Yster - Wikipedia
(Aangestuur vanaf Fe)
26 mangaan ← yster → kobalt
Naam, simbool, getal yster, Fe, 26
Groep, periode, blok 8, 4, d
Atoommassa 55.845(2) g/mol
Elektronkonfigurasie [Ar] 3d6 4s2
Elektrone per skil 2, 8, 14, 2
Digtheid (naby k.t.) 7.86 g/cm³
Vloeistof digtheid teen s.p. 6.98 g/cm³
Smeltpunt 1811 K
Kookpunt 3134 K
Smeltingswarmte 13.81 kJ/mol
Verdampingswarmte 340 kJ/mol
Warmtekapasiteit (25 °C) 25.10 J/(mol·K)
teen T/K 1728 1890 2091 2346 2679 3132
Kristalstruktuur kubies liggaamsgesentreerd
Stukturbericht-kode A2 α (<1185K) en δ (>1667K)
Stukturbericht-kode A1 γ (1185K <T< 1667K)
Oksidasietoestande 2, 3, 4, 6
Elektronegatiwiteit 1.83 (Skaal van Pauling)
Ionisasie-energieë 1ste: 762.5 kJ/mol
2de: 1561.9 kJ/mol
3de: 2957 kJ/mol
Atoomradius (ber.) 156 pm
Kovalente radius 125 pm
Magnetiese rangskikking ferromagneties
Elektriese resistiwiteit (20 °C) 96.1 nΩ·m
Termiese geleidingsvermoë (300 K) 80.4 W/(m·K)
Termiese uitsetting (25 °C) 11.8 µm/(m·K)
Spoed van klank (dun staaf) (k.t.) (elektrolities)
Young se modulus 211 GPa
Skuifmodulus 82 GPa
Massamodulus 170 GPa
Mohs se hardheid 4.0
Vickers hardheid 608 MPa
Brinell hardheid 490 MPa
Hoofartikel: Isotope van yster
54Fe 5.8% >3.1·1022 j 2ε ? 54Cr
55Fe sin 2.73 j ε 0.231 55Mn
56Fe 91.72% Fe is stabiel met 30 neutrone
57Fe 2.2% Fe is stabiel met 31 neutrone
58Fe 0.28% Fe is stabiel met 32 neutrone
59Fe sin 44.503 d β 1.565 59Co
60Fe sin 1.5·106 j β- 3.978 60Co
5 Ontginning uit erts
6.1 Sien ook
7 Biologiese rol
Yster is die metaal wat die meeste gebruik word en beslaan by tonnemaat ongeveer 95% van wêreldwye metaalproduksie. Die kombinasie van lae koste en hoë sterkte maak dit onontbeerlik, veral in toepassings soos motorvoertuie, groot skeepsrompe, en strukturele komponente vir geboue. Staal is die bekendste legering van yster. Ander vorms wat yster in aangetref word, sluit in:
Ru-yster bevat 4% – 5% koolstof en verskeie hoeveelhede onsuiwerhede soos swael, silikon en fosfor. Dit is slegs belangrik as 'n intermediêre produk vir die vervaardiging van ystererts om gietyster en staal.
Gietyster bevat 2% – 3.5% koolstof en klein hoeveelhede mangaan. Onsuiwerhede wat in ru-yster teenwoordig is wat die materiaaleienskappe negatief beïnvloed, soos swael en fosfor, is tot aanvaarbare vlakke verminder. Dit het 'n smeltpunt tussen 1420–1470 K, wat laer is as die twee hoofkomponente en dit is die eerste produk wat gesmelt word wanneer koolstof en yster saam verhit word. Dit is uiters sterk, hard en bros. Verwerking van gietyster selfs wanneer dit witwarm is, is geneig om die voorwerp te breek.
Koolstaal bevat tussen 0.5% en 1.5% koolstof, met klein hoeveelhede mangaan, swael, fosfor en silikon.
smee-yster bevat minder as 0,5% koolstof. Dit is 'n taai, pletbare produk. Dit bevat gewoonlik slegs 'n paar tiendes van 'n persent koolstof.
Staallegerings bevat verskillende hoeveelhede koolstof sowel as ander metale, soos chroom, vanadium, molibdeen, nikkel, wolfram ens.
Yster (III) oksiede word gebruik in die vervaardiging van magnetiese bewaring van inligting in rekenaars. Hulle word ook dikwels met ander stowwe vermeng en behou hulle magnetiese eienskappe in oplossings.
Die vroegste bewyse van die gebruik van yster kom van die Soemeriërs en die Egiptenare, waar klein voorwerpe soos spiespunte en ornamente wat met yster afkomstig uit die oorblyfsels van meteoriete gemaak is gevind is en wat datteer uit ongeveer 4000 v.C. Omdat meteoriete uit die lug val word daar deur taalkundiges gespekuleer dat die woord yster (en ander Europese verbuigings van die woord) oorspronklik van die Etruskiese woord aisar afkomstig is wat die gode beteken.
Ystervoorwerpe afkomstig uit die tydperk 3000 v.C. en 2000 v.C. is toenemend in Mesopotamië, Anatolië en Egipte gevind (en is onderskeibaar van voorwerpe wat uit meteoriete vervaardig is vanweë die gebrek in nikkel daarin). Dit wil egter voorkom asof die gebruik van hierdie voorwerpe hoofsaaklik seremonieël was en was yster waarskynlik 'n baie duur metaal, selfs duurder as goud.
Wapens wat in die Iliad beskryf word, is hoofsaaklik van brons, maar word gietblokke van yster as handelsmiddel gebruik. Sommige bronne (Sien verwysing What Caused the Iron Age? hieronder) beweer dat yster waarskynlik 'n byproduk (sponsyster) van koperraffinering was en kon nie andersins deur die mettalurgiese kennis van die dag, vervaardig word nie. Teen 1600 v.C. en 1200 v.C. is yster toenemend in die Midde-ooste gebruik, maar het dit nie brons as die belangrikste metaal vervang nie.
'n Byl van yster uit die Sweedse Ystertydperk wat te Gotland, Swede gevind is.
In die tydperk tussen die 12de tot die 10de eeu v.C. het die gebruik van yster in gereedskap en wapens vinnig dié van brons vervang in die Midde-ooste. Die belangrikste faktor vir hierdie oorskakeling wil nie voorkom asof dit die tegonologiese verbeterings in ysterbewerking was nie, maar eerder die onