14. Jern

Question 1

Hvad er uorganisk kemi?

Answer 1

Uorganisk kemi er den slags kemi, der foregår uden carbons tilstedeværelse

Question 2

På hvilke former indgår jern som i kemiske forbindelser?

Answer 2

I kemiske forbindelser indgår jern som Fe(2+) eller Fe(3+)

Question 3

Fremstilling af jern:

Hvad udvindes de fra?

Answer 3

Det er meget sjældent at finde rent jern i naturen, så derfor skal det ofte udvindes fra forskellige mineraler, der kaldes for jernmalm

Question 4

Fremstilling af jern:

Hvilke to typer jernmalm er de vigtigste til udvinding af jern og hvad er de sammensat af?

Answer 4

De vigtigste typer er ofte: Fe2O3 og Fe3O4, der er sammensat af FeO og Fe2O3

Question 5

Fremstilling af jern:

Hvordan reduceres jernmalm til jern i praksis?

Answer 5

Reduktionen af jernmalm til jern foregår i en såkaldt højovn - Denne fyldes med koks (næsten ren carbon), kalk (CaCO3) og jernmalm

Question 6

Fremstilling af jern:

Hvordan bliver koksen forbrændt i højovnen?

Answer 6

Forneden i højovnen indblæses der varm luft, hvorved der sker en forbrænding af koksen:
C(S) + O2(g) → CO2(g)

Question 7

Fremstilling af jern:

Hvad sker der med koksen der forbrændes?

Answer 7

Denne kuldioxid, der opstiger i ovnen omdannes herefter til carbonmonoxid, idet den reagerer med yderligere carbon:
C(s) + CO2(g) → 2 CO(g)

Question 8

Fremstilling af jern:

Der er nu dannet carbonmonoxid, hvad gør den ved jernmalmen?

Answer 8

Carbonmonooxiden reducerer herefter jernmalmen til frit jern - dog foregår dette i flere trin, men bruttoreaktionerne er:
Fe2O3(s) + 3 CO(g) → 2 Fe(l) + 3 CO2(g)
Fe3O4(s) + 4 CO(g) → 3 Fe(l) + 4 CO2(g)

Question 9

Fremstilling af jern:

Det dannede jern (Fe) i højovnen er til at starte med på hvilken form, og hvorfor?

Answer 9

Temperaturen i denne højovn er i midlertidigt så høj, at det dannede råjern er flydende

Question 10

Fremstilling af jern:

Den råjern der dannes (som er flydende), hvordan tapper man det ud?

Answer 10

Råjern samler sig i bunden af højovnen, hvor det kan tappes ud

Question 11

Fremstilling af jern:

Hvorfor tilsatte man kalk til at starte med? Hvilken funktion har det?

Answer 11

Den tilsatte kalk vil omdannes til calciumoxid, idet den synker ned igennem ovnen:
CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g)
Denne calciumoxid medvirker til fjernelsen af nogle urenheder i jernmalmen. Fx SiO2:
CaO(s) + SiO2(s) → CaSiO3(l)

Denne er ofte en væsentlig bestanddel i den flydende slagge der frasorteres, ved tapningen af råjernet, desuden har den en lavere densitet og lægger sig derfor ovenpå, så det nemt kan fjernes

Question 12

Fremstilling af jern:

Hvad er en slagge?

Answer 12

Slagge er et restprodukt ved forbrænding eller smeltning af ting

Question 13

Fremstilling af jern:

Hvor rent er det dannede råjern? Hvad kan man gøre for en gøre det renere?

Answer 13

Råjern indeholder en del urenheder, bl.a. 4% carbon, hvilket betyder, at det bl.a. ikke kan bearbejdes i glødende tilstand, derfor egner det sig ofte kun som støbejern.
Hvis et lavere carbonindhold ønskes (stål er f.eks. jern med et carbonindhold under 1,5%), kan man gennemblæse ilt igennem råjern, hvorved carbon brændes væk som kuldioxid. - Desuden vil andre urenheder heraf også fjernes f.eks. phosphor.
Der findes mange former for stål (variation af carbonindhold og forskellige legeringer)

Question 14

Korrosion:

Hvad er korrosion?

Answer 14

Det, at metaller oxideres, kaldes for korrosion eller tæring.
Den vigtigste korrosionsproces er omdannelsen af jern til rust.
I det moderne samfund gælder det i høj grad om at undgå, at metal oxideres, da det spiller så væsentlig en rolle i mange ting.

Question 15

Korrosion:

Hvordan foregår korrosion?

