Jern

Fra Wikipedia, den frie encyklopædi
Gå til: navigation , søg
Jern
26 Fe
-

Fe

Ru
manganjernkobolt
Udseende
skinnende metallisk med en grålig skær
En grov kile af sølvskinnende metal

Spektrallinjer af jern
Generelle egenskaber
Navn, symbol , tal jern, Fe, 26
Udtale / aɪ. ər n /
Element kategori overgangsmetal
Group , periode , blok 8 , 4 , d
Standard atomvægt 55,845 (2)
Elektron-konfiguration [ Ar ] 3d 6 4s 2
2, 8, 14, 2
Elektron skaller af jern (2, 8, 14, 2)
Historie
Discovery før 5000 f.Kr.
Fysiske egenskaber
Fase solid
Density (nær rt ) 7.874 g · cm -3
Flydende densitetmp 6,98 g · cm -3
Smeltepunkt 1811 K , 1538 ° C, 2800 ° F
Kogepunkt 3134 K, 2862 ° C, 5182 ° F
Smeltevarme 13.81 kJ · mol -1
Fordampningsvarme 340 kJ · mol -1
Molær varmekapacitet 25,10 J · mol -1 · K -1
Damptryk
P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
ved T (K) 1728 1890 2091 2346 2679 3132
Atomic egenskaber
Oxidationstrin 6, 5, [1] 4, 3, 2, 1 [2] , -1, -2
( amfotert oxid)
Elektronegativitet 1,83 (Pauling skala)
Ioniseringenergier
( mere )
1.: 762,5 kJ · mol -1
2.: 1561,9 kJ · mol -1
3rd: 2957 kJ · mol -1
Atomic radius 126 pm
Kovalent radius 132 ± 3 (lav centrifugering), 152 ± 6 (højt spin) pm
Miscellanea
Krystalstruktur krop-centreret kubisk
Jern har en krop-centreret kubisk krystalstruktur

a = 286,65 pm;
kubisk fladecentreret
Jern har en kubisk fladecentreret krystalstruktur

mellem 1185-1667 K
Magnetisk bestilling ferromagnetisk
1043 K
Elektrisk modstand (20 ° C) 96,1 nΩ · m
Varmeledningsevne 80,4 W · m -1 · K -1
Termisk udvidelse (25 ° C) 11.8 um · m -1 · K -1
Lydens hastighed (tynd stang) ( rt ) (elektrolytisk)
5120 m · s -1
Youngs modul 211 GPa
Forskydningsmodul 82 GPa
Bulk modulus 170 GPa
Poisson forholdet 0.29
Mohs hårdhed 4
Vickers hårdhed 608 MPa
Brinell hårdhed 490 MPa
CAS register nummer 7439-89-6
Mest stabile isotoper
Uddybende artikel: Isotoper af jern
iso NA halveringstid DM DE ( MeV ) DP
54 Fe 5,8% > 3,1 × 10 22 y β + β + 0,6800 54 Cr
55 Fe syn 2,73 y ε 0.231 55 Mn
56 Fe 91,72% 56 Fe er stabilt med 30 neutroner
57 Fe 2,2% 57 Fe er stabilt med 31 neutroner
58 Fe 0.28% 58 Fe er stabilt med 32 neutroner
59 Fe syn 44,503 d β - 1.565 59 Co
60 Fe syn 2.6 × 10 6 y β - 3,978 60 Co
· r

Jern er et grundstof med symbolet Fe (fra latin : Ferrum) og atomnummer 26.. Det er et metal i den første overgang serie . Det er den mest almindelige element (efter vægt) danner planeten Jorden som en helhed, der udgør en stor del af Jordens ydre og indre kerne . Det er den fjerde mest almindelige grundstof i Jordens skorpe . Jern er meget almindelige tilstedeværelse i klippefyldte planeter som Jorden er på grund af sin rigelige produktion som et resultat af fusion i high-masse stjerner, hvor produktionen af nikkel-56 (som henfalder til de mest almindelige isotop af jern) er den sidste kernefusion reaktion der er eksoterm . Dette medfører radioaktiv nikkel bliver det sidste element, der skal fremstilles før kollaps af en supernova fører til de eksplosive begivenheder, der spreder denne forstadium radionuklid af jern rigeligt i rummet.

Ligesom andre gruppe 8 elementer , jern findes i en bred vifte af oxidationstrin , -2 til +6, selvom +2 og +3 er den mest almindelige. Elementært jern forekommer i meteorider og andre lavt iltindhold miljøer, men er reaktiv over for ilt og vand. Friske jern overflader vises skinnende sølvgråt, men oxidere i normal luft til opnåelse hydratiserede jernoxider , almindeligvis kendt som rust . I modsætning til mange andre metaller som danner passiverende oxidlag, indtager jernoxider mere volumen end jern metal, og dermed jernoxider skalle og udsætte nye overflader for korrosion.

Jern metal har været brugt siden oldtiden, selvom kobberlegeringer, som har lavere smeltepunkter, blev brugt første i historien. Rent jern er blød (blødere end aluminium ), men er uopnåelig ved smeltning. Materialet er væsentligt hærdet og styrket af urenheder fra smelteprocessen, såsom carbon . En vis andel af kulstof (mellem 0,002% og 2,1%) fremstiller stål , som kan være op til 1000 gange hårdere end rent jern. Rå jern metal fremstilles i højovne , hvor malm er reduceret med koks til råjern , som har et højt kulstofindhold. Yderligere forfining med ilt reducerer kulstofindhold til de korrekte proportioner at gøre stål. Stål og kulstoffattige jern legeringer med andre metaller ( legeret stål ), er langt de mest almindelige metaller i industriel anvendelse, på grund af deres store sortiment af ønskværdige egenskaber og overflod af jern.

Jern kemiske forbindelser, som omfatter jernholdige og jern forbindelser, har mange anvendelsesmuligheder. Jernoxid blandet med aluminiumspulver kan antændes for at skabe en thermite reaktion , der anvendes i svejsning og rensende malm. Den danner binære forbindelser med halogener og chalcogens . Blandt de organometalliske forbindelser er ferrocen , den første sandwich forbindelsen opdaget.

Jern spiller en vigtig rolle i biologi , danne komplekser med molekylært oxygen i hæmoglobin og myoglobin , disse to forbindelser er fælles oxygen transport proteiner i hvirveldyr. Jern er også det metal, der anvendes på det aktive sted i mange vigtige redox enzymer beskæftiger sig med cellulær respiration og oxidation og reduktion i planter og dyr.

Indhold

Kendetegn

Mekaniske egenskaber

Karakteristiske værdier af trækstyrke (TS) og brinellhårdhed (BH) af de forskellige former af jern. [3] [4]
Materiale TS
(MPa)
BH
( Brinell )
Iron whiskers 11000
Ausformed (hærdet)
stål
2930 850-1200
Martensitisk stål 2070 600
Bainitic stål 1380 400
Perlitiske stål 1200 350
Koldbearbejdet jern 690 200
Små-grain jern 340 100
Carbon-indeholdende jern 140 40
Ren, single-krystal jern 10 3

De mekaniske egenskaber af jern og dets legeringer kan evalueres ved hjælp af en række tests, herunder Brinell test , Rockwell test og Vickers hårdhedstest . De data om jern er så konsekvent, at det ofte anvendes til at kalibrere målinger eller at sammenligne prøverne. [4] [5] er imidlertid de mekaniske egenskaber af jern væsentligt påvirket af prøvens renhed: grundforskning-purpose enkelte krystaller af jern er faktisk blødere end aluminium, [3], og den reneste industrielt fremstillede jern (99,99%) har en hårdhed på 20-30 Brinell. [6] En stigning i kulstofindholdet i jernet vil i første omgang medføre en betydelig tilsvarende stigning i jern hårdhed og trækstyrke. Maksimale hårdhed af 65 Rc opnås med en 0,6% kulstofindhold, skønt dette frembringer et metal med en lav trækstyrke. [7]

Fasediagram og allotropes

Jern er et eksempel på allotropy i et metal. Der er mindst fire allotropic former af jern, kendt som α, γ, δ og ε,. Ved meget høje tryk, eksisterer nogle kontroversielle eksperimentel evidens for en fase β stabil ved meget høje tryk og temperaturer [8]

Lavtryks- fasediagram af rent jern

Som smeltet jern køler det krystalliserer ved 1538 ° C i sin δ allotrope, som har en krop-centreret kubisk (BCC) krystalstruktur. Som det køler yderligere sin krystalstruktur ændringer fladecentreret kubisk (FCC) ved 1394 ° C, når det er kendt som γ-jern eller austenit . Ved 912 ° C krystalstrukturen bliver igen bcc som α-jern eller ferrit , er dannet, og ved 770 ° C (det Curie-punktet , T c) jern bliver magnetisk . Da jern passerer gennem Curie-temperaturen er der ingen ændring i krystallinsk struktur, men der er en ændring i "domæne struktur", hvor hvert domæne indeholder jernatomerne med en særlig elektronisk spin. I unmagnetized jern, er alle de elektroniske spin atomerne i én domæne i den samme retning; de tilstødende domæner peger i forskellige retninger og dermed udligner. I magnetiseret jern, er de elektroniske spin alle domæner justeret, således at de magnetiske virkninger af tilstødende domæner styrker hinanden. Selvom hvert domæne indeholder milliarder af atomer, de er meget små, omkring 10 mikrometer tværs. [9] Ved tryk over ca 10 GPa og temperaturer på et par hundrede kelvin eller derunder, α-jern ændringer i en sekskantet tætpakket (HCP) struktur, som også er kendt som ε-jern , den højere temperatur γ-fase ændres også i ε-jern, men gør det ved højere tryk. Den β-fase , hvis den eksisterer, forekommer ved tryk på mindst 50 GPa og temperaturer på mindst 1500 K,. det er blevet anset for at have en orthorhombisk eller en dobbelt hcp struktur [8]

Jern er af allerstørste betydning, når det blandes med visse andre metaller og kulstof til danne stål. Der er mange typer af stål, alle med forskellige egenskaber, og en forståelse af de egenskaber allotropes af jern er nøglen til fremstilling af god kvalitet stål.

