Jern | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Utseende | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Sølvfarget metall | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Spektral linje | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Generelt | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Navn, symbol, atomnummer | jern, Fe, 26 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Serie | overgangsmetaller | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Gruppe , punktum , blokk | 8 (VIIB) , 4 , d | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Tetthet | 7860 kg / m³ [1] | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Hardhet | 4.0 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektronisk konfigurasjon | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Spektroskopisk begrep | 5 D 4 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomiske egenskaper | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomvekt | 55,84 u | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Atomradius (kalkulert) | 140 (156) pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kovalent radius | 116 pm | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektronisk konfigurasjon | [ Ar ] 3d 6 4s 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
og - etter energinivå | 2, 14, 8, 2 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Oksydasjonstilstander | 2,3,4,6 ( amfoterisk ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Krystallinsk struktur | kroppssentrert kubikk
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Fysiske egenskaper | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Når det gjelder | fast ( ferromagnetisk ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Fusjonspunkt | 1 808 K (1 535 °C ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Kokepunkt | 3 134 K (2 861 °C) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Molar volum | 7,09 × 10 −6 m³ / mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Entalpi av fordampning | 349,6 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Fusjonsvarme | 13,8 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Damptrykk | 7,05 Pa ved 1 808 K. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Lydens hastighet | 4 910 m/s ved 293,15 K | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Andre eiendommer | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
CAS-nummer | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektronegativitet | 1,83 ( Pauling-skala ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Spesifikk varme | 440 J / (kg K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Elektrisk ledningsevne | 9,96 × 10 6 / (m Ω ) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Termisk ledningsevne | 80,2 W / (m K) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Energi fra første ionisering | 762,5 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Andre ioniseringsenergi | 1 561,9 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Tredje ioniseringsenergi | 2 957 kJ/mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Energi av fjerde ionisering | 5 290 kJ / mol | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Mer stabile isotoper | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
iso: isotop NA: overflod i naturen TD: halveringstid DM: forfallsmodus DE: forfallsenergi i MeV DP: forfallsprodukt |
Jern er det kjemiske grunnstoffet med atomnummer 26. Symbolet er Fe , som stammer fra ferrum , det latinske navnet på dette metalliske elementet . [2] [3] Det er det første elementet i gruppe 8 i det periodiske systemet , som tilhører blokk d , og er derfor et overgangselement . I den gamle nomenklaturen var triaden av jern, kobolt og nikkel en del av gruppe VIII i det periodiske system, og dette ble kalt jerngruppen . [4] [5]
Kjemisk rent jern under omgivelsesforhold er et relativt mykt, formbart og formbart metall , og kjemisk ganske reaktivt. [6] [7] Under 768 ° C, Curie-punktet , viser ferromagnetisme [8] (derav navnet), som er mer intens enn kobolt og nikkel , som er de neste grunnstoffene i tabellen periodisk. [9] [10] [11] En prøve av nyslipt rent jern har en sølvgrå glans, [7] som imidlertid i luften på grunn av oksygen og fuktighet sakte går tapt og overflaten da blir dekker med en usammenhengende patina, kjent som rust ; denne består av blandede oksider og oksid-hydroksider (inkludert FeOOH). [12] Rust beskytter imidlertid ikke det underliggende metallet mot ytterligere korrosjon , [13] med påfølgende betydelig økonomisk påvirkning, som vi har forsøkt å kvantifisere. [14]
Dette elementet er nesten alltid funnet knyttet til andre som: karbon , silisium , mangan , krom , nikkel , etc. Med karbon danner jern sine to mest kjente legeringer: stål og støpejern . Ordet "jern" er feilaktig brukt i vanlig språk for å også indikere lavstyrke "jernlegeringer", bløtt stål.
På industrielt nivå er det mulig å få tak i jern med en renhet som er nær 100 %. Dette produktet brukes deretter til å bindes til andre kjemiske elementer for å oppnå legeringer med de mest forskjellige egenskaper.