Answer 15

En overflade af jern angribes meget hurtigt, når den samtidig er i kontakt med vand og luftens dioxygen.
Først oxideres jern til Fe(2+):
2 Fe(s) + O2(g) +2 H2O(l) → 2 Fe(2+)(aq) + OH-(aq)
Dioxygen opløst i vand oxiderer derefter Fe(2+) til Fe(3+), der sammen med OH- danner det rødbrune stof, som vi kender som rust:
O2(aq) + 4 Fe(2+)(aq) + 8 OH- → 4 FeO(OH)(s) + 2 H2O(l)
Selvom det her fremstår, at rust består af Fe(3+), O(2-) og OH-, så har rust dog ingen veldefineret sammensætning

Question 16

Korrosion:

Hvorfor er rust problematisk?

Answer 16

Rust fylder mere end jern - derfor kan bygningsværker gå i stykker, hvis jernet omdannes til rust.
Desuden er det porøst og smuldrer derfor også nemt.

Question 17

Korrosion:

Hvordan undgår man rust?

Answer 17

Rustdannelsen kan forhindres ved at forhindre jern i at komme i kontakt med vand og dioxygen.
Dette kan gøres ved at behandle jern med en tætmaling, noget vandtrængende olie eller galvanisere det.
Dette gøres ved at behandle jern med et lag zink, da zink hellere vil afgive elektroner end jern ville, grundet dets placering i spændingsrækken

Question 18

Uorganiske reaktionstyper:

Hvilken reaktionstype er den hyppigste i forhold til uorganisk kemi?

Answer 18

Den reaktionstype, der hyppigst forekommer i forhold til uorganisk kemi, er kompleksbindingerne:
Et kompleks er en sammensat partikel bestående af en metalion bundet til et antal af de såkaldte ligander, der enten er neutrale molekyler eller negative ioner.
Antallet af disse ligander definerer metalionens koordinationstal.

Question 19

Uorganiske reaktionstyper:

Hvordan reagerer jern?

Answer 19

Fe(2+)(aq) oxideres let til Fe(3+)(aq) af fx opløst dioxygen.
4 Fe(2+)(aq) + O2(aq) + 2 H2O(l) → 4 Fe(3+)(aq) + 4OH-(aq)
I vandige opløsninger binder Fe(3+) sig til 6 vandmolekyler og skaber den stabile komplekse-ion:
Fe(H2O)6^(3+)
Denne er en middelstærk syre og reagerer derfor surt:
Fe(H2O)6^(3+)(aq) + H2O(l) ↔ Fe(H2O)5(OH)^(2+)(aq) + H3O+(aq)
Man anvender ikke særlig mange jernforbindelser, dog har mange af disse forbindelser en flot farve (fx falurødt (fremstilles ved opvarmning af jern(II)sulfat, hvorved der dannes jern(III)oxid, svovldioxid og svovltrioxid) og berlinerblåt, der kan variere i forhold til den kemiske sammensætning, men bl.a. har den kemiske sammensætning: Fe4(Fe(CN)6)3

Desuden bruges FeSO4 ∙ 7 H2O som mosedræber

Question 20

Jerns biologiske betydning:

Hvordan optages jern og hvilke kilder er der i kosten?

Answer 20

Jern er et vigtigt mikronæringsstof. Det optages som Fe(2+) og kan opnås igennem kilder som rødt kød, kylling, brødprodukter med kerner og grønne grønsager

Question 21

Jerns biologiske betydning:

hvad er det bundet til i kroppen?

Answer 21

Det meste jern findes bundet til menneskets røde farvestof, hæmoglobin

Question 22

Jerns biologiske betydning:

Hvilken betydning har jern i hæmoglobin?

Answer 22

Hæmoglobin består af fire sammenkoblede proteiner, der hver især har en såkaldt hæmgruppe. Denne hæmgruppe er et slags ringsystem, hvor der centralt er placeret en Fe(2+), der kan binde ilt fra luften i lungerne ved at ilten diffunderer fra lungerne over i blodbanen

Question 23

Jerns biologiske betydning:

Hvad kan hæmgrupperne i hæmoglobin binde?

Answer 23

O2 bindes til hæmgruppens Fe(2+)-ioner med en svag kompleksbinding og så transporteres det rundt i kroppen. Indtil den når ud til bl.a. musklerne, hvor dioxygen diffunderer ind igennem blodbanen og ind i musklerne, hvor den bindes til myoglobin

Question 24

Jerns biologiske betydning:

Hvorfor er CO farligt? Hvad binder det sig til?

Answer 24

CO er farligt, da det binder nemmere til hæmgruppen end dioxygen

Question 25

Jerns biologiske betydning:

Hvordan opbevares jern i kroppen på dyr og mennesker?

Answer 25

Jern opbevares i dyr i proteinet ferritin, der kan binde optil 4500 jern(III)ioner. Det findes mest i milten, leveren og knoglemarven, grundet dets hydrofile overflade

Question 26

Jerns biologiske betydning:

Hvad sker der hvis man får for meget jern?

Answer 26

Jernforgiftning

Question 27

Jerns biologiske betydning:

Hvordan forsvinder jern ud af kroppen?

Answer 27

Jern forsvinder nærmest kun ud af kroppen igennem blødninger (da størstedelen er i blodet)