α-jern, også kendt som ferrit, er den mest stabile form af jern ved normale temperaturer. Det er en forholdsvis blødt metal, der kan opløse kun en lille koncentration af kulstof (ikke mere end 0,021% af massen ved 910 ° C). [10]

Ovenfor 912 ° C og op til 1400 ° C α-jern undergår en faseovergang fra bcc til FCC konfigurationen af γ-jern, også kaldet austenit . Dette er ligeledes blød og metallisk men kan opløses betydeligt mere kulstof (så meget som 2,04% af massen ved 1146 ° C). Denne form for jern anvendes i form af rustfrit stål , der anvendes til fremstilling bestik, og hospitalet og foodservice udstyr. [9]

Højtryks-faser af jern er vigtige som endmember modeller for de faste dele af planeternes kerner. Den indre kerne af Jorden er generelt antages at bestå hovedsagelig af en jern- nikkel -legering med ε (eller β) struktur.

Smeltepunktet for jern er eksperimentelt veldefineret til tryk op til ca 50 GPa. For højere tryk, placeret forskellige undersøgelser γ-ε-flydende tripelpunkt ved tryk afviger med snesevis af gigapascals og gav forskelle over 1000 K til smeltepunktet. Generelt er molekylær dynamik computersimulationer af jern smeltning og chok bølge eksperimenter tyder på højere smeltepunkter og en meget stejlere hældning af smeltekurven end statiske forsøg udført i diamant ambolten celler . [11]

Isotoper

Naturligt forekommende jern består af fire stabile isotoper : 5,845% af 54 Fe, 91,754% af 56 Fe, 2.119% på 57 Fe og 0,282% af 58 Fe. Af disse stabile isotoper, har kun 57 Fe en nuklear centrifugering (-1 / 2). Den nuklid 54 Fe forventes at gennemgå dobbelt beta henfald , men denne proces var aldrig blevet observeret eksperimentelt for disse kerner, og kun den nedre grænse for halveringstiden blev etableret: t 1/2> 3.1 × 10 22 år.

60 Fe er en uddød radionuklid af lange halveringstid (2,6 millioner år) mange. [12] Det er ikke fundet på Jorden, men dens endelige henfald produkt er den stabile nuklid nikkel-60 .

Meget af den tidligere arbejde på at måle den isotopiske sammensætning Fe har fokuseret på at bestemme 60 Fe variationer skyldes processer ledsager nukleosyntese (dvs. meteorit studier) og malm dannelse. I det sidste årti dog fremskridt inden massespektrometri har teknologien gjort det muligt for detektion og kvantificering af minut, naturligt forekommende variationer i forholdene mellem de stabile isotoper af jern. Meget af dette arbejde er blevet drevet af Jorden og planeternes videnskab samfund, selv om ansøgninger til biologiske og industrielle systemer er begyndt at dukke op. [13]

Den hyppigste jern isotop 56 Fe er af særlig interesse for nukleare videnskabsmænd, da det repræsenterer den mest almindelige endepunkt nukleosyntese. Det er ofte nævnt, fejlagtigt, da isotop af højeste bindende energi, en sondring, der faktisk tilhører nikkel-62 . [14] Siden 56 Ni er let fremstillet af lettere kerner i alpha-processen i kernereaktioner i supernovaer (se silicium brændende proces ), nikkel-56 (14 alfapartikler ) er den endepunkt fusion kæder inde ekstremt tunge stjerner , da tilføjelsen af endnu alfapartikel ville resultere i zink-60, som kræver en hel del mere energi. Dette nikkel-56, som har en halveringstid på omkring 6 dage, er derfor foretaget i kvantitet i disse stjerner, men snart henfalder ved to på hinanden følgende Positron emission inden supernova forfald produkter i supernova rest gassky, først til radioaktiv kobolt-56 og derefter stabilt jern-56. Denne sidste nuklid er derfor almindeligt i universet, i forhold til andre stabile metaller af omtrent samme atomvægt .

I faser af meteoritter Semarkona og Chervony Kut en korrelation mellem koncentrationen af 60 Ni, at datteren produkt kan på 60 Fe, og overflod af de stabile jern isotoper findes der er bevis for eksistensen af 60 Fe på tidspunktet for dannelsen af solsystemet . Muligvis den energi, der frigives ved nedbrydning af 60 Fe bidrog sammen med den energi frigives ved henfald af radionuklid 26 Al, at omsmeltning og differentiering af asteroider efter deres dannelse 4600 millioner år siden. Den overflod af 60 Ni stede i udenjordisk materiale kan også give yderligere indsigt i oprindelsen af solsystemet og dets tidlige historie. [15]

Kerner af jern-atomer har nogle af de højeste bindingsenergier pr nucleon, kun overgået af nikkel isotop 62 Ni. Dette er dannet af nuklear fusion i stjerner. Selv om en yderligere lille energigevinst kunne udvindes ved at syntetisere 62 Ni, forholdene i stjerner er uegnede til denne proces blive favoriseret. Elemental fordeling på Jorden i høj grad favoriserer jern over nikkel og formentlig også i supernova element produktion. [16]

Jern-56 er den tungeste stabile isotoper produceret af alpha processen stjernenukleosyntese , elementer tungere end jern og nikkel kræver en supernova for deres dannelse. Jern er den mest udbredte grundstof i kernen af røde kæmpestjerner , og er den mest udbredte metal i jernmeteoritter og i de tætte metal kerner af planeter såsom Jorden .

Nukleosyntese

Jern er skabt af ekstremt store, ekstremt varme (over 2,5 milliarder kelvin) stjerner gennem silicium brændingen . Det er den tungeste stabile element, der fremstilles på denne måde. Processen starter med den næststørste stabil kerne skabt af silicium brænding, som er calcium. Et stabil kerne af calcium sikringer med en helium kerne, skaber ustabil titan. Før titanium henfald, kan det fusionere med en anden heliumkernen, skaber ustabil chrom. Før chrom henfald, kan det fusionere med en anden heliumkernen, skaber ustabil jern. Før jern henfalder, kan det fusionere med en anden heliumkernen, skaber ustabil nikkel-56. Enhver yderligere fusion af nikkel-56 forbruger energi i stedet for at producere energi, så efter fremstillingen af ​​nikkel-56, er stjernen ikke producere den nødvendige energi for at holde kernen i at kollapse. Til sidst, nikkel-56 henfalder til ustabile kobolt-56, som igen henfalder til stabile jern-56 . Når kernen af stjernen kollapser, det skaber en supernova . Supernovas også oprette yderligere former for stabile jern via r-processen .

Forekomst

Planetary forekomst

Jernmeteoritter af lignende sammensætning Jordens indre og ydre kerne

Jern er den sjette mest udbredte grundstof i universet , og de ​​mest almindelige ildfaste element. [17] Det er dannet som den sidste exoterme fase af stjernernes nukleosyntese ved silicium fusion i massive stjerner.

Metallisk eller nativ jern er sjældent findes på jordens overflade, fordi det har en tendens til at oxidere, men dets oxider er gennemgribende repræsenterer de primære malm. Mens det udgør ca 5% af jordskorpen , både Jordens indre og ydre er kerne menes at bestå hovedsagelig af en jern- nikkel legering udgør 35% af massen af Jorden som en helhed. Jern er derfor det mest udbredte grundstof på Jorden, men kun den fjerde mest udbredte grundstof i Jordens skorpe. [18] [19] De fleste af jern i skorpen er fundet kombineret med ilt som jernoxidkoncentrationer mineraler såsom hæmatit og magnetit . Store forekomster af jern findes i stribede jern formationer . Disse geologiske formationer er en bjergart bestående af gentagne tynde lag af jernoxider , enten magnetit (Fe 3 O 4) eller hæmatit (Fe 2 O 3), skiftevis med bånd af jern-fattige skifer og flint . De stribede jern formationer blev fastlagt i den tid mellem 3.700 millioner år siden og 1.800 millioner år siden [20] [21]

Omkring 1 i 20 meteoritter består af den unikke jern-nikkel mineraler taenite (35-80% jern) og kamacite (90-95% jern). Selvom det er sjældent, jernmeteoritterne er den vigtigste form for naturlig metallisk jern på Jordens overflade. [22] Det blev bevist af Mössbauer spektroskopi , at den røde farve af overfladen af Mars er afledt af en jernoxid-rige regolith . [23]

Aktier i brug i samfundet

Ifølge den internationale Resource Panel 's Metal Lagre i Society rapport , den globale per capita bestand af jern i brug i samfundet 2200 kg. Meget af dette er i mere udviklede lande (7000-14.000 kg per indbygger), snarere end mindre udviklede lande (2000 kg per indbygger).

