er dem, der vises i deres elektroniske konfiguration:
[Ar] 3d6 4sto
Derfor er der otte elektroner, der deltager i den metalliske binding, uanset om den er svækket eller styrket under allotropiske overgange. Ligeledes er det disse otte elektroner, der definerer jernets egenskaber såsom dets termiske eller elektriske ledningsevne..
De vigtigste (og almindelige) oxidationstal for jern er +2 (Feto+) og +3 (Fe3+). Faktisk betragter den konventionelle nomenklatur kun disse to tal eller stater. Der er dog forbindelser, hvor jern kan vinde eller miste et andet antal elektroner; det vil sige eksistensen af andre kationer antages.
For eksempel kan jern også have oxidationstal på +1 (Fe+), +4 (Fe4+), +5 (Fe5+), +6 (Fe6+) og +7 (Fe7+). Den anioniske art ferrer, FeO4to-, har jern med et oxidationsnummer på +6, da de fire iltatomer har oxideret det til en sådan ekstrem.
Ligeledes kan jern have negative oxidationstal; såsom: -4 (Fe4-), -2 (Feto-) og -1 (Fe-). Imidlertid er forbindelser med jerncentre med disse elektrongevinster meget sjældne. Derfor danner sidstnævnte, selvom det overgår mangan i denne henseende, langt mere stabile forbindelser med dets række af oxidationstilstande..
Resultatet, til praktiske formål, skal du bare overveje Feto+ o Tro3+; de andre kationer er forbeholdt noget specifikke ioner eller forbindelser.
Det er nødvendigt at fortsætte til placeringen af malmen af de mest passende mineraler til minedrift af jern. De mest anvendte mineraler til opnåelse af det er følgende: hæmatit (FetoELLER3), magnetit (Fe3ELLER4) limonit (FeO · OH · nHtoO) og siderit (FeCO3).
Derefter er det første trin i ekstraktionen at samle klipperne sammen med jernmalmmalmene. Disse klipper knuses for at bryde dem i små stykker. Derefter er der en fase med udvælgelse af klippefragmenterne med jernmalm.
I udvælgelsen følges to strategier: brug af et magnetfelt og sedimentering i vand. Stenfragmenterne udsættes for et magnetfelt, og mineralfragmenterne er orienteret i det og kan således adskilles.
I den anden metode dumpes de stenede fragmenter i vandet, og de, der indeholder jern, fordi de er tungere, sætter sig i bunden af vandet og efterlader gangen i den øverste del af det, fordi det er lettere.
Jernmalmene transporteres til højovne, hvor de dumpes sammen med kokskul, der har rollen som leverandør af brændstof og kulstof. Derudover tilføjes kalksten eller kalksten, som opfylder funktionen af flux.
I højovnen med den foregående blanding injiceres varm luft ved en temperatur på 1.000 ºC. Jern smeltes ved forbrænding af kul, der bringer temperaturen til 1.800 ºC. Når det er flydende, kaldes det svinejern, som akkumuleres i bunden af ovnen..
Grisejern fjernes fra ovnen og hældes i beholdere, der skal transporteres til et nyt støberi. mens slaggen, en urenhed placeret på overfladen af svinejernet, kasseres.
Grisejern hældes ved brug af skovle i en konverterovn sammen med kalksten som flux, og ilt indføres ved høje temperaturer. Således reduceres kulstofindholdet, hvilket raffinerer råjernet for at gøre det til stål.
Derefter ledes stålet gennem elektriske ovne til produktion af specialstål.
Fordi det er et metal med lave produktionsomkostninger, formbart, duktilt og modstandsdygtigt over for korrosion, er det blevet gjort til det mest anvendelige metal for mennesket under dets forskellige former: smedet, støbt og stål af forskellige typer.
Jern bruges til konstruktion af:
-Broer
-Baser til bygninger
-Døre og vinduer
-Skibsskrog
-Forskellige værktøjer
-Rør til drikkevand
-Rør til opsamling af spildevand
-Havemøbler
-Barer til sikkerhed i hjemmet
Det bruges også til produktion af husholdningsredskaber, såsom gryder, pander, knive, gafler. Derudover bruges det til fremstilling af køleskabe, komfurer, vaskemaskiner, opvaskemaskiner, blendere, ovne, brødristere.
Kort sagt er jern til stede i alle objekter, der omgiver mennesket.
Metallisk jern kan også fremstilles som nanopartikler, som er meget reaktive og bevarer de magnetiske egenskaber af det makroskopiske faste stof..
Disse Fe-kugler (og deres multiple yderligere morfologier) bruges til at rense vand fra organiske klorforbindelser og som lægemiddelbærere rettet mod at udvælge regioner i kroppen gennem påføring af et magnetfelt..
På samme måde kan de tjene som katalytiske bærere i reaktioner, hvor kulstofbindinger brydes, C-C.
Jernoxid, FeO, anvendes som et pigment til krystaller. Jernoxid, FetoELLER3, Det er grundlaget for en række pigmenter, der spænder fra gul til rød, kendt som venetiansk rød. Den røde form, kaldet rouge, bruges til at polere ædle metaller og diamanter.
Ferro-jernoxid, Fe3ELLER4, Det bruges i ferrit, stoffer med høj magnetisk tilgængelighed og elektrisk resistivitet, der kan bruges i visse computerhukommelser og i belægningen af magnetbånd. Det er også blevet brugt som et pigment- og poleringsmiddel.
