Jern

Historie

De eldste tegn på bruk av jern har en fra Sumererne og egypterne rundt 4000 f.Kr. Disse sivilisasjonene benyttet jern fra meteoritter til å lage pilspisser og dolker. Slikt meteorjern inneholder alltid en del nikkel og er lett å kjenne igjen. De sverdene som sagaene beskriver som rustfrie og hardere enn andre, kan ha vært lagd av naturlig nikkel-legert meteorittjern, heriblant Håkon Håkonssons sverd Kvernbitt som kunne kløve en kvernstein, Fotbitt i Laksdølasagaen som kunne kløve en mann helt ned i foten, og Excalibur («sverdet i stenen») som tilhørte kong Arthur.
Etter 3000 f.Kr. og fram mot 2000 f.Kr. finnes stadig mer jern uten nikkel, det betyr at jernet er smeltet og ikke laget av meteorjern. Slikt jern fantes i denne perioden i Mesopotamia, Anatolia og Egypt. Jern var fortsatt svært dyrt og ubearbeidet, og ble brukt i smykker. Bronse ble fremdeles brukt i våpen.  Ca. 2000 f.Kr var verdiforholdet gull/sølv som 1:6, mens forholdet jern/sølv var 1:8. Med andre ord var jern mer verdifullt for de gamle egyptere enn gull!
De første redskaper av jern ble lagd omkring 1500 f.Kr. (Trevor Nevitt Dupuy: «The Evolution of Weapons and Warfare», side 3). På 1400-tallet f.Kr. har Chalybe-stammen i fjellområdene i Armenia lært å bearbeide jern ved prosesser med oppvarming i trekull, bearbeiding, gjenoppvarming og hamring.  Stål kan ha oppstått tilfeldig ved at jernet absorberte trekull (karbon) på overflaten av metallet i denne prosessen. Denne teknologien ble kjent i det østre middelhavsområdet innen 1200 f.kr.
Rundt 1500 f.Kr ble de første gode smelteovnene utviklet, og etter 1000 f.Kr ble det vanlig å benytte jern i våpen. En viktig årsak til at jern erstattet bronse, var mangelen på tinn, ikke at teknologien på smelteovnene gikk framover.
Det norske navnet jern er trolig avledet av det angelsaksiske iron, som kan stamme fra det keltiske ordet for jern isarnom og fra det norrøne isarn eller isen. Jernvarehandel heter på dansk fremdeles isenkræmmer.
Det kjemiske symbolet kommer fra latinske ferrum som betyr «fasthet».

Jernets historie i Norge

De første funnene av jern i Norge stammer fra yngre bron­se­al­d­er (1100–500 f.Kr.). Første gang jern ble fremstilt i Norge, var omkring mid­ten av førromersk jernalder (300–400 f.Kr.). Jernet kalles gjerne «det demokratiske metallet», fordi det, i motsetning til bronse, var tilgjengelig som lokal ressurs for alle. Siden jern er avsatt i myrer over hele landet, kunne «hvem som helst» lage jern. Etter hvert ble jern det første allmenne bruksmetallet, og det ble anvendt til alle mulige slags redskaper og våpen.

Egenskaper

Jern er et grått glinsende transisjonsmetall som er mykt, formbart og smibart. Det er korrosjonsbestandig i tørr luft, tørr klorgass, konsentrert svovelsyre, konsentrert salpetersyre og i baser (unntatt varm natronlut) med pH over 9. I fuktig luft korroderer det og danner rust. Jern binder seg lett til andre stoffer, men er det eneste metallet som ikke danner amalgam med kvikksølv. 
De magnetiske egenskapene til jern er spesielle, jern er ferromagnetisk, en egenskap svært få andre stoff har. Rent jern har et smeltepunkt på 1 538 °C og kokepunktet ligger på 2861 °C.

Allotropiske former

Jern har 4 allotropiske former, alfa, beta, gamma og delta. Alfa-formen (som kalles ferritt) har kubisk romsentrert krystallstruktur og opptrer ved temperaturer under 769 °C. Over 769 °C (som også er jerns curiepunkt) mister jern sine ferromagnetiske egenskaper og danner beta-formen. Bortsett fra ferromagnetismen er alfa- og beta-formen identiske når det gjelder krystallstruktur og kjemiske og fysiske egenskaper. Ved 912 °C endres krystallstrukturen til kubisk flatesentrert, og jern får sin gamma-form. Mellom 1401 °C og smeltepunktet på 1538 °C har det delta-formen med kubisk romsentrert krystallstruktur.