Kemi og forbindelser

Oxidation
stat
Repræsentativ forbindelse
-2 Dinatrium tetracarbonylferrate (Collman reagens)
-1
0 Jernpentacarbonyl
1 Cyclopentadienyliron dicarbonyl dimer ("Fp 2")
2 Ferrosulfat , ferrocen
3 Ferrichlorid , ferrocenium tetrafluorborat
4 Barium ferrat (IV)
5
6 Kalium ferrat

Jern danner forbindelser hovedsageligt i to og +3 oxidationstrin . Traditionelt er jern (II) forbindelser kaldet ferro , og jern (III) forbindelser ferri . Jern forekommer også i højere oxidationstrin, et eksempel herpå er den lilla kalium ferrat (K 2 FeO 4), der indeholder jern i sin +6 oxidationstrin. Jern (IV) er en fælles mellemprodukt i mange biokemiske oxidationsreaktioner. [24] [25] Talrige organometalliske forbindelser indeholder formelle oxidationstrin på +1, 0, -1, eller endda -2. De oxidationstrin og andre limning egenskaber ofte vurderes ved hjælp af teknikken af Mössbauer spektroskopi . [26] Der er også mange blandede valens forbindelser , der indeholder både jern (II) og jern (III) centre, såsom magnetit og berlinerblåt (Fe 4 (Fe [CN] 6) 3). [25] Sidstnævnte anvendes som den traditionelle "blå" i tegninger . [27]

Nogle kanariefugl-gult pulver sidder, for det meste i klumper på et laboratorium urglas.
Hydreret jern (III) chlorid , også kendt som ferrichlorid

De jernforbindelser produceret på den største skala i industrien er jern (II) sulfat (FeSO 4 · 7 H2O ) og jern (III) chlorid (FeCl3). Førstnævnte er en af de mest let tilgængelige kilder af jern (II), men er mindre stabil over for antenne oxidation end Mohr salt ((NH4) 2 Fe (SO 4) 2 · 6H 2 O). Jern (II) forbindelser tendens til at blive oxideret til jern (III)-forbindelser i luften. [25]

I modsætning til mange andre metaller, er jern ikke danner amalgam med kviksølv. Som et resultat, er kviksølv handles i standardiserede £ 76 kolber (34 kg) af jern. [28]

Binære forbindelser

Jern reagerer med ilt i luften for at danne forskellige og calciumhydroxid forbindelser , den mest almindelige er jern (II, III) oxid (Fe 3 O 4), og jern (III) oxid . (Fe 2 O 3) Jern (II) oxid findes også, selvom det er ustabilt ved stuetemperatur. Disse oxider er de vigtigste malm til fremstilling af jern (se Bloomery og højovn). De bruges også i produktionen af ferritter , anvendelige magnetiske storage medier i computere, og pigmenter. Den bedst kendte sulfid er jern pyrit (FeS 2), også kendt som fool guld på grund af sin gyldne glans. [25]

De binære ferro og ferri halogenider er velkendte, med undtagelse af jern iodid. Jernholdige halogenider opstår typisk behandling jernmetal med den tilsvarende binære halogensur til opnåelse af de tilsvarende hydratiserede salte. [25]

Fe + 2 HX → fex 2 + H 2

Jern reagerer med fluor, chlor, og brom til opnåelse af de tilsvarende ferri halogenider, ferrichlorid er den mest almindelige:

2 Fe + 3 X 2 → 2 fex 3 (X = F, Cl, Br)

Koordinering og organometalforbindelser

Adskillige cyanid komplekser er kendt. Det mest berømte eksempel er berlinerblåt , (Fe 4 (Fe [CN] 6) 3). kaliumferricyanid og kaliumferrocyanid er også kendt, at dannelsen af berlinerblåt ved reaktion med jern (II) og jern (III) henholdsvis danner grundlag af en "våd" kemisk test. [25] berlinerblåt bruges også som en modgift mod thallium og radioaktivt cæsium forgiftning. [29] [30] berlinerblåt kan anvendes i vasketøj blånelse at korrigere gullig farve efterladt af ferrosalte i vand.

Adskillige carbonylforbindelser af jern er kendt. Den førende jern (0) forbindelsen er jernpentacarbonyl , Fe (CO) 5, som anvendes til at fremstille carbonyl jern pulver, en meget reaktiv form af metallisk jern. Termolyse af jernpentacarbonyl giver tricycliske klynge triiron dodecacarbonyltriruthenium . Collman reagens, dinatrium tetracarbonylferrate , er et nyttigt reagens til organisk kemi, den indeholder jern i -2 oxidationstrin. Cyclopentadienyliron dicarbonyl dimer indeholder jern i sjældne +1 oxidationstrin. [31]

Ferrocen er en yderst stabil kompleks. Den første sandwich sammensatte , det indeholder et jern (II) center med to cyclopentadienyl -ligander bundet gennem alle ti carbonatomer. Dette arrangement var en chokerende nyhed, da det blev først opdaget, [32], men opdagelsen af ferrocen har ført til en ny gren af organometallisk kemi. Ferrocen selv kan anvendes som rygraden af en ligand, f.eks dppf . Ferrocene selv kan oxideres til ferrocenium kation (Fc +), den ferrocene / ferrocenium parret er ofte brugt som reference i elektrokemi. [33]

Historie

Smedejern

En cirkel med en kort, enkel pil strækker diagonalt opad og mod højre fra sin kant
Symbolet for Mars har været brugt siden oldtiden til at repræsentere jern.
En søjle, let riflet, med nogle udsmykning på sin top. Det er sort, let forvitret til en mørk brun nær bunden. Det er omkring 7 meter (22 fod) høj. Det står på en hævet cirkulær base af sten, og er omgivet af et kort, kvadratisk hegn.
Den Delhi søjle af jern er et eksempel på jern udvinding og behandling metoder i Indien. Strygejernet søjle i Delhi har modstået korrosion i de sidste 1600 år.

Jern objekter af høj alder er langt sjældnere end genstande lavet af guld eller sølv på grund af den lette korrosion af jern. [34] Perler lavet af rivende jern i 3500 f.Kr. eller tidligere blev fundet i Gerzah, Ægypten GA Wainwright. [35] Perlerne indeholder 7,5% nikkel, som er en underskrift af rivende oprindelse, da jern findes i jordskorpen har meget lidt at ingen nikkelindhold. Rivende jern var højt anset på grund af sin oprindelse i himlene og blev ofte brugt til at smede våben og redskaber eller hele prøver placeret i kirker. [35] Varer, der var sandsynligvis lavet af jern ved egypterne dato 2500-3000 f.Kr.. [34] jern havde en klar fordel i forhold bronze i krigsførelse redskaber. Det var meget hårdere og mere holdbart end bronze, selv modtagelig for rust. Men dette bestrides. Hittitologist Trevor Bryce hævder, at før avancerede jern-arbejdsteknikker blev udviklet i Indien , meteorit jern våben, der anvendes af tidlige mesopotamiske hære havde en tendens til at splintre i kamp, ​​på grund af deres høje kulstofindhold. [36]

Den første jern produktionen startede i Mellemøsten bronzealder , men det tog flere århundreder før jern forskudt bronze. Prøver af smeltes jern fra Asmar , Mesopotamien og Tall Chagar Bazaar i det nordlige Syrien blev gjort engang mellem 2700 og 3000 f.Kr.. [37] De hittitterne synes at være den første til at forstå produktionen af jern fra sine malm og betragter det højt i deres samfund . De begyndte at smelte jern mellem 1500 og 1200 f.Kr., og den praksis spreder sig til resten af Mellemøsten efter deres imperium faldt i 1180 f.Kr.. [37] Den efterfølgende periode kaldes jernalderen . Jern smeltning, og dermed jernalderen nået Europa 200 år senere, og ankom i Zimbabwe , Afrika det 8. århundrede. [37] I Kina, jern vises kun circa 700-500 f.Kr.. [38] Iron smeltning kan være blevet introduceret ind i Kina gennem Centralasien. [39] De tidligste tegn på brugen af en højovn i Kina datoer til det 1. århundrede e.Kr., [40] og kupolovne blev brugt så tidligt så tidligt som i Warring stater periode (403-221 f.Kr. ). [41] Brugen af eksplosionen og kupolovn forblev udbredt under Song og Tang dynastierne . [42]

Artefakter fra smeltes jern forekommer i Indien 1800-1200 f.Kr., [43] og i Levanten fra omkring 1500 f.Kr. (tyder smeltning i Anatolien eller Kaukasus ). [44] [45]

Den Første Mosebog , fjerde kapitel, vers 22 indeholder den første omtale af jern i Gamle Testamente af Bibelen , "Tubal-Kain, en instruktør i hver artificer i messing og jern." [34] Andre vers hentyder til jern minedrift ( Job 28:2), jern bruges som en stylus (Job 19:24), ovn (Femte Mosebog 04:20), stridsvogne (Joshua 17:16), negle (jeg Krøn. 22:03), save og økser (II Sam . 12:31), og køkkenredskaber (Ezekiel 4:3). [46] Metallet er også nævnt i Nye Testamente , for eksempel i Apostlenes Gerninger kapitel 12 vers 10, "[Peter passeret] jernport som fører til byen "i Antiokia. [47]

Jernarbejde blev introduceret til Grækenland i slutningen af det 11. århundrede f.Kr.. [48] Udbredelsen af ironworking i Central-og Vesteuropa er forbundet med Celtic ekspansion. Ifølge Plinius den Ældre , jern brug var almindelig i den romerske æra. [35] Den årlige jern output Romerriget anslås til 84.750 t , [49] , mens tilsvarende folkerige Han producerede Kina omkring 5.000 tons. [50]

Under den industrielle revolution i Storbritannien, Henry Cort begyndte raffinering jern fra råjern til smedejern (eller bar jern) ved hjælp af innovative produktionssystemer. I 1783 han patenterede den puddling proces til raffinering jernmalm. Det blev senere forbedret ved andre, herunder Joseph Hall .

