De järn är en övergångsmetall som tillhör grupp 8 eller VIIIB i det periodiska systemet och representeras av den kemiska symbolen Fe. Det är en gråaktig, duktil, formbar och mycket tålig metall, som används i många tillämpningar med stor nytta för man och kvinna..
Det utgör 5% av jordskorpan och är också den näst vanligaste metallen efter aluminium. Dessutom överskrids dess överflöd av syre och kisel. Men med avseende på jordens kärna består 35% av den av metalliskt och flytande järn.
Utanför jordens kärna är järn inte i metallisk form, eftersom det snabbt oxideras när det utsätts för fuktig luft. Den är belägen i basaltstenar, kolbaserade sediment och i meteoriter; generellt legerat med nickel, som i mineralet kamacit.
De viktigaste järnmineralerna som används för gruvdrift är följande: hematit (järnoxid, FetvåELLER3), magnetit (ferrojärnoxid, Fe3ELLER4), limonit (hydratiserad järnoxidhydroxid, [FeO (OH) · nHtvåO]) och siderit (järnkarbonat, FeCO3).
I genomsnitt har människan ett innehåll av 4,5 g järn, varav 65% är i form av hemoglobin. Detta protein ingriper i transporten av syre i blodet och i dess fördelning till olika vävnader, för dess efterföljande upptag av myoglobin och neuroglobin..
Trots de många fördelarna med järn för människor kan överflödig metall ha mycket allvarliga toxiska effekter, särskilt på levern, hjärt-kärlsystemet och bukspottkörteln. så är fallet med ärftlig sjukdom hemokromatosia.
Järn är synonymt med konstruktion, styrka och krig. Å andra sidan är det på grund av dess överflöd alltid ett alternativ att överväga när det gäller utveckling av nya material, katalysatorer, läkemedel eller polymerer; och trots den röda färgen på rost är den en miljövänlig metall.
Artikelindex
Järn har bearbetats i årtusenden. Det är emellertid svårt att hitta järnföremål från sådana antika tider på grund av deras känslighet för korrodering, vilket orsakar deras förstörelse. De äldsta kända järnföremålen gjordes av det som finns i meteoriter.
Så är fallet med ett slags pärlor tillverkade år 3500 f.Kr., som finns i Gerzah, Egypten, och en dolk som finns i Tutankhamuns grav. Järnmeteoriter kännetecknas av ett högt nickelinnehåll, varför det var möjligt att identifiera deras ursprung i dessa föremål.
Bevis på gjutjärn hittades också i Asmar, Mesopotamien och Tail Chagar Bazaar, i Syrien, mellan 3000 och 2700 f.Kr. Även om järnsmältningen började under bronsåldern, tog det århundraden innan den förskjutit brons.
Artefakter av gjutjärn hittades också i Indien, 1800 till 1200 f.Kr. och i Levanten, omkring 1500 f.Kr. Man tror att järnåldern började år 1000 f.Kr. då dess produktionskostnad minskades.
Det förekommer i Kina mellan 700 och 500 f.Kr., troligen transporterat genom Centralasien. De första järnföremålen hittades i Luhe Jiangsu, Kina.
Smidesjärn producerades i Europa genom användning av så kallade galasmedier. Processen krävde användning av kol som bränsle.
Medeltida masugnar var 3,0 m höga, gjorda av brandhämmande tegelstenar och luft tillfördes med manuell bälg. År 1709 etablerade Abraham Darby en koksugn för att producera smält järn som ersatte kol..
Tillgången på billigt järn var en av de faktorer som ledde till den industriella revolutionen. Under denna period började raffinering av svinjärn till smidesjärn, som användes för att bygga broar, fartyg, lager etc..
Stål använder en högre kolkoncentration än smidesjärn. Stål tillverkades i Luristan, Persien, 1000 f.Kr. Under den industriella revolutionen utvecklades nya metoder för att producera järnstänger utan kol, som senare användes för att producera stål.
I slutet av 1850-talet utformade Henry Bessemer att blåsa luft i smält grisjärn för att producera mjukt stål, vilket gjorde produktionen av stål mer ekonomiskt. Detta resulterade i en minskning av produktionen av smidesjärn..
Metallisk glans med en gråaktig nyans.
55,845 u.
26
1 533 ºC
2862 ºC
-Omgivningstemperatur: 7,874 g / ml.
-Smältpunkt (flytande): 6,980 g / ml.
