Järn

	Järn
Allmänt
Ämnesklass	övergångsmetaller
Densitet	7874 kg/m3 (273 K)
Hårdhet	4,0
Utseende	grå metallglänsande
Atomens egenskaper
Atommassa	55,845 u
Atomradie (beräknad)	140 (156) pm
Kovalent radie	125 pm
Elektronkonfiguration	[Ar]3d64s2
e– per skal	2, 8, 14, 2
Oxidationstillstånd (O)	2, 3, 4, 6 (amfoterisk)
Kristallstruktur	kubisk rymdcentrerad packning
Ämnets fysiska egenskaper
Aggregationstillstånd	fast
Smältpunkt	1808 K (1535 °C)
Kokpunkt	3023 K (2750 °C)
Molvolym	7,09 ·10-6 m3/mol
Ångbildningsvärme	349,6 kJ/mol
Smältvärme	13,8 kJ/mol
Ångtryck	7,05 Pa vid 1808 K
Ljudhastighet	4910 m/s vid 293,15 K
Diverse
Elektronegativitet	1,83 (Paulingskalan)
Värmekapacitet	450 J/(kg·K)
Elektrisk ledningsförmåga	9,93·106 S/m (Ω−1·m−1)
Värmeledningsförmåga	82 W/(m·K)
1a jonisationspotential	762,5 kJ/mol
2a jonisationspotential	1561,9 kJ/mol
3e jonisationspotential	2957 kJ/mol
4e jonisationspotential	5290 kJ/mol kJ/mol
Stabilaste isotoper
	SI-enheter & STP används om ej annat angivits.

Järn (latinskt namn: Ferrum) är ett relativt vanligt förekommande metalliskt grundämne med 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 isarno på galliska och iranann eller íarn på forniriska. 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. 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 frekvent.

-2 i Fe(CO)₄²-
-1 i Fe₂(CO)₄²-
0 i Fe(CO)₅ och i ferrocen
1 i [Fe(H₂O)₅NO]²⁺
2 i FeO
3 i Fe₂O₃ (hematit)
4 är väldigt sällsynt men finns i vissa enzymer
5 är väldigt 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. 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 framförallt 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.

Framställning och användning

Detta avsnitt är en sammanfattning av Järnindustri

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

6C + 3O₂ → 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 är 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. Det 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 ett tärningsformat (kubiskt) kristallsystem. Den har en hårdhet på 4,5 och är stålgrå till svart i färgen. Även streckfärgen är grå. På grund av reaktion med vatten och syre är rent järn inte stabilt. Det uppträder därför, legerat med nickel, endast i järnmeteoriter eller i basaltiska bergarter, där det ofta sker en reduktion av järnhaltiga mineraler.

Biologisk betydelse

Järn är ett viktigt spårämne i den mänskliga kroppen. En vuxen person innehåller cirka 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.

Se även

Källor

Nationalencyclopedin
Järn i Elof Hellquist, Svensk etymologisk ordbok (1:a upplagan, 1922)
The American Heritage Dictionary