Støbejern

Støbejern blev først produceret i Kina i løbet af det 5. århundrede f.Kr., [51] men var næppe i Europa indtil middelalderen. [52] [53] De tidligste støbejern artefakter blev opdaget af arkæologer i hvad der nu moderne Luhe County , Jiangsu i Kina. Støbejern blev brugt i det gamle Kina for krigsførelse, landbrug og arkitektur. [54] I løbet af middelalderen periode blev midler fundet i Europa at producere smedejern fra støbejern (i denne sammenhæng er kendt som råjern ) ved hjælp af stads smedjer . For alle disse processer, trækul var påkrævet som brændsel.

Coalbrookdale by Night 1801. Højovne lys jern gør byen Coalbrookdale .

Medieval højovne var omkring 10 fod (3,0 m) høj og lavet af brandsikkert mursten, varmluft blev sædvanligvis af håndbetjente bælge. [53] Moderne højovne er vokset meget større.

I 1709 jeg Abraham Darby etableret en cola -fyret højovn at producere støbejern. Den efterfølgende tilgængeligheden af ​​billige jern var en af ​​de faktorer, der fører til den industrielle revolution. Hen mod slutningen af ​​det 18. århundrede begyndte støbejern til at erstatte smedejern til visse formål, fordi det var billigere. Kulstofindhold jern ikke var involveret som årsag til forskellene i egenskaber smedejern, støbejern og stål, indtil det 18. århundrede. [37]

Siden jern var ved at blive billigere og mere rigeligt, blev det også en større strukturel materiale efter bygningen af innovative første jernbro i 1778.

Steel

Steel (med mindre kulstof-indhold end støbejern, men mere end smedejern) blev først produceret i antikken ved hjælp af en Bloomery . Smede i Luristan i det vestlige Iran gjorde gode stål med 1000 f.Kr.. [37] Derefter forbedrede versioner, Wootz stål Indiens og Damaskus stål af Kina blev udviklet omkring 300 f.Kr. og 500 e.Kr. hhv. Disse metoder blev specialiseret, og så stål ikke blive en stor handelsvare, indtil 1850'erne. [55]

Nye metoder til fremstilling af det ved carburizing stænger af jern i cementering processen blev udtænkt i det 17. århundrede e.Kr.. I industrielle revolution blev nye metoder til produktion af bar jern uden kul udtænkt og disse blev senere anvendt til at producere stål. I slutningen af 1850'erne, Henry Bessemer opfandt en ny stålproduktion proces, der involverer blæse luft igennem smeltet råjern, at producere mild stål. Dette gjorde stål meget mere økonomisk, hvilket fører til smedejern ikke længere fremstilles. [56]

Foundations of moderne kemi

Antoine Lavoisier brugte reaktion vanddamp med metallisk jern inde i en glødende jern rør til at producere brint i sine eksperimenter, der fører til demonstration af massebevarelse. Anaerob oxidation af jern ved høj temperatur kan skematisk repræsenteret ved følgende reaktioner:

Fe + H 2 O → FeO + H 2
2 Fe + 3 H2O → Fe 2 O 3 + 3 H 2
3 Fe + 4 H2O → Fe 3 O 4 + 4 H 2


Industriel produktion

Produktion af jern og stål er en proces, der indeholder to hovedfaser, medmindre det ønskede produkt er støbejern. Det første trin er at producere råjern i en højovn. Alternativt kan det være direkte reduceret. Den anden er at gøre smedejern eller stål fra råjern med en videre proces.

Den bøder smeltning af malm jernmalm til at gøre smedejern fra støbejern, med den rigtige illustration viser mænd, der arbejder en højovn, fra Tiangong Kaiwu encyklopædi, udgivet i 1637 af Song Yingxing .
Hvordan jern blev ekstraheret i det 19. århundrede

For nogle få begrænsede formål som elektromagnet kerner er rent jern fremstillet ved elektrolyse af en jernsulfat løsning

Højovn

Halvfems procent af al minedrift af metalliske malme er til udvinding af jern [ redigér ]. Industrielt, jern produktion indebærer jernmalm, hovedsagelig hæmatit (nominelt Fe 2 O 3) og magnetit (Fe 3 O 4) i en carbotermisk reaktion (reduktion med kulstof) i en højovn ved temperaturer på omkring 2000 ° C. I en højovn, jernmalm, kul i form af koks, og en flux, såsom kalksten , er (som anvendes til at fjerne siliciumdioxid urenheder i malm, som ellers ville tilstoppe ovnen med fast materiale) fødes ind i toppen af ovn, mens en massiv blast af opvarmet luft , omkring 4 tons pr ton jern, [53] tvinges ind i ovnen i bunden.

I ovnen, reagerer koks med ilt i luften blast at producere carbonmonoxid :

2 C + O 2 → 2 CO

Carbonmonoxid reducerer jernmalm (i den kemiske ligning nedenfor, hæmatit) til smeltet jern, bliver kuldioxid i processen:

Fe 2 O 3 + 3 CO → 2 Fe + 3 CO 2

Nogle jern i høj temperatur nedre region af ovnen reagerer direkte med koks:

2. Fe 2 O 3 + 3 C → 4 Fe + 3 CO 2

Fluxen er til stede for at smelte urenheder i malmen, hovedsagelig siliciumdioxid sand og andre silikater . Almindelige flusmidler omfatter kalksten (hovedsagelig calciumcarbonat ) og dolomit (calcium-magnesiumcarbonat). Andre flusmidler kan anvendes afhængigt af de urenheder, der skal fjernes fra malmen. I varmen i ovnen til kalktilslag nedbrydes til calciumoxid (også kendt som kalk):

CaCO 3 → CaO + CO 2

Derefter calciumoxid kombineres med siliciumdioxid til dannelse af en flydende slagge .

CaO + SiO 2 → Casio 3

Slaggen smelter i varmen i ovnen. I bunden af ​​ovnen, flyder den smeltede slagge på toppen af ​​tungere smeltet jern, og åbninger i siden af ​​ovnen åbnes for løbe af jern og slaggen separat. Jernet, efter afkøling, kaldes råjern, mens slaggen kan anvendes som et materiale i vej konstruktion eller forbedre mineral-dårlige jorder for landbruget [53]

Denne bunke af jernmalmpellets vil blive brugt i stålproduktionen.

Direkte jernreduktion

Da koks bliver mere reguleret på grund af miljømæssige bekymringer, har alternative metoder til forarbejdning jern blevet udviklet. En af dem er kendt som direkte jernreduktion. [53] Det reducerer jernmalm til et pulver stof kaldet jernsvamp eller "direkte jern", som er egnet til stålproduktion. Der er to primære reaktioner, der foregår i den direkte reduktion processen:

Naturgas er delvist oxideret (med varme og en katalysator):

2 CH 4 + O 2 → 2 CO + 4 H 2

Disse gasser behandles derefter med jernmalm i en ovn, der producerer fast jernsvamp:

Fe 2 O 3 + CO + 2 H 2 → 2 Fe + CO2 + 2 H2O

Silica fjernes ved tilsætning af en flux, dvs kalksten, senere.

Yderligere processer

Jern-carbon fase diagram, diverse stabil solid løsning danner

Råjern er ikke rent jern, men har 4-5% kulstof opløst i det med små mængder af andre urenheder såsom svovl, magnesium, fosfor og mangan. Som carbonkilde er den største urenhed, jern (råjern) bliver skør og hårdt. Denne form for jern, også kendt som støbejern, der bruges til at kaste genstande i støberier såsom ovne, rør, radiatorer, lygtepæle og skinner.

Alternativt råjern kan fremstilles i stål (med op til ca 2% kulstof) eller smedejern (kommercielt ren jern). Forskellige processer er blevet anvendt til dette, herunder stads smedjer , puddling ovne, Bessemer omformere , åbne kaminer ovne , iltpåblæsningsovne og lysbueovne . I alle tilfælde er målet at oxidere nogle af eller alle de kulstof, sammen med andre urenheder. På den anden side kan andre metaller tilsættes til lave stållegeringer.

Hårdheden af ​​stål afhænger af dens kulstofindhold: jo højere procentdel af kulstof, jo større hårdhed og mindre formbarhed. Egenskaberne af stålet kan også ændres ved flere metoder.

Annealing involverer opvarmning af et stykke stål til 700-800 ° C i adskillige timer og derefter gradvis afkøling. Det gør stålet blødere og mere praktisk.

Stål kan hærdes ved koldbearbejdning . Metallet er bøjet eller hamres ind i sin endelige form ved en relativ kølig temperatur. Koldsmedning er stempling af et stykke stål i form af en tung presse. Skruenøgler er almindeligt lavet af kold smedning. Koldvalsning, der består i at stille en tyndere, men hårdere ark og koldt tegning, som gør en tyndere, men stærkere tråd, er to andre metoder til koldbearbejdning. At hærde stålet, opvarmes det til rødglødende og derefter afkølet ved bratkøling det i vandet. Det bliver hårdere og mere skørt. Hvis det også er hærdet, bliver det derefter opvarmes til en ønsket temperatur og fik lov at afkøle. Stålet således dannede er mindre sprød.

Varmebehandling er en anden måde at hærde stål. Stålet er opvarmet rødglødende, derefter afkølet hurtigt. De jerncarbid molekylerne nedbrydes af varmen, men ikke har tid til at reformere. Eftersom de frie carbonatomer sidder fast, det gør stålet meget hårdere og stærkere end før. [53]

Undertiden både sejhed og hårdhed er ønsket. En proces, der kaldes tilfælde hærdning kan anvendes. Stål opvarmes til omkring 900 ° C, derefter kastet ud i olie eller vand. Kulstof fra olien kan diffundere ind i stål, som gør overfladen meget hårdt. Overfladen køler hurtigt, men indvendigt køler langsomt, hvilket gør en yderst hård overflade og en holdbar, modstandsdygtig indre lag.

Jern kan passiveres ved at dyppe den i en koncentreret salpetersyre opløsning. Dette danner et beskyttende lag af oxid på metallet, beskytter det mod yderligere korrosion. [57]

Ansøgninger

Metallurgiske

Jern produktion 2009 (mio. tons ) [58]
Land Jernmalm Råjern Direkte jern Steel
Kina 1.114,9 549,4 573,6
Australien 393,9 4.4 5.2
Brasilien 305,0 25.1 0,011 26.5
Japan 66,9 87.5
Indien 257,4 38,2 23.4 63,5
Rusland 92,1 43,9 4.7 60.0
Ukraine 65,8 25.7 29.9
Syd Korea 0.1 27.3 48.6
Tyskland 0.4 20.1 0.38 32,7
Verden 1,594.9 914,0 64,5 1.232,4

Jern er den mest udbredte af alle de metaller, der tegner sig for 95% af verdens metal-produktion. [ redigér ] Dens lave omkostninger og høj styrke gør det nødvendigt i ingeniørmæssige anvendelser såsom konstruktion af maskiner og værktøjsmaskiner , biler , de skrog af store skibe , og strukturelle komponenter til bygninger . Da rent jern er ganske blødt, er det mest almindeligt kombineret med legeringselementer at gøre stål.

Kommercielt tilgængeligt jern er klassificeret baseret på renhed og overflod af tilsætningsstoffer. Råjern har 3,5-4,5% kulstof [59] , og som indeholder varierende mængder af forurenende stoffer såsom svovl , silicium og fosfor . Råjern er ikke et salgbart produkt, men snarere et mellemliggende trin i produktionen af ​​støbejern og stål. Reduktionen af forurenende stoffer i støbejern der har en negativ indflydelse på materialeegenskaber, såsom svovl og fosfor, udbytter støbejern indeholder 2-4% kulstof, 1-6% silicium og små mængder af mangan . Det har et smeltepunkt i intervallet 1420-1470 K, hvilket er lavere end nogen af de to hovedkomponenter, og gør det første produkt, der skal smeltes, når carbon og jern opvarmes sammen. Mekaniske egenskaber varierer meget og afhænger af formen carbon tager i legeringen.

"White" støbejern indeholder deres carbon i form af cementit , eller jern-carbid. Denne hårde, sprøde forbindelse dominerer de mekaniske egenskaber af hvide støbejern, hvilket gør dem hårdt, men unresistant for stød. Den brudte overflade af et hvidt støbejern er fuld af fine facetter af den brudte jern-carbid, en meget bleg, sølvfarvede, skinnende materiale, deraf betegnelsen.

I gråt støbejern kulstof eksisterer som adskilte, fine flager af grafit , og gør også materialet skørt på grund af de skarpe flager af grafit, der producerer stress koncentration sites i materialet. En nyere variant af gråt støbejern, benævnt duktilt jern er specielt behandlet med spormængder af magnesium til at ændre formen af grafit til sfæroider, eller knuder, reducere spændingskoncentrationer og kraftigt øger sejhed og styrken af materialet.

Smedejern indeholder mindre end 0,25% kulstof, men store mængder af slagge, der giver det en fibrøs egenskab. [59] Det er en hård, plastisk produkt, men ikke så smeltelig som råjern. Hvis finpudset til en kant, mister det hurtigt. Smedejern er kendetegnet ved tilstedeværelsen af fine fibre af slagge indesluttet i metallet. Smedejern er mere korrosionsbestandig end stål. Det har været næsten helt erstattet af blødt stål for traditionelle "smedejern" produkter og blacksmithing .

Blødt stål korroderer lettere end smedejern, men er billigere og mere bredt tilgængelig. kulstofstål indeholder 2,0% kulstof eller mindre, [60] med små mængder af mangan , svovl , fosfor og silicium. staallegeringer indeholder varierende mængder af carbon som såvel som andre metaller, såsom krom , vanadium , molybdæn , nikkel, wolfram , osv. Deres legeringsindhold hæver deres omkostninger, og så de er normalt kun ansat til specialiserede anvendelser. En almindelig legeret stål, er imidlertid rustfrit stål . Den seneste udvikling i jernmetallurgien har produceret et voksende udbud af microalloyed stål, også betegnet ' HSLA "eller høj styrke, lav legeret stål indeholdende små tilføjelser til at producere høj styrker og ofte spektakulære sejhed med minimale omkostninger.

Bortset fra traditionelle applikationer der jern også brugt til beskyttelse mod ioniserende stråling. Selv om det er lettere end en anden traditionel beskyttelse materiale, bly, det er meget stærkere mekanisk. Dæmpningen af ​​stråling som en funktion af energi er vist i grafen.

Den største ulempe ved jern og stål er, at rent jern, og de ​​fleste af dets legeringer, lider slemt under rust , hvis ikke beskyttet på en eller anden måde. Maleri , galvanisering , passivering , plast belægning og blånelse er alle brugt til at beskytte jern mod rust ved at udelukke vand og oxygen eller ved katodisk beskyttelse .

Jernforbindelser

Selv om dens metallurgiske rolle er dominerende i beløb, jernforbindelser er vidt udbredt i industrien samt bliver brugt i mange niche anvendelser. Jernkatalysatorer anvendes traditionelt i Haber-Bosch-processen til fremstilling af ammoniak og Fischer-Tropsch-proces til omdannelse af carbonmonoxid til kulbrinter til brændstoffer og smøremidler. [61] Pulveriseret jern i et surt opløsningsmiddel blev anvendt i Bechamp nedsættelse af reduktion af nitrobenzen til anilin . [62]

Jern (III) chlorid finder anvendelse i vandrensning og spildevandsrensning i farvning af stof, som farvestof i maling, som tilsætningsstof i foder, og som en ætsemiddel for kobber i fremstillingen af printplader . [63 ] Det kan også opløses i alkohol til dannelse af tinktur af jern. De andre halogenider tendens til at være begrænset til laboratorieformål.

Jern (II) sulfat anvendes som et forstadium til andre jernforbindelser. Det bruges også til at reducere chromat i cement. Det bruges til at befæste fødevarer og behandle jernmangelanæmi . Disse er de vigtigste anvendelser. Jern (III)-sulfat anvendes afregning øjebliks spildevand partikler i tank vand. Jern (II) chlorid anvendes som et reducerende flokkuleringsmiddel, i dannelsen af jernkomplekser og magnetiske jernoxider, og som en reduktion agent i organisk syntese.

Biologiske rolle

Jern er rigelige i biologi. Jern-proteiner findes i alle levende organismer, lige fra evolutionært primitive archebakterier til mennesker. Blodets farve skyldes hæmoglobin, en jern-holdigt protein. Som illustreret af hæmoglobin, jern ofte er bundet til cofaktorer , f.eks hæm . De jern-svovl klynger er omsiggribende og omfatter nitrogenase , de enzymer, der er ansvarlige for biologisk kvælstoffiksering . Indflydelsesrige teorier om evolutionen har påberåbt en rolle for jernsulfider i jern-svovl verden teori .

Struktur Hem B , i proteinet yderligere ligand (er) vil blive knyttet til Fe.

Jern er et nødvendigt mikronæringsstof findes i næsten alle levende organismer. Jern-holdige enzymer og proteiner, som ofte indeholder hæm proteser grupper , deltage i mange biologiske oxidationer og transport. Eksempler på proteiner, der findes i højere organismer omfatter hæmoglobin, cytochrom (se høj-valent jern ), og katalase . [64]

Biouorganisk forbindelser

De mest almindeligt kendte og studerede " biouorganiske "forbindelser af jern (dvs. jernforbindelser, der anvendes i biologi) er hemproteiner : eksempler er hæmoglobin , myoglobin , og cytochrom P450 . Disse forbindelser kan transportere gasser, opbygge enzymer , og bruges til at overføre elektroner . metalloproteiner er en gruppe af proteiner med metal ion cofaktorer . Nogle eksempler på jern metalloproteiner er ferritin og rubredoxin . Mange enzymer er afgørende for livet indeholder jern, såsom katalase , lipoxygenaser og IRE-BP .