Ekstremt viktig i teknologi for dens mekaniske egenskaper og dens brukbarhet, tidligere var den så viktig at den ga navn til en hel historisk periode: jernalderen .
Jern dannes ved stjernenukleosyntese inne i stjerner med stor masse.
Det første beviset på bruken av jern kommer fra sumererne og hetittene , som allerede brukte det i 4000 år f.Kr. for små gjenstander som spydspisser og juveler laget av jern som ble gjenvunnet fra meteoritter .
I løpet av middelalderen ble jern assosiert med Mars i alkymien .
Historien om bruk og produksjon av jern er felles for dens karbonlegeringer: støpejern og stål .
Forskere har anslått at jern er det mest tallrike metallet inne i jorden , siden det er tilstede i store mengder i jordens kjerne og mantel, sammen med nikkel og svovel. [15] Begrenset til jordskorpen, er jern, på den annen side, det fjerde mest tallrike grunnstoffet med en vektprosent på omtrent 6,3 %, etterfulgt av oksygen (46 %), silisium (27 %) og aluminium (8, 1) %), [16] mens det anslås å være det sjette grunnstoffet etter overflod i hele universet (med en vektprosent på ca. 0,11 %), forut for hydrogen (75 %), helium (23 %), oksygen (1 %). %), karbon (0,5 %) og neon (0,13 %). [17]
Imidlertid kan den store mengden jern som er tilstede i jordens sentrum ikke være årsaken til det geomagnetiske feltet , siden dette elementet med all sannsynlighet har en temperatur som er høyere enn Curie-temperaturen utover som det ikke er noen magnetisk orden i krystallgitteret.
Jern er et metall som utvinnes fra mineralene, bestående av kjemiske forbindelser av selve jernet, hovedsakelig oksider. Faktisk, på jordskorpen, finnes jern nesten aldri i metallisk elementær tilstand ( native jern ), men nesten utelukkende i form av forbindelser der det er tilstede i oksidert tilstand. For å oppnå metallisk jern er det nødvendig å utføre en kjemisk reduksjon av mineralene. Jern brukes vanligvis til å lage stål som er en legering basert på jern, karbon og andre elementer.
Det mest tallrike nuklidet av jern, 56 Fe, har den minste massen (930,412 MeV / c 2 ) per nukleon , men det er ikke det sterkest bundne nuklidet, primat som tilhører 62 Ni.
Det er tre allotropiske former for jern som heter:
Disse valørene følger den alfabetiske rekkefølgen til de greske bokstavene: tidligere var det faktisk også betegnelsen "betajern", som senere ble forlatt siden det faktisk ikke er en allotropisk form for jern, som man trodde, men snarere en paramagnetisk form av alfajern, hvorav det bevarer strukturen. [18]
I følgende fasediagram av rent jern har hver av disse allotropiske formene et eksistensfelt i et visst temperaturområde: [19]
Generelt er de forskjellige allotropiske formene indikert med påfølgende bokstaver i det greske alfabetet med utgangspunkt i omgivelsestemperaturen; når det gjelder jern, hoppes bokstaven beta over fordi den feilaktig ble tilskrevet det ikke-magnetiske jernet som er tilstede ved temperaturer mellom 768 ° C ( Curie-punkt ) og 910 ° C. De ulike allotropiske formene av jern er forskjellige fra et strukturelt synspunkt: alfa-, beta- og deltajern har et kroppssentrert kubisk gitter med 2 atomer (1 "helt atom" i midten av cellen pluss 8 "åttendedeler av et atom" " i samsvar med cellepunktene) med en høyere gitterkonstant når det gjelder deltajern, mens gammajern har et ansiktssentrert kubisk gitter med 4 atomer (6 "halvatomer" i midten av celleflatene pluss 8 "atomer oktaver" ved hjørnene av cellen). [19]
De interstitielle faste løsningene av karbon i jern har forskjellige navn avhengig av den allotropiske formen til jernet der karbonet er oppløst : [20]
Jern er et av de vanligste grunnstoffene på jorden , og utgjør omtrent 5 % av jordskorpen . Det meste finnes i mineraler som består av de forskjellige oksidene , inkludert hematitt , magnetitt , limonitt og takonitt .
