Járn

Járn (sem í forníslensku var nefnt ísarn) er frumefni með efnatáknið Fe og er númer 26 í lotukerfinu.

Járn


Efnatákn	Fe
Sætistala	26
Efnaflokkur	Hliðarmálmur
Eðlismassi	7874,0 kg/m³
Harka	4,0
Atómmassi	55,845 g/mól
Bræðslumark	1808,0 K
Suðumark	3023,0 K
Efnisástand (við staðalaðstæður)	Fast form
Lotukerfið

Almennir eiginleikar

Venjulegt járnatóm hefur 56 sinnum meiri massa en venjulegt vetnisatóm. Járn er algengasti málmurinn og er talið tíunda algengasta frumefnið í alheiminum. Jörðin er einnig að stórum hluta úr járni (um 34,6% mælt í þyngd). Mismunandi hlutföll járns eru í lögum jarðarinnar. Kjarninn er til að mynda að miklum hluta úr járni meðan hlutfall þess í jarðskorpunni er aðeins um 5%. Mögulegt er að allur innri kjarninn sé úr einum járnkristalli þó að líklegra sé að hann sé blanda úr járni og nikkel. Þetta magn járns er talið orsakavaldur segulsviðs jarðar. Efnatákn þess, Fe, er skammstöfun á latneska heitinu yfir járn, ferrum.

Járn er málmur sem er unninn úr járngrýti og finnst yfirleitt aldrei sem hreint frumefni. Til að ná járni yfir á frumefnisformið, verður að ná út úr því óhreinindum með rýringu. Járn er notað í framleiðslu stáls, sem er ekki frumefni heldur málmblanda, lausn mismunandi málma (og stundum málmleysingja, þá sérstaklega kolefnis).

Kjarni járns hefur mestu bindiorku kjarneinda af öllum frumefnum, þannig að það er þyngsta frumefnið sem getur orðið til við kjarnasamruna og það léttasta sem getur orðið til við kjarnaklofnun. Þegar stjarna er orðin nógu massamikil fer hún að framleiða járn. Þegar járnframleiðsla hefst getur hún ekki lengur framleitt orku í kjarna sínum og verður þá að sprengistjörnu.

Heimsfræðileg líkön um opinn alheim spá fyrir um stig þar sem allt muni breytast í járn sökum hægs kjarnasamruna og kjarnaklofnunar.

Notkun

Járn með miklu kolefni er ekki hægt að smíða, teygja eða hamra því þá springur það. Það er kallað steypujárn. Smíðajárn inniheldur lítið af kolefni, verður mjúkt löngu áður en bræðslumarki er náð og þá er hægt að hamra það og teygja.

Járn er mest notað allra málma og er yfir 95% af framleiðslu allra málma í heiminum. Lítill vinnslukostnaður og mikill styrkur gera það ómissandi, sérstaklega til notkunar við framleiðslu á bílum, skipsskrokkum og burðarvirkjum bygginga. Stál er þekktasta málmblanda járns og kolefnis. Heiti og innihald nokkurra annarra blanda sem járn er í:

Hrájárn inniheldur 4% – 5% kolefni og mismunandi magn aðskotaefna eins og brennisteins, kísils og fosfórs. Það hefur eingöngu notagildi sem millistig þegar járngrýti verður að steypujárni og stáli.
Steypujárn inniheldur á bilinu 2% – 3,5% kolefni og lítilsháttar mangan. Aðskotaefni í hrájárni sem hafa neikvæð áhrif á efnaeiginleika þess, eins og brennisteinn og fosfór, eru að mestu leyti horfin. Bræðslumark þess er á bilinu 1420–1470 K, sem er lægra en hjá báðum uppistöðuefnum þess. Það er mjög sterkt, hart og stökkt. Þegar hlutir úr steypujárni eru hamraðir, jafnvel úr hvítglóandi steypujárni, brotna þeir yfirleitt.
Kolefnisstál inniheldur á bilinu 0,5% til 1,5% kolefni, með örlitlu aukamagni af mangan, brennistein, fosfór og kísli.
Smíðajárn inniheldur minna en 0,5% af kolefni. Það er seigt og þjált en ekki jafn sambræðanlegt og hrájárn.
Járnblöndur innihalda mismikið magn af kolefni, ásamt öðrum málmum eins og krómi, vanadín, mólýbdeni, nikkel, volfram o.fl.
Járn (III) oxíð eru notuð við framleiðslu á segulminni í tölvum. Þeim er oft blandað saman við önnur efnasambönd og halda seguleiginleikum sínum í lausn.

Næring og líffræði

Járn er mikilvægt næringarefni og er uppspretta þess í fæðu eins og kjöti, baunum, fiski, kjúklingi, blaðgrænmeti og tófú. Morgunkorn er stundum með viðbættu járni.

Járn gegnir hlutverki í súrefnisupptök, þ.e. er hluti af próteininu hemóglóbíni.