Sundhed og kost

Jern er udbredt, men især rige kilder til kosten jern omfatte rødt kød , linser , bønner , fjerkræ , fisk , bladgrøntsager , brøndkarse , tofu , kikærter , sortøjede ærter , blackstrap melasse , befæstet brød og berigede morgenmadsprodukter . Jern i små mængder findes i melasse , Teff og farina . Jern i kød ( heme jern) er mere let absorberes end jern i grøntsager. [65] Selv om nogle undersøgelser tyder på, at hæm / hæmoglobin fra rødt kød har virkninger, som kan øge sandsynligheden for kolorektal cancer , [66] [67] er der stadig nogle kontroverser, [68] og endda et par undersøgelser tyder på, at der ikke er nok beviser til støtte for disse påstande. [69]

Jern fra kosttilskud findes ofte som jern (II) fumarat , selvom jernsulfat er billigere og absorberes lige godt. Elemental jern eller reduceret jern, på trods af at blive absorberet på kun en tredjedel til to tredjedele effektivitet (i forhold til jern-sulfat), [70] er ofte tilsat til fødevarer såsom morgenmadsprodukter eller beriget hvedemel. Jern er mest tilgængelig for kroppen, når chelateret til aminosyrer [71] og er også tilgængelige til brug som en almindelig jerntilskud . Ofte aminosyre valgt til dette formål er den billigste og mest almindelige aminosyre, glycin , hvilket fører til "Iron glycinat" kosttilskud. [72] Den anbefalede kost tilførsel (ADT) for jern varierer betydeligt baseret på alder, køn og kilde kosten jern (heme-baserede jern har højere biotilgængelighed ). [73] Spædbørn kan kræve jerntilskud, hvis de er flaske-fodret komælk. [74] Bloddonorerne og gravide kvinder er i særlig risiko for lave jern niveauer, og er ofte rådes til at supplere deres jern indtag. [75]

Optagelse og opbevaring

Jern erhvervelse et problem for aerobe organismer, fordi ferrijern er tungtopløseligt nær neutral pH. Således har bakterier udviklet høj affinitet sekvestrerende midler kaldes siderophorer . [76] [77] [78]

Efter optagelse i celler , der jern opbevaring reguleres omhyggeligt, "gratis" jern ioner findes ikke som sådan. En vigtig del af denne forordning er det protein transferrin , der binder jern ioner absorberes fra duodenum og bærer det i blodet til cellerne. [79] I dyr, planter og svampe, er jern ofte metalion inkorporeres i heme komplekset . Hæm er en vigtig bestanddel af cytochrom -proteiner, der medierer redox reaktioner, og af oxygen bærerproteiner såsom hæmoglobin , myoglobin , og leghemoglobin .

Uorganisk jern bidrager til redox reaktioner i jern-svovl klynger af mange enzymer , såsom nitrogenase (involveret i syntesen af ammoniak fra kvælstof og brint ) samt hydrogenase . Non-heme jern-proteiner omfatter enzymer metanmonooxygenase (oxiderer methan til methanol ), ribonukleotidreduktase (reducerer ribose til deoxyribose , DNA-biosyntese ), hemerythrins ( ilt transport og fiksering i hvirvelløse havdyr ) og lilla syrephosphatase ( hydrolyse af phosphat estere ).

Iron fordeling er stærkt reguleret i pattedyr , dels fordi jern ioner har et stort potentiale for biologisk toksicitet. [80]

Regulering af optagelse

Jernoptagelse er stramt reguleret af det menneskelige legeme, som ikke har nogen regulerede fysiologiske midler til at udskille jern. Kun små mængder af jern går tabt dagligt på grund af mucosale og hud epitelceller hamskifte, så kontrollen af jern niveauer er for det meste ved at regulere optagelse. [81] Regulering af jernoptagelse forringes i nogle mennesker som et resultat af en genetisk defekt , der kort til HLA-H-genet region på kromosom 6.. I disse mennesker, kan overdreven jern indtagelse resultere i jern overbelastning lidelser , såsom hemokromatose . Mange mennesker har en genetisk disposition for jernophobning uden at vide det eller være opmærksom på en familie historie af problemet. Af denne grund anbefales det, at folk ikke tager jerntilskud, medmindre de lider jernmangel og har konsulteret en læge. Hemokromatose skønnes at forårsage sygdom hos mellem 0,3 og 0,8% af kaukasiere. [82]

MR konstaterer, at jern ophobes i hippocampus af hjernerne fra dem med Alzheimers sygdom og i substantia nigra af dem med Parkinsons sygdom . [83]

Permeable reaktive barrierer

Nul-valent jern er det vigtigste reaktivt materiale til permeable reaktive barrierer . [84]

Forholdsregler

NFPA 704
NFPA 704.svg
1
0
1
Fire diamant for pulveriseret jern metal

Store mængder indtagelse jern kan forårsage høje niveauer af jern i blodet. Høje blodniveauer af frit ferrojern reagere med peroxider til at producere frie radikaler , som er meget reaktive og kan beskadige DNA , proteiner , lipider og andre cellulære komponenter. Således jern toksicitet opstår, når der er frit jern i cellen, som generelt opstår, når jern niveauer overstiger kapaciteten for transferrin at binde jern. Skader på cellerne i mavetarmkanalen kan også forhindre dem fra at regulere jernoptagelsen fører til yderligere stigninger i blodet. Jern typisk skader celler i hjertet , leveren og andre steder, som kan forårsage betydelige skadelige virkninger, herunder koma , metabolisk acidose , shock , leversvigt , koagulopati , adult respiratory distress syndrome , langsigtet organskader, og endda død. [85] mennesker oplever jern toksicitet over 20 milligram jern for hvert kilo af masse, og 60 milligram per kilogram betragtes som en dødelig dosis . [86] overforbrug af jern, ofte resultatet af børn spiser store mængder af jernsulfat tabletter beregnet til voksne forbrug er en af de mest almindelige toksikologiske dødsårsager hos børn under seks år. [86] Den Dietary Reference Intake (DRI) anfører de indtagelsesniveauer (UL) for voksne som 45 mg / dag. For børn under fjorten år gammel UL er 40 mg / dag.

Den medicinske ledelse af jern toksicitet er kompliceret, og kan omfatte anvendelse af en specifik chelaterende agent kaldet deferoxamin at binde og udvise overskydende jern fra kroppen. [85] [87]