13,81 kJ / mol
340 kJ / mol
25,10 J / (mol K)
-Första joniseringsnivån: 762,5 kJ / mol (Fe+ gasformig)
-Andra joniseringsnivån: 1561,9 kJ / mol (Fetvå+ gasformig)
-Tredje nivåjonisering: 2,957, kJ / mol (Fe3+ gasformig)
1,83 på Pauling-skalan
Empirisk kl
80,4 W / (m K)
96,1 Ω · m (vid 20 ºC)
770 ° C, ungefär. Vid denna temperatur är järn inte längre ferromagnetiskt..
Stabila isotoper: 54Fe, med ett överflöd av 5,85%; 56Fe, med ett överflöd på 91,75%; 57Fe, med ett överflöd av 2,12%; Y 57Fe, med ett överflöd på 0,28%. Att vara 56Fe är den mest stabila och rikliga isotopen, det är inte förvånande att järnens atomvikt är mycket nära 56 u.
Medan radioaktiva isotoper är: 55Tro, 59Tro och 60Tro.
Järn vid rumstemperatur kristalliserar in i den kroppscentrerade kubiska strukturen (bcc), som också är känd som α-Fe eller ferrit (inom metallurgisk jargong). Eftersom det kan anta olika kristallstrukturer beroende på temperatur och tryck, sägs järn vara en allotrop metall.
Allotrop bcc är vanligt järn (ferromagnetiskt), det som människor vet så mycket om och lockas av magneter. Vid uppvärmning över 771 ° C blir den paramagnetisk, och även om dess kristall bara expanderar, ansågs denna "nya fas" tidigare vara β-Fe. De andra allotroperna av järn är också paramagnetiska.
Mellan 910 ° C och 1394 ° C finns järn som austeniten eller γ-Fe allotropen, vars struktur är ansiktscentrerad kubisk, fcc. Omvandlingen mellan austenit och ferrit har stor inverkan på ståltillverkningen; eftersom kolatomer är mer lösliga i austenit än i ferrit.
Och sedan, över 1394 ° C tills dess smältpunkt (1538 ° C), återgår järn för att anta bcc-strukturen, δ-Fe; men till skillnad från ferrit är denna allotrop paramagnetisk.
Genom att öka trycket till 10 GPa, vid en temperatur på några hundra grader Celsius, utvecklas a- eller ferritallotropen till ε allotropen, epsilon, kännetecknad av kristallisering i en kompakt sexkantig struktur; det vill säga med de mest komprimerade Fe-atomerna. Detta är den fjärde allotropa formen av järn.
Vissa studier teoretiserar om den möjliga existensen av andra järnallotroper under sådana tryck, men vid ännu högre temperaturer.
Oavsett järnallotropen och temperaturen som "skakar" dess Fe-atomer, eller trycket som komprimerar dem, interagerar de med varandra med samma valenselektroner; dessa är de som visas i deras elektroniska konfiguration:
[Ar] 3d6 4stvå
Därför finns det åtta elektroner som deltar i metallbindningen, oavsett om den försvagas eller förstärks under allotropa övergångar. På samma sätt är det dessa åtta elektroner som definierar egenskaperna hos järn såsom dess termiska eller elektriska ledningsförmåga..
Det viktigaste (och vanligaste) oxidationsantalet på järn är +2 (Fetvå+) och +3 (Fe3+). Faktum är att den konventionella nomenklaturen endast tar hänsyn till dessa två siffror eller tillstånd. Det finns dock föreningar där järn kan få eller förlora ett annat antal elektroner; det vill säga förekomsten av andra katjoner antas.
Till exempel kan järn också ha oxidationsantal på +1 (Fe+), +4 (Fe4+), +5 (Fe5+), +6 (Fe6+) och +7 (Fe7+). Den anjoniska arten ferrerar, FeO4två-, har järn med ett oxidationsnummer på +6, eftersom de fyra syreatomerna har oxiderat det till en sådan extrem.
På samma sätt kan järn ha negativa oxidationsnummer; såsom: -4 (Fe4-), -2 (Fetvå-) och -1 (Fe-). Föreningar med järncentra med dessa elektronförstärkningar är dock mycket sällsynta. Det är därför, även om det överträffar mangan i detta avseende, bildar det senare mycket mer stabila föreningar med sitt intervall av oxidationstillstånd..
Resultatet, för praktiska ändamål, överväga bara Fetvå+ o Tro3+; de andra katjonerna är reserverade för något specifika joner eller föreningar.
Det är nödvändigt att gå till platsen för malmerna av de mest lämpliga mineralerna för utvinning av järn. De mineraler som mest används för att erhålla det är följande: hematit (FetvåELLER3), magnetit (Fe3ELLER4) limonit (FeO-OH-nHtvåO) och siderit (FeCO3).
Då är det första steget i extraktionen att samla stenarna med malmen. Dessa stenar krossas för att bryta dem i små bitar. Därefter sker en fas av urval av bergfragmenten med järnmalm.
I urvalet följs två strategier: användning av ett magnetfält och sedimentering i vatten. Bergfragmenten utsätts för ett magnetfält och mineralfragmenten orienteras i det och kan således separeras.
I den andra metoden dumpas de steniga fragmenten i vattnet och de som innehåller järn, eftersom de är tyngre, sätter sig i botten av vattnet och lämnar gången i den övre delen av det eftersom det är lättare.
Järnmalmerna transporteras till masugnarna, där de dumpas tillsammans med kokskol som har rollen som leverantör av bränsle och kol. Dessutom tillsätts kalksten eller kalksten, som uppfyller funktionen av flöde.
I masugnen, med den föregående blandningen, injiceras varm luft vid en temperatur av 1000 ºC. Järn smälts genom förbränning av kol som får temperaturen till 1 800 ºC. En gång flytande kallas det grisjärn, som ackumuleras längst ner i ugnen..
Grisjärn avlägsnas från ugnen och hälls i behållare för att transporteras till ett nytt gjuteri. medan slaggen, en orenhet belägen på ytan av råjärnet, kasseras.
Grisjärn hälls genom användning av slevar i en konverteringsugn, tillsammans med kalksten som flöde, och syre införs vid höga temperaturer. Således reduceras kolhalten, vilket raffinerar råjärnet för att göra det till stål.
Därefter passerar stålet genom elektriska ugnar för produktion av specialstål.
Eftersom det är en metall med låga produktionskostnader, formbar, duktil och korrosionsbeständig, har den gjorts till den mest användbara metallen för människa, under dess olika former: smidd, gjutet och stål av olika slag.
Järn används för konstruktion av:
-Broar
-Baser för byggnader
-Dörrar och fönster
-Fartygsskrov
-Olika verktyg
-Rör för dricksvatten
-Rör för uppsamling av avloppsvatten
-Trädgårdsmöbler
-Barer för hemsäkerhet
Det används också vid tillverkning av hushållsredskap, såsom krukor, stekpannor, knivar, gafflar. Dessutom används den vid tillverkning av kylskåp, spisar, tvättmaskiner, diskmaskiner, blandare, ugnar, brödrostar.
Kort sagt, järn finns i alla föremål som omger människan.
Metalliskt järn kan också framställas som nanopartiklar, som är mycket reaktiva och bibehåller de magnetiska egenskaperna hos det makroskopiska fastämnet..
Dessa sfärer av Fe (och deras multipla ytterligare morfologier) används för att rena vatten från organoklorföreningar och som läkemedelsbärare riktade mot att välja regioner i kroppen genom applicering av ett magnetfält..
På samma sätt kan de fungera som katalytiska bärare i reaktioner där kolbindningar bryts, C-C.
Järnoxid, FeO, används som ett pigment för kristaller. Järnoxid, FetvåELLER3, Det är grunden för en serie pigment som sträcker sig från gult till rött, känt som venetianskt rött. Den röda formen, kallad rouge, används för att polera ädelmetaller och diamanter.
Ferro-ferric oxid, Fe3ELLER4, Den används i ferriter, ämnen med hög magnetisk tillgänglighet och elektrisk resistivitet, användbara i vissa datorminnen och vid beläggning av magnetband. Det har också använts som ett pigment och poleringsmedel.
Järnsulfatheptahydrat, FeSO47HtvåEller det är den vanligaste formen av järnsulfat, känd som grön vitriol eller koppar. Det används som reduktionsmedel och vid tillverkning av bläck, gödselmedel och bekämpningsmedel. Den finner också användning vid galvanisering av järn..
Järnsulfat, Fetvå(SW4)3, Det används för att erhålla järnalun och andra järnföreningar. Det fungerar som ett koaguleringsmedel vid rening av avloppsvatten och som ett mordant vid färgning av textilier.
Järnklorid, FeCltvå, Det används som ett mordant och reduktionsmedel. Under tiden järnklorid, FeCl3, Det används som kloreringsmedel för metaller (silver och koppar) och vissa organiska föreningar.
Fe-behandlingen3+ med hexocyanoferratjonen [Fe (CN)6]-4 producerar en blå fällning, kallad preussisk blå, som används i färger och lacker.
I allmänhet rekommenderas ett intag av 18 mg / dag järn. Bland de livsmedel som ger det i den dagliga kosten är följande:
Skaldjur ger järn i hemmform, så det finns ingen hämning i tarmabsorptionen av det. Musslan ger upp till 28 mg järn per 100 g; därför skulle denna mängd musslor räcka för att tillgodose det dagliga behovet av järn.
Spenat innehåller 3,6 mg järn per 100 g. Nötköttorgankött, till exempel kalvlever, innehåller 6,5 mg järn per 100 g. Det är troligt att blodkorvens bidrag är något högre. Blodkorv består av delar av tunntarmen, fyllda med nötköttblod.
Baljväxter, såsom linser, innehåller 6,6 mg järn per 198 g. Rött kött innehåller 2,7 mg järn per 100 g. Pumpafrön innehåller 4,2 mg per 28 g. Quinoa innehåller 2,8 mg järn per 185 g. Kalkonens mörka kött innehåller 2,3 mg per 100 g. Broccoli innehåller 2,3 mg per 156 mg.
Tofu innehåller 3,6 mg per 126 g. Under tiden innehåller mörk choklad 3,3 mg per 28 g.
De funktioner som järn uppfyller, särskilt hos ryggradsdjur, är otaliga. Det uppskattas att mer än 300 enzymer kräver järn för att de ska fungera. Bland de enzymer och proteiner som använder det heter följande:
-Proteiner som har hemgruppen och inte har enzymatisk aktivitet: hemoglobin, myoglobin och neuroglobin.
-Enzymer med hemgruppen involverad i elektrontransport: cytokrom a, b och f, och cytokromoxidas och / eller oxidasaktivitet; sulfitoxidas, cytokrom P450-oxidas, myeloperoxidas, peroxidas, katalas, etc..
-Järn-svavelhaltiga proteiner, relaterade till oxyreduktasaktiviteter, involverade i energiproduktion: succinatdehydrogenas, isocitratdehydrogenas och aconitas, eller enzymer involverade i DNA-replikering och reparation: DNA-polymeras och DNA-heliklas.
-Icke-hem-enzymer som använder järn som en kofaktor för sin katalytiska aktivitet: fenylalaninhydrolas, tyrosinhydrolas, tryptofanhydrolas och lysinhydrolas.
-Proteiner som inte är heme som ansvarar för transport och lagring av järn: ferritin, transferrin, haptoglobin etc..
Riskerna med exponering för överflödigt järn kan vara akuta eller kroniska. En orsak till akut järnförgiftning kan vara överdrivet intag av järntabletter, i form av glukonat, fumarat etc..
Järn kan orsaka irritation i tarmslemhinnan, vars obehag uppträder direkt efter intag och försvinner efter 6 till 12 timmar. Det absorberade järnet deponeras i olika organ. Denna ansamling kan orsaka metaboliska störningar..
Om mängden järn som intas är giftigt kan det orsaka tarmperforering med peritonit.
I det kardiovaskulära systemet producerar det hypovolemi som kan orsakas av gastrointestinal blödning och frigöring av järn av vasoaktiva ämnen, såsom serotonin och histamin. I slutändan kan massiv nekros i levern och leversvikt uppstå.
Hemokromatosia är en ärftlig sjukdom som presenterar en förändring i kroppens järnregleringsmekanism, vilket manifesteras i en ökning av blodkoncentrationen av järn och dess ansamling i olika organ; inklusive lever, hjärta och bukspottkörteln.
De första symptomen på sjukdomen är följande: ledvärk, buksmärta, trötthet och svaghet. Med följande symtom och senare tecken på sjukdomen: diabetes, förlust av sexuell lust, impotens, hjärtsvikt och leversvikt.
Hemosideros kännetecknas, som namnet antyder, av ackumuleringen av hemosiderin i vävnaderna. Detta orsakar inte vävnadsskada, men det kan utvecklas till skador som liknar den som ses vid hemokromatosia.
Hemosideros kan orsakas av följande orsaker: ökad absorption av järn från kosten, hemolytisk anemi som frigör järn från röda blodkroppar och överdrivna blodtransfusioner.
Hemosideros och hemokromatosia kan bero på att hormonet hepcidin fungerar otillräckligt, ett hormon som utsöndras av levern och som är involverat i regleringen av kroppsjärn..
Ingen har kommenterat den här artikeln än.