Isotoper

Naturlig forekommende jern består av 4 stabile isotoper: ⁵⁴Fe (5,8 %), ⁵⁶Fe (91,8 %), ⁵⁷Fe (2,1 %) og ⁵⁸Fe (0,3 %).I tillegg finnes 24 kunstig fremstilte ustabile (og dermed radioaktive) isotoper hvorav de mest stabile er ⁶⁰Fe med halveringstid 1,5 millioner år, ⁵⁵Fe med halveringstid 2,73 år, ⁵⁹Fe med halveringstid 44,503 døgn og ⁵²Fe med halveringstid 8,275 timer. Alle de resterende isotopene har halveringstider kortere enn 10 minutter, og de fleste kortere enn 1 minutt.
Isotopen ⁵⁶Fe er det endelige stoffet som dannes i fusjonen som skjer i stjernene. Nikkelisotopen ⁶²Ni har enda høyere bindingsenergi, men på grunn av tilstanden i stjernene vil ikke ⁵⁶Fe omdannes videre til ⁶²Ni.
CAS-nummer: 7439-89-6

Forekomst

Jern er det metallet det finnes mest av på Jorden. Regnet etter vekt er jern det vanligste stoffet og utgjør 34,6 % av Jorden, men det meste av dette jernet finnes under jordskorpen. I jordskorpen er jern det fjerde vanligste stoffet, de vanligste er oksygen, silisium og aluminium. Årsaken til at det finnes så mye jern, er at jern har en svært høy bindingsenergi pr. kjernepartikkel. Det betyr at jern har en svært høy bestandighet mot kjernereaksjoner.
I naturen finnes jern svært sjelden i ren form. Metallet utvinnes vanligvis fra jernmalm, og da vesentlig sulfidmalm som pyritt (FeS₂) og magnetkis (FeS).
Det finnes egne jern-meteoritter som trolig stammer fra kjernen av tidligere planeter, og som siden er skilt ut gjennom desintegrasjon eller kollisjoner i solsystemet.

Utvinning og foredling

Jernvinne, myr, malm, smelteovn.
Legering, smelteovn, galvanisering
Jern brukes i produksjon av stål som hovedsakelig er en legering av jern og karbon.

Jern og biologi

Fysiologisk spiller jern en avgjørende rolle som mineralstoff for både dyr og planter. Jern inngår i hemoglobin, som er proteinet inne i de røde blodlegemene som tar seg av oksygentransporten i blodet (jern "binder" til seg oksygen). Hemoglobinet er også det som gir blodet den røde fargen. Jern inngår i bl.a. myoglobin (som er et protein som kan lagre oksygen inne i musklene våre, dette lageret er riktignok svært begrenset) og i cytokromer (viktig del i elektrontransportkjeden). 
I menneskekroppen er det transferrin og laktoferrin som transporterer jern, mens ferritin og hemosiderin lagrer jern. Jern blir normalt nesten fullstendig absorbert (tatt opp) av enterocytter i tolvfingertarmen. For å bli tatt opp, må jernet være i Fe²⁺-form (ikke Fe³⁺). Selve opptaket skjer ved et protein kalt «divalent metall-transportør 1» (DMT1 – gjenstand for regulering), som kan ta opp «alle» typer toverdige metallioner i kroppen. Det er en rekke stoffer i kosten som påvirker jern-opptaket vårt, f.eks. øker vitamin C jernopptaket, mens futinsyre hemmer det.
Jern inngår også normalt i peroksidnedbrytning (beskyttelse mot frie radikaler). For mye jern (dvs. mer enn det transferrin klarer å binde) er giftig og vil øke produksjonen av frie radikaler kraftig. Jern blir giftig ved (omtrent; individuelle variasjoner) 20 mg jern per kg kroppsvekt og dødelig ved 60 mg/kg. For lite jern er mye vanligere enn for mye jern.
Jernmangel er en av de vanligste årsakene til anemi, særlig for kvinner.