Se også

Referencer

  1. ^ Demazeau, G., Buffat, B., Pouchard, M.; Hagenmuller, P. (1982). "Den seneste udvikling inden for høje oxidationstrin af overgangseffekter elementer i oxider stabilisering af Six-koordinerede Jern (V)" Zeitschrift für anorganische und Allgemeine Chemie 491:.. 60. doi : 10.1002/zaac.19824910109 .  
  2. ^ Ram, RS og Bernath, PF (2003). "Fouriertransformation emissionsspektroskopi af g 4 Δ-en 4 Δ system FeCl" Journal of Molecular Spectroscopy 221 (2):.. 261 Bibcode : 2003JMoSp.221 .. 261R . doi : 10.1016/S0022-2852 (03) 00225-X .  
  3. ^ a b Kohl, Walter H. (1995). Handbook af materialer og teknikker til vakuum enheder . Springer. pp. 164-167. ISBN 1-56396-387-6 .  
  4. ^ a b Kuhn, Howard og Medlin, Dana (udarbejdet under ledelse af ASM International Handbook Committee), red. (2000). ASM Handbook - Mekanisk testning og evaluering 8.. ASM International. s.. 275. ISBN 0-87170-389-0 .  
  5. ^ "Hårdhed Conversion Chart" . Maryland Metrics. Hentet 2010-05-23.  
  6. ^ . Takaji, Kusakawa, Toshikatsu, Otani (1964) "egenskaber af forskellige Pure Irons: Undersøgelse om rent jern I" Tetsu-til-Hagane 50 (1): 42-47..  
  7. ^ Raghavan, V. (2004). Materials Science and Engineering . PHI Learning Pvt. Ltd s.. 218. ISBN 81-203-2455-2 .  
  8. ^ a b Boehler, Reinhard (2000). "Højtryks-eksperimenter og den fase diagram af nedre kappe og kerne materialer" Gennemgang af Geofysik (American Geophysical Union) 38 (2):. 221-245. Bibcode : 2000RvGeo .. 38 .. 221B . doi : 10.1029/1998RG000053 .  
  9. ^ a b . Bramfitt, BL, Benscoter, Arlan O. (2002) "The Iron Carbon Phase Diagram" . Metallographer vejledning: praksis og procedurer for strygejern og stål. ASM International. s. 24-28. ISBN 978-0-87170-748-2 .  
  10. ^ Martin, John Wilson (2007). Concise Encyclopedia of materialestrukturer . Elsevier. s.. 183. ISBN 0-08-045127-6 .  
  11. ^ Boehler, Reinhard, Ross, M. (2007). "Egenskaber for Rocks og Minerals_High-tryksmeltepunktet". Mineral fysik. Afhandling om Geofysik 2.. Elsevier. pp. 527-541. doi : 10.1016/B978-044452748-6.00047-X .  
  12. ^ G. Rugel, T. Faestermann, K. Knie, G. Korschinek, M. Poutivtsev, D. Schumann, N. Kivel, I. Günther-Leopold, R. Weinreich, M. Wohlmuther: Ny måling af de 60 Half-Life In. : Physical Review Letters 103, 2009, S.,. doi : 10.1103/PhysRevLett.103.072502 .
  13. ^ . Dauphas, N., Rouxel, O. (2006) "massespektrometri og naturlige variationer af jern isotoper" . massespektrometri anmeldelser 25 (4): 515-550. doi : 10.1002/mas.20078 . PMID 16.463.281 .  
  14. ^ Fewell, MP (1995). "The atomare nuklid med den højeste betyder bindende energi" American Journal of Physics 63 (7):.. 653 Bibcode : 1995AmJPh .. 63 .. 653F . doi : 10.1119/1.17828 .  
  15. ^ Mostefaoui, S.; Lugmair, GW, Hoppe, P.; El Goresy, A. (2004). "Beviser for levende 60Fe i meteoritter" Nye Astronomi anmeldelser 48:. 155. doi : 10.1016/j.newar.2003.11.022 .  
  16. ^ Bautista, Manuel A.; Pradhan, Anil K., Pradhan (1995). "Jern og nikkel forekomster i H ~ II Regioner og supernovarester" Bulletin for American Astronomical Society 27:.. 865 Bibcode : 1995AAS ... 186.3707B .  
  17. ^ McDonald, I., Sloan, GC, Zijlstra, AA, Matsunaga, N.,, Matsuura, M.; Kraemer, KE, Bernard-Salas, J.; Markwick, AJ (2010). "Rusty Old Stars: en kilde til Missing Interstellar Iron?" The Astrophysical Journal Letters 717 (2):. L92-L97. arXiv : 1005,3489 . Bibcode : 2010ApJ ... 717L .. 92M . doi : 10.1088/2041-8205 / 717/2/L92 .  
  18. ^ "Iron: geologisk information" . WebElements. Hentet 2010-05-23.  
  19. ^ John W. Morgan * og Edward Anders (1980). "kemiske sammensætning af Jorden, Venus og Merkur" . Proc. Nat. Acad. . Sci 77 (12):. 6973-6977 Bibcode : 1980PNAS ... 77.6973M . doi : 10.1073/pnas.77.12.6973 . PMC 350422 . PMID 16.592.930 .  
  20. ^ Lyons, TW, Reinhard, CT (2009). "Early Earth: Oxygen til heavy-metal-fans" Nature 461 (7261):. 179-181. Bibcode : 2009Natur.461 .. 179L . doi : 10.1038/461179a . PMID 19.741.692 .  
  21. ^ Cloud, P. (1973). "Paleoecological Betydningen af den Banded Iron-Formation" Økonomisk Geologi 68 (7):. 1135-1143. doi : 10.2113/gsecongeo.68.7.1135 .  
  22. ^ Emiliani, Cesare (1992). "Meteoritter" Planet Earth:. kosmologi, geologi og livets udvikling og miljø. Cambridge University Press. s.. 152. ISBN 978-0-521-40949-0 .  
  23. ^ Klingelhöfer, G., Morris, RV, Souza, PA, Rodionov, D.; Schröder, C. (2007). "To earth års Mossbauer undersøgelser af Mars 'overflade med MIMOS II" hyperfine Interaktioner 170:. 169-177. Bibcode : 2006HyInt.170 .. 169K . doi : 10.1007/s10751-007-9508-5 .  
  24. ^ Nam, Wonwoo (2007). "High-Valent Iron (IV)-oxo Komplekser af hæm og Non-Heme ligander i iltnings reaktioner" Konti i Chemical Research 40 (7):. 522-531. doi : 10.1021/ar700027f . PMID 17.469.792 .  
  25. ^ a b c d e f Holleman, Arnold F., Wiberg, Egon, Wiberg, Nils, (1985). "Iron". Lehrbuch der Anorganischen Chemie (på tysk) (91-100 ed.). Walter de Gruyter. pp. 1125-1146. ISBN 3-11-007511-3 .  
  26. ^ Reiff, William Michael; Lang, Gary J. (1984). "Mössbauer spektroskopi og Koordinationsudvalget Chemistry of Iron". Mössbauer spektroskopi anvendt på uorganisk kemi. Springer. pp. 245-283. ISBN 978-0-306-41647-7 .  
  27. ^ Ware, Mike (1999). "En introduktion i sort-hvid" Cyanotype:. historie, videnskab og kunst af fotografisk udskrivning i preussisk blå. NMSI Trading Ltd pp. 11-19. ISBN 978-1-900747-07-3 .  
  28. ^ Gmelin, Leopold (1852). "Kviksølv og Iron" . Hånd-bog i kemi 6.. Cavendish Society. pp. 128-129.  
  29. ^ "Spørgsmål og svar om Prussian Blue" . Hentet 2009-06-06.  
  30. ^ Thompson, D. F; Callen, ED (2004). "Opløselig eller uopløselig Prussian Blue for Radiocesium og Thallium forgiftning?" Annals of Farmakoterapi 38 (9):. 1509-1514. doi : 10.1345/aph.1E024 . PMID 15.252.192 .  
  31. ^ Greenwood, Norman N. ;. Earnshaw, Alan (1984) Kemi Elements . Oxford: Pergamon Press . pp. 1282-1286. ISBN 0-08-022057-6 .   .
  32. ^ . Laszlo, P; Hoffmann, R (2000) ? "ferrocene: Ironclad History of Rashomon Tale" .. Angewandte Chemie (. International ed på engelsk) 39 (1): 123-124 doi : 10,1002 / (SICI) 1521 - 3773 (20000103) 39:1 <123 :: AID-ANIE123> 3.0.CO, 2-Z . PMID 10.649.350 .  
  33. ^ Federman Neto, Alberto, Pelegrino, Alessandra Caramori, Darin, Vitor André (2004). "Ferrocene: 50 Years of Transition Metal Organometallic kemi-fra organisk og uorganisk til Supramolekylær kemi" ChemInform 35 (43).. doi : 10.1002/chin.200443242 .  
  34. ^ a b c Uge 1968 , S. 29..
  35. ^ a b c Uge 1968 , S. 31.
  36. ^ Bryce, Trevor (2007). Hittitisk Warrior . Osprey Publishing. pp. 22-23. ISBN 978-1-84603-081-9 .  
  37. ^ a b c d e Uge 1968 , s.. 32..
  38. ^ Sawyer, Ralph D. og Mei-Chun Sawyer De Syv militære Classics of Ancient China Boulder:.. Westview, (1993), s.. 10..
  39. ^ Pigott, Vincent C. (1999). s.. 8..
  40. ^ Peter J. Golas (25. februar 1999). Science and Civilisation i Kina: bind 5, Kemi og Kemiteknik, del 13, Mining . Cambridge University Press. s.. 152. ISBN 978-0-521-58000-7 . "Tidligst mulige højovn opdaget i Kina fra omkring det første århundrede e.Kr."  
  41. ^ Pigott, Vincent C. (1999). Den Archaeometallurgy den asiatiske gamle verden. Philadelphia:. University of Pennsylvania Museum for Arkæologi og Antropologi ISBN 0-924171-34-0 , s.. 191.
  42. ^ The Coming of the Ages of Steel . Brill Archive. 1961. s.. 54.. GGKEY: DN6SZTCNQ3G.  
  43. ^ Tewari, Rakesh. "Oprindelsen af Iron arbejder i Indien: Nye beviser fra det centrale Ganga sletten og den østlige Vindhyas" . State Archaeological afdeling. Hentet 2010-05-23.  
  44. ^ Billeder, E. (1989). "Spørgsmålet om meteoritter versus smeltes nikkelrige Jern: arkæologiske beviser og Eksperimentelle resultater" Verden Arkæologi (Taylor & Francis Ltd) 20 (3):. 403-421. doi : 10.1080/00438243.1989.9980081 . JSTOR 124.562 .  
  45. ^ Muhly, James D. (2003). "Bearbejdning / Mining i Levanten." I Lake, Winona Richard nærorientalsk arkæologi IN:. Eisenbrauns 180. pp. 174-183.  