Jernsulfatheptahydrat, FeSO47HtoEller det er den mest almindelige form for jernholdigt sulfat, kendt som grøn vitriol eller coppera. Det bruges som reduktionsmiddel og til fremstilling af blæk, gødning og pesticider. Det finder også anvendelse i galvanisering af jern..
Jernsulfat, Feto(SW4)3, Det bruges til at opnå jernalum og andre jernforbindelser. Det tjener som et koaguleringsmiddel til oprensning af spildevand og som et mordant ved farvning af tekstiler.
Jernklorid, FeClto, Det bruges som et mordant og reduktionsmiddel. I mellemtiden er jernchlorid, FeCl3, Det bruges som kloreringsmiddel til metaller (sølv og kobber) og nogle organiske forbindelser.
Fe-behandlingen3+ med hexocyanoferrationen [Fe (CN)6]-4 producerer et blåt bundfald, kaldet preussisk blå, der anvendes i maling og lak.
Generelt anbefales et indtag på 18 mg / dag jern. Blandt de fødevarer, der leverer det i den daglige diæt, er følgende:
Skaldyr giver jern i hæmform, så der er ingen hæmning i tarmabsorptionen af det. Muslingen giver op til 28 mg jern pr. 100 g af det; derfor ville denne mængde musling være tilstrækkelig til at levere det daglige behov for jern.
Spinat indeholder 3,6 mg jern pr. 100 g. Oksekød, f.eks. Kalv lever, indeholder 6,5 mg jern pr. 100 g. Det er sandsynligt, at bidraget fra blodpølse er noget højere. Blodpølse består af portioner af tyndtarmen fyldt med oksekødsblod.
Bælgfrugter, såsom linser, indeholder 6,6 mg jern pr. 198 g. Rødt kød indeholder 2,7 mg jern pr. 100 g. Græskarfrø indeholder 4,2 mg pr. 28 g. Quinoa indeholder 2,8 mg jern pr. 185 g. Kalkunens mørke kød indeholder 2,3 mg pr. 100 g. Broccoli indeholder 2,3 mg pr. 156 mg.
Tofu indeholder 3,6 mg pr. 126 g. I mellemtiden indeholder mørk chokolade 3,3 mg pr. 28 g.
De funktioner, som jern udfører, især hos hvirveldyrs levende væsener, er utallige. Det anslås, at mere end 300 enzymer kræver jern til deres funktion. Blandt de enzymer og proteiner, der bruger det, hedder følgende:
-Proteiner, der har hæmgruppen og ikke har enzymatisk aktivitet: hæmoglobin, myoglobin og neuroglobin.
-Enzymer med hæmgruppen involveret i elektrontransport: cytokromer a, b og f, og cytochromoxidaser og / eller oxidaseaktivitet; sulfitoxidase, cytochrom P450 oxidase, myeloperoxidase, peroxidase, katalase osv..
-Jern-svovlholdige proteiner, relateret til oxyreductase-aktiviteter, involveret i energiproduktion: succinatdehydrogenase, isocitratdehydrogenase og aconitase eller enzymer involveret i DNA-replikation og reparation: DNA-polymerase og DNA-heliklas.
-Ikke-heme enzymer, der bruger jern som en kofaktor for deres katalytiske aktivitet: phenylalaninhydrolase, tyrosinhydrolase, tryptophanhydrolase og lysinhydrolase.
-Ikke-hæm-proteiner, der er ansvarlige for transport og opbevaring af jern: ferritin, transferrin, haptoglobin osv..
Risikoen ved udsættelse for overskydende jern kan være akut eller kronisk. En årsag til akut jernforgiftning kan være overdreven indtagelse af jerntabletter i form af gluconat, fumarat osv..
Jern kan forårsage irritation af tarmslimhinden, hvis ubehag vises umiddelbart efter indtagelse og forsvinder efter 6 til 12 timer. Det absorberede jern deponeres i forskellige organer. Denne ophobning kan forårsage metaboliske forstyrrelser..
Hvis mængden af jern, der indtages, er giftig, kan det forårsage tarmperforering med peritonitis.
I det kardiovaskulære system producerer det hypovolæmi, der kan være forårsaget af gastrointestinal blødning og frigivelse af jern af vasoaktive stoffer, såsom serotonin og histamin. I sidste ende kan der forekomme massiv nekrose i leveren og leversvigt.
Hæmokromatosia er en arvelig sygdom, der udgør en ændring i kroppens jernreguleringsmekanisme, som manifesteres i en stigning i blodkoncentrationen af jern og dets ophobning i forskellige organer; inklusive lever, hjerte og bugspytkirtel.
De første symptomer på sygdommen er som følger: ledsmerter, mavesmerter, træthed og svaghed. Med følgende symptomer og senere tegn på sygdommen: diabetes, tab af seksuel lyst, impotens, hjertesvigt og leversvigt.
Hæmosiderose er, som navnet antyder, karakteriseret ved ophobning af hæmosiderin i vævene. Dette forårsager ikke vævsskader, men det kan udvikle sig til skader svarende til dem, der ses i hæmokromatosia.
Hæmosiderose kan være forårsaget af følgende årsager: øget absorption af jern fra kosten, hæmolytisk anæmi, der frigiver jern fra røde blodlegemer, og overdreven blodtransfusioner.
Hæmosiderose og hæmokromatosi kan skyldes en utilstrækkelig funktion af hormonet hepcidin, et hormon udskilt af leveren, der er involveret i reguleringen af legemsjern.
Endnu ingen kommentarer