Det antas at jordens kjerne hovedsakelig består av en legering av jern og nikkel , det samme som omtrent 5% av meteorene er laget av . Selv om de er sjeldne, er meteoritter hovedkilden til metallisk jern som finnes i naturen, for eksempel de i Canyon Diablo , Arizona .
Jern finnes også i sin opprinnelige form, men i små mengder og på meteoriske nedslagssteder.
Jern utvinnes industrielt fra mineralene , hovedsakelig hematitt (Fe 2 O 3 ) og magnetitt (Fe 3 O 4 ), ved reduksjon med karbon i en reduksjonsovn ved temperaturer på ca. 2000 ° C. I reduksjonsovnen plasseres ladningen , en blanding av jernmalm, karbon i form av koks og kalkstein , i den øvre delen av ovnen mens en strøm av varm luft presses inn i den nedre delen.
I ovnen reagerer karbonkoksen med oksygenet i luften for å produsere karbonmonoksid :
Karbonmonoksid reduserer jernmalm (i følgende ligning hematitt) til å smelte jern, og blir til karbondioksid i reaksjonen:
Kalksteinen tjener til å smelte urenhetene som finnes i materialet, hovedsakelig silisiumdioksid , sand og andre silikater . I stedet for kalkstein ( kalsiumkarbonat ) er det mulig å bruke dolomitt ( magnesiumkarbonat ). Avhengig av urenhetene som skal fjernes fra mineralet kan andre stoffer brukes. Den høye temperaturen i ovnen bryter ned kalksteinen til kalsiumoksid ( brent kalk ):
Deretter kombineres kalsiumoksidet med silisiumdioksidet for å danne slagget
Slaggen smelter i varmen fra masovnen (silisiumdioksidet alene ville forbli fast) og flyter på toppen av det tettere flytende jernet. På siden har masovnen kanaler hvorfra det er mulig å tappe det flytende slagget eller det smeltede jernet du ønsker. Jernet som oppnås på denne måten kalles først smeltende støpejern mens det kjemisk inerte slagget kan brukes som materiale for bygging av veier eller i jordbruket som gjødsel for å berike mineralfattig jord.
I 2000 ble det produsert rundt 1,1 milliarder tonn jernmalm i verden til en estimert kommersiell verdi på rundt 250 milliarder dollar , hvorfra 572 millioner tonn først smeltet råjern ble oppnådd. Selv om utvinning av jernmalm foregår i 48 land, dekkes 70 % av den totale produksjonen av de fem beste: Kina , Brasil , Australia , Russland og India .
Store produsenter av jernholdige mineraler i 2019 [21] | ||
---|---|---|
Stilling | Landsby | Produksjon (millioner tonn) |
1 | Australia | 919 |
2 | Brasil | 405 |
3 | Kina | 351 |
4 | India | 238 |
5 | Russland | 97 |
6 | Sør-Afrika | 72 |
7 | Ukraina | 63 |
8 | Canada | 58 |
9 | forente stater | 46 |
10 | Sverige | 35 |
Jern (II) (Fe 2+ ) og jern (III) (Fe 3+ ) ionene danner rødfargede komplekser med tallrike organiske forbindelser. To av disse kompleksene brukes til analytiske formål og konsentrasjonen av jern-(II)- eller jern-(III)-ionet utledes fra målingen av fargeintensiteten til komplekset som dannes.
TiocyanatmetodePrøven i sur løsning for saltsyre eller 0,05 M -0,5 M salpetersyre behandles med et overskudd av kaliumtiocyanatløsning (KSCN); tiocyanationene danner rødrustfargede komplekser med jern(III)ionene, i overkant av tiocyanat er hovedkompleksionet Fe [(SCN) 6 ] 3- . Jern(II)-ionene reagerer ikke, men kan på forhånd oksideres til jern(III)-ioner.
Absorbansen til løsningen avleses ved en bølgelengde på ca480 nm .
Blant kationene som kan forstyrre målingen er sølv , kobber , nikkel , kobolt , sink , kadmium , kvikksølv og vismut ; blant anionene er det fosfater , fluorider , oksalater og tartrater som kan danne ganske stabile komplekser med jern(III)-ioner, som konkurrerer med tiocyanat. Saltene av kvikksølv (I) og tinn (II) må oksideres til de tilsvarende salter av kvikksølv (II) og tinn (IV), fordi de ødelegger det fargede komplekset.
Hvis tilstedeværelsen av interferenter er for stor, er det mulig å utfelle jern(III)-ionene i form av hydroksyd ved behandling med en vandig løsning av konsentrert ammoniakk , for å separere det oppnådde jern(III)-hydroksidet og løse det igjen i det fortynnede saltsyre ; eller ekstrahering av jern (III) tiocyanatkomplekset med en 5:2 blanding av 1-pentanol og etyleter .
O - fenantrolinmetodeJern(II)ionene danner et rød-oransje kompleks med o - fenantrolin [(C 12 H 18 N 2 ) 3 Fe] 2+ eller [Fe (phen) 3 ] 2+ , hvis intensitet avhenger av pH i området mellom 2 og 9. Absorbansen til løsningen avleses ved bølgelengden 510 nm.
Jern(III)-ionene er tidligere redusert til jern(II)-ioner ved behandling med hydroksylammoniumklorid eller hydrokinon .
Interfererende stoffer inkluderer vismut , sølv, kobber, nikkel, kobolt og perklorationer .
Jern er det desidert mest brukte metallet av menneskeheten, det alene står for 95 % av verdens metallproduksjon. Dens lave pris og motstanden i formen kalt stål gjør det til et uunnværlig byggemateriale , spesielt ved konstruksjon av biler , skipsskrog og bærende elementer i bygninger . De mest brukte jernforbindelsene inkluderer:
Vanlig jern, teknisk kalt smijern eller mykt jern, inneholder mindre enn 0,5 % karbon, så det er fortsatt stål. Det er et hardt og formbart materiale. Imidlertid blir begrepet jern ofte referert til som ekstra mykt og bløtt stål. Et spesielt rent jern, kjent som "Armco-jern", har blitt produsert siden 1927 med spesielle prosesser og brukes der det kreves en svært høy magnetisk permeabilitet og ubetydelig magnetisk hysterese .
Spesialstål eller legert stål, i tillegg til å inneholde karbon, er tilsatt andre metaller som krom , vanadium , molybden , nikkel og mangan for å gi legeringen spesielle egenskaper med fysisk eller kjemisk motstand.
Jern(III ) oksid (Fe 2 O 3 ), i magnetitt- og maghemittvariantene , brukt på grunn av sine magnetiske egenskaper som materiale for produksjon av lagringsmedier, for eksempel båret på polymerer i magnetbånd.
Jern er avgjørende for livet til alle levende ting, bortsett fra noen få bakterier .
Dyr inkorporerer jern i hemkomplekset , en essensiell komponent av proteiner som er involvert i redoksreaksjoner som respirasjon . Overskudd av jern øker derfor redoksreaksjoner og forårsaker dermed en økning i frie radikaler. For å unngå dette er jernet i kroppen vår bundet til proteiner som regulerer oksidasjonstilstanden. Uorganisk jern finnes også i jern- svovelaggregatene til mange enzymer, som azotaser og hydrogenaser .
Det er også en klasse enzymer basert på jern, en klasse som er ansvarlig for et bredt spekter av funksjoner i ulike livsformer som: metan-monooksygenase (omdannelse av metan til metanol ), ribonukleotidreduktase (omdannelse av ribose til deoksyribose ) , emerytriner (oksygenfiksering og transport hos marine virvelløse dyr ) og lilla fosfatasesyre ( hydrolyse av fosforsyreestere ) .
Fordelingen av jernioner i pattedyr er svært strengt regulert. [22] For eksempel, når kroppen er utsatt for en infeksjon , "tar" organismen bort jernet, noe som gjør det mindre tilgjengelig for bakterier ( transferrin ). Dette er tilfellet for hepcidin , et protein produsert av leveren som, ved å binde og bryte ned ferroportin , hemmer frigjøringen av jern fra enterocytter og makrofager.
De beste matkildene til jern inkluderer kjøtt , fisk , bønner , tofu og kikerter . I motsetning til hva man generelt tror, selv om spinat er rik på det, er ikke jernet i dem biotilgjengelig for absorpsjon; spinat reduserer biotilgjengeligheten av jern fordi det dannes koordinasjonsforbindelser med dem, noe som resulterer i avfall.
Jern tatt gjennom kosttilskudd er ofte i form av fumarat eller jern(II) glukonat : bruken av dem anbefales ikke på grunn av riktig dosering og den påfølgende reduksjonen av grunnstoffet . De anbefalte dosene av jern som skal tas daglig varierer med alder, kjønn og type mat . Jern tatt som hem har en høyere biotilgjengelighet enn det som finnes i andre forbindelser. De anbefalte inntaksnivåene (LARN) er:
Jern absorberes i tolvfingertarmen . Jern bundet til hemgruppen er lettere å absorbere enn ikke-hemjern. Kjøtt inneholder omtrent 40 % hemjern og 60 % ikke-hemjern . Omtrent 10-30 % av jernet som finnes i kjøtt, hem og ikke-hem, absorberes rundt 10-30 %, [23] en prosentandel som stiger opp til 40 % hvis vi vurderer hemjernet alene [24] . Vegetabilsk mat inneholder kun ikke-hemjern som er vanskeligere å absorbere, faktisk absorberes mindre enn 5 % av jern av vegetabilsk opprinnelse [23] . Totalt absorberer en person uten mangler i gjennomsnitt omtrent 10 % av jernet som innføres i kosten [24] .
Omtrent 80 % av jernet som introduseres i kostholdet er inkorporert i hemgruppen ( oksidasjonstilstanden er ikke innflytelsesrik ); de resterende 20 % lagres som ikke-emisk jern som nødvendigvis må være i redusert form [25] .
Reduksjonen skjer lett ved sur pH , derfor i magen eller i nærvær av reduserende stoffer som vitamin C.
I celler og kroppsvæsker ( blod og lymfe ) er jern aldri fritt, men er bundet til spesifikke transportproteiner . Innenfor cellene i tarmslimhinnen binder jern seg til apoferritin ; det nydannede komplekset kalles ferritin . Deretter frigjøres jernet og oksideres for å nå blodbanen. I blodet binder jern seg til transferrin. Som sådan transporteres det til leveren hvor det avsettes som ferritin og hemosiderin . Fra leveren, i henhold til organismens behov, transporteres jern til de ulike organene, for eksempel til muskelvevet, hvor det er essensielt for syntesen av myoglobin eller i nivå med den røde benmargen der det brukes til syntese av hemoglobin .
Hemjernet er et pro-oksidant stoff som favoriserer dannelsen av N-nitrøse forbindelser i tarmens lumen og generelt produksjonen av frie radikaler.
Minst tretti isotoper av grunnstoffet jern er kjent , med massetall fra A = 45 til A = 74 [26] eller A = 75 [27] . Blant disse er de stabile (eller i det minste tilsynelatende stabile) isotopene av jern som finnes i naturen, de følgende fire, med deres relative mengde i parentes: 54 Fe (5,845%), 56 Fe (91,754%), 57 Fe (2,119%) og 58 Fe (0,282%). [27]
Den første av disse, 54 Fe, er en observasjonsstabil isotop, selv om den teoretisk sett kan forfalle eksotermt ved 54 Cr (stabil) gjennom en dobbel elektronfangst (εε) med emisjon av to nøytrinoer , og frigjøre en energi på ~ 0,68 MeV. Imidlertid er den estimerte halveringstiden for denne prosessen over 4,4 10 20 år [28] eller 3,1 10 22 år [29] (perioden billioner ganger høyere enn universets alder ) og til dags dato er det ingen avgjørende eksperimentelle bevis for dette forfallet som uansett ville være helt umerkelig og uten konsekvenser fra et praktisk synspunkt. En potensielt lignende situasjon oppstår for den første stabile isotopen av nikkel, 58 Ni, som også er gjenstand for dobbel elektronfangst for å gi den siste stabile isotopen av jern, 58 Fe. [30]
56 Fe (eller Fe-56) er den mest tallrike og har feilaktig blitt ansett av mange tidligere for å være den sterkest bundne nukliden, det vil si den som har høyest bindingsenergi per nukleon . Denne rekorden tilhører 62 Ni, mens 56 Fe kommer på tredjeplass, etter 58 Fe. [31] [32]
Primatiteten til 56 Fe er i stedet for å ha minimum masse per nukleon (930.412 MeV / c 2 ), på grunn av det rene og enkle faktum at det har et høyere Z / N -forhold (protoner / nøytroner) enn Ni-62 (930.417) MeV/c 2 ), protonene er lettere ( mindre massive) enn nøytronene . [33] Dette betyr at hvis det fantes passende sekvenser av kjernereaksjoner og la dem nå en likevektstilstand ( e-prosess [34] ), ville 56 Fe være det mest stabile produktet.
På det kosmiske nivået har overfloden av overgangsmetaller i den første serien en topp sentrert på grunnstoffet jern, spesielt på Fe-56, som dominerer de mer tallrike isotopene til naboene til venstre ( Ti , V , Cr , Mn ) ) og til høyre ( Co , Ni , Cu , Zn ) i det periodiske systemet ; dette er kjent som jerntoppen , [35] og her er nikkel nest etter 58 Ni, som imidlertid er mer enn en størrelsesorden mindre rikelig.
Fe-56 er hovedankomstpunktet for nukleosyntese i massive stjerner og er som sådan av spesiell interesse for kjernefysikk og astrofysikk . I fasen av stjerneutviklingen kjent som fusjonsprosessen av silisium , spesielt av 28 Si (7 alfapartikler), som hovedsakelig forekommer i kjernen til de mest massive stjernene, men spesielt i supernovaeksplosjoner , [34] produseres nye kjerner for påfølgende eksoterm av alfapartikler opp til 56 Ni (14 alfapartikler). Dette nuklidet er radioaktivt med kort levetid ( T 1/2 ≈ 6 dager) og henfaller ε / β + ved 56 Co, som da også henfaller på samme måte (T 1/2 ≈ 77 dager) ved 56 Fe, stabilt . På denne måten kan Fe-56 akkumuleres og bli det mest tallrike blant de metalliske grunnstoffene i universet, hvor det er det sjette (1090 ppm) for absolutt overflod, etter H, He , O , C og Ne . Det kan tenkes at overlagringen av den kosmiske overflodskurven til disse elementene (og spesielt av deres sterkest bundne isotoper) med kurven for bindingsenergien per nukleon kunne ha skapt forvirring.
57 Fe har en nukleær isomer (metastabil eksitert tilstand) ved bare 14,4 keV over grunntilstanden . Dette tillater bruk av Mössbauer resonansspektroskopi på den ved å utnytte overgangen mellom den eksiterte tilstanden og den grunnleggende. [36] Igjen er 57 Fe den eneste stabile isotopen av Fe som har kjernefysisk spinn (1/2, med negativ paritet ), som tillater bruk av kjernemagnetisk resonansspektroskopi . Den halve heltallsverdien til spinnet innebærer fordelen med fraværet av kvadrupolmoment , som gjør det mulig å oppnå høyoppløsningsspektra for prøver i løsning i egnede løsningsmidler. I dette tilfellet brukes jernpentakarbonyl som den primære standarden ; ferrocen og kaliumferrocyanid som sekundære standarder . [37] Begge spektroskopiene er teknikker med betydelig strukturell og kjemisk diagnostisk verdi og, takket være denne isotopen, er jern og dets forbindelser i fast tilstand for Mössbauer-resonansen, [38] [39] [40] og i løsning for den magnetiske resonansavbildning, [41] [42] kan ha den tilgjengelig for å bli nyttig undersøkt. [43]
58 Fe er den minst vanlige isotopen av jern på jorden (~ 0,28 %), men i galaktiske kosmiske stråler kommer den nær en overflod på 6 %, [44] eller i alle fall større enn jordforholdet. [45] Denne nukliden har, på grunn av sin prosentvise knapphet, blitt studert som en mulig ikke-radioaktiv sporstoff i biologiske prosesser . [46]
Fe-52 henfaller til Mn -52 ( radioaktivt ) ved elektronfangst og ved positronemisjon ( β + ), og frigjør 2380 MeV ; halveringstiden er 8,275 timer; Mn-52 henfaller i sin tur ved elektronfangst og positronemisjon (β + ), til Cr -52, stabil. [47]
Fe-53 henfaller til Mn-53 (radioaktiv) ved elektronfangst og ved positronemisjon (β + ), og frigjør 3,743 MeV; halveringstid er 2,51 minutter; Mn-53 forfaller i sin tur, kun ved elektronisk fangst, til Cr-53, stabil. [48]
Fe-55 henfaller til Mn-55 (stabil) ved elektronfangst, og frigjør 0,231 MeV; halveringstid er 2,74 år. [48]
Fe-59 forfaller β- til Co - 59 (stabil), frigjør 1,565 MeV; halveringstid er 44,49 dager. [48]
60 Fe er et radioaktivt nuklid som nedbryter β - til 60 Co (som igjen bryter ned β - til 60 Ni , stabilt). Halveringstiden er 2,62 millioner år (inntil 2009 ble den antatt å være 1,5 millioner år) og den er nå "utdødd" [49] . Mange jernbaserte dateringsarbeider er basert nettopp på måling av 60 Fe-innholdet i meteoritter og mineraler.
I noen deler av Semarkona- og Chervony Kut- meteorittene ble det observert en korrelasjon mellom konsentrasjonen av 60 Ni, sluttproduktet av forfallet av 60 Fe, og mengden av de andre stabile jernisotopene; dette beviser at 60 Fe eksisterte på tidspunktet for fødselen av solsystemet. Det er også mulig at energien som ble produsert av dets forfall bidro, sammen med energien fra forfallet av 26 Al , til refusjon og differensiering av asteroidene på tidspunktet for deres dannelse, for 4,6 milliarder år siden.
De vanligste oksidasjonstilstandene til jern inkluderer:
Jern (VI) er også kjent , en sjelden tilstand som finnes for eksempel i kaliumferrat .
Se også jernoksid .
Overdreven inntak av jern fra mat er giftig fordi overflødig jern(II)-ioner reagerer med peroksider i kroppen og danner frie radikaler [50] . Så lenge jernet holder seg på normale nivåer, klarer kroppens antioksidantmekanismer å holde nivået av frie radikaler i sjakk.
Et overskudd av jern kan gi forstyrrelser ( hemokromatose ); av denne grunn må inntak av jern gjennom medisiner og kosttilskudd utføres under streng medisinsk tilsyn og kun ved problemer knyttet til jernmangel.