  46. ^ Uge 1968 , pp. 29-30.
  47. ^ Uge 1968 , s.. 30..
  48. ^ Riederer, Josef, Wartke, Ralf-B:. "Iron", Cancik, Hubert, Schneider, Helmuth (red.): Brill i New Pauly , Brill 2009
  49. ^ Craddock, Paul T. (2008): "Minedrift og metallurgi" in: Oleson, John Peter (ed.): The Oxford Handbook of Engineering og Teknologi i den klassiske verden, Oxford University Press, ISBN 978-0-19 - 518.731 til 1 , s.. 108
  50. ^ Wagner, Donald B.: "Staten og jernindustrien i Han China", NIAS Publishing, København 2001 ISBN 87-87062-77-1 , s.. 73
  51. ^ Wagner, Donald B. (2003). "Kinesiske højovne fra det 10. til det 14. århundrede" Historisk Metallurgi 37 (1):. 25-37.   oprindeligt udgivet i Wagner, Donald B. (2001). "Kinesiske højovne fra det 10. til det 14. århundrede" Vest Asiatiske Videnskab, Teknologi og Medicin 18:. 41-74.  
  52. ^ Giannichedda, Enrico (2007): "Metal produktion i senantikken" , i Teknologi in Transition AD 300-650 Lavan, L., Zanini, E. og Sarantis, A. (red.), Brill, Leiden, ISBN 90 - 04-16549-5 , s.. 200.
  53. ^ a b c d e f Biddle, Verne,. Parker, Gregory Kemi, præcision og design. A Beka bog, Inc.  
  54. ^ Donald B. Wagner (1993). Jern og stål i oldtidens Kina. BRILL. pp. 335-340. ISBN 978-90-04-09632-5 .  
  55. ^ Spoerl, Joseph S. A Brief History of Iron and Steel Production . Saint Anselm College
  56. ^ Enghag, Per (2008-01-08). Encyclopedia of Elements: Tekniske data - Historie - Processing - Applikationer . pp. 190-191. ISBN 9783527612345 .  
  57. ^ pluk og passivering af rustfrit stål, Materialer og Application Series, Volume 4 (2. udgave).. Euro Inox. 2007. ISBN 978-2-87997-224-4 .  
  58. ^ Steel Statistisk Årbog 2010 . World Steel Association
  59. ^ a b Camp, James McIntyre, Francis, Charles Blaine (1920). foretagelse, Formning og Behandling af stål . Pittsburgh: Carnegie Steel Company. pp. 173-174. ISBN 1-147-64423-3 .  
  60. ^ "Klassifikation af kulstof og lav-legeret Stål" . Hentet 2008-01-05.  
  61. ^ Kolasinski, Kurt W. (2002). "Hvor er Heterogene Reaktioner Vigtigt" Surface science:. grundlaget for katalyse og nanoscience. John Wiley and Sons. pp. 15-16. ISBN 978-0-471-49244-3 .  
  62. ^ McKetta, John J. (1989). "Nitrobenzen og nitrotoluen" Encyclopedia of Chemical Processing and Design: Volume 31 - naturgasvæsker og Natural benzin til Offshore Process Piping:. High Performance legeringer. CRC Press. pp. 166-167. ISBN 978-0-8247-2481-8 .  
  63. ^ Wildermuth, Egon, Stark, Hans, Friedrich, Gabriele, Ebenhöch, Franz Ludwig, Kühborth, Brigitte, Sølv, Jack, Rituper, Rafael (2000). "Jernforbindelser" Ullmann s Encyclopedia of Industrial Chemistry.. doi : 10.1002/14356007.a14_591 . ISBN 3527306730 .  
  64. ^ Lippard, SJ, Berg, JM (1994) Principper for biouorganisk kemi.. Mill Valley: University Science Books. ISBN 0-935702-73-3 .  
  65. ^ Food Standards Agency - Spis godt, være godt - Jernmangel . Eatwell.gov.uk (2012-03-05). Besøgt 2012-06-27.
  66. ^ Sesink, Aloys LA, T; K, V (1999). "Rødt kød og tyktarmskræft: de cytotoksiske og hyperproliferative effekter af kosten heme". Cancer Research 59 (22): 5704-9. PMID 10.582.688 .  
  67. ^ Glei, M.; Klenow, S.; Sauer, J.; Wegewitz, U., Richter, K., Pool-Zobel, BL (2006). "Hæmoglobin og hemin inducerer DNA-skader i humane colontumorceller HT29 klon 19A og primære humane colonocytter". Mutat. Res. 594 (1-2): 162-171. doi : 10.1016/j.mrfmmm.2005.08.006 . PMID 16.226.281 .  
  68. ^ Sandhu, MS, Hvid, IR, McPherson, K. (2001). "Systematisk gennemgang af de fremadrettede kohortestudier på kødforbruget og Colorectal Cancer Risk: A Meta-analytisk tilgang" . Cancer Epidemiology, Biomarkers & Prevention 10 (5) : 439-46. PMID 11.352.852 .  
  69. ^ "Spise Red Meat vil ikke øge Colorectal Cancer Risk, Study foreslår" . ScienceDaily. 2007-06-13. Hentet 2010-05-23.  
  70. ^ Hoppe, M.; Hulthén, L., Hallberg, L. (2005). "Den relative biotilgængelighed hos mennesker af elementært jernpulvere til brug i berigelse af fødevarer" European Journal of Nutrition 45 (1):.. 37-44 doi : 10.1007/s00394-005-0560-0 . PMID 15.864.409 .  
  71. ^ Pineda, O., Ashmead, HD (2001). "Effektiviteten af behandling af jernmangelanæmi hos spædbørn og småbørn med jernholdige bis-glycinate chelat" Nutrition 17 (5):. 381-4. doi : 10.1016/S0899-9007 (01) 00.519 til 6 . PMID 11.377.130 .  
  72. ^ Ashmead, H. DeWayne (1989). Samtaler om Chelation og Mineral Ernæring. Keats Publishing. ISBN 0-87983-501-X .  
  73. ^ "Dietary Reference Indtag: Elements" (PDF). National Academies. 2001. Hentet 2008-05-21.  
  74. ^ "Jernmangel" . MediResource. Hentet 2008-12-17.  
  75. ^ Milman, N (1996). "Serum ferritin i danskerne: studier af jernstatus fra barndom til alderdom, under bloddonation og graviditet." International Journal of Hematology 63 (2):. 103-35 doi : 10.1016/0925-5710 (95) 00.426 til 2 . PMID 8.867.722 .  
  76. ^ . Neilands, JB (1995) "siderophorer: struktur og funktion af mikrobielle jern transport forbindelser" The Journal of Biological Chemistry 270 (45):.. 26.723-6 doi : 10.1074/jbc.270.45.26723 . PMID 7.592.901 .  
  77. ^ Neilands, JB (1981). "Mikrobiel jernforbindelser" Annual Review of Biochemistry 50:. 715-31. doi : 10.1146/annurev.bi.50.070181.003435 . PMID 6.455.965 .  
  78. ^ Boukhalfa, Hakim, Crumbliss, Alvin L. (2002). . "Kemiske aspekter af siderophor medieret jern transport" BioMetals 15 (4): 325-39. doi : 10,1023 / A: 1020218608266 . PMID 12.405.526 .  
  79. ^ Rouault, Tracey A. (2003). "Hvor Pattedyr Acquire og distribuere Iron Nødvendig for Oxygen-Based Metabolisme" PLoS Biology 1 (1):. E9. doi : 10.1371/journal.pbio.0000079 . PMC 212690 . PMID 14.551.907 .  
  80. ^ Nanami, M.; Ookawara, T, Otaki, Y, Ito, K, Moriguchi, R, Miyagawa, K, Hasuike, Y, Izumi, M, Eguchi, H; Suzuki, K, Nakanishi, T (2005). " Tumornecrosefaktor-α-induceret jern beslaglæggelse, og oxidativt stress i humane endotelceller " åreforkalkning, blodpropper, og vaskulær biologi 25 (12):. 2495-2501. doi : 10.1161/01.ATV.0000190610.63878.20 . PMID 16.224.057 .  
  81. ^ Ramzi S. Cotran, Vinay Kumar, Tucker Collins, Stanley Leonard Robbins (1999). Robbins patologiske grundlag for sygdom . Saunders. ISBN 978-0-7216-7335-6 . Hentet 27 juni 2012.  
  82. ^ Durupt, S; Durieu, I; Nové-Josserand, R, Bencharif, L, Rousset, H; Vital Durand, D (2000). "Arvelig hæmokromatose" Rev Med Interne 21 (11):.. 961-71 doi : 10.1016/S0248-8663 (00) 00.252 til 6 . PMID 11.109.593 .  
  83. ^ . Brar, S; Henderson, D Schenck, J, Zimmerman, EA (2009) "Iron akkumulering i substantia nigra af patienter med Alzheimer sygdom og parkinsonisme" . Archives of Neurology 66 (3): 371-4. doi : 10.1001/archneurol.2008.586 . PMID 19.273.756 .  
  84. ^ Roehl, KE, Meggyes, T, Simon, FG, Stewart, DI (2005-04-27). langsigtede resultater gennemtrængelige Reactive Barriers . s.. 5.. ISBN 9780080535616 .  
  85. ^ a b Cheney, K., Gumbiner, C., Benson, B., Tenenbein, M. (1995). "Overlevelse efter en alvorlig jernforgiftning behandlet med intermitterende infusioner af deferoxamin" J Toxicol Clin Toxicol 33 (1):.. 61-6 doi : 10.3109/15563659509020217 . PMID 7.837.315 .  
  86. ^ a b "Toksicitet, Iron" . Medscape. Hentet 2010-05-23.  
  87. ^ Tenenbein, M (1996). "Fordele ved parenteral deferoxamin for akut jernforgiftning" J Toxicol Clin Toxicol 34 (5):.. 485-489 doi : 10.3109/15563659609028005 . PMID 8.800.185 .  

Bibliografi

  • Uger, Mary Elvira, Leichester, Henry M. (1968). "Elementer kendt af Ancients". Discovery af Elements. Easton, PA: Journal of Chemical Education. pp. 29-40. ISBN 0-7661-3872-0 . LCCN 68-15.217 .  

Yderligere læsning

  • HR Schubert, historie i den britiske jern-og stålindustrien ... i 1775 e.Kr. (Routledge, London, 1957)
  • RF Tylecote, History of Metallurgi (Institute of Materials, London 1992).
  • RF Tylecote, "Iron i den industrielle revolution" i J. Day og RF Tylecote, Den industrielle revolution i Metals (Institute of Materials 1991), 200-60.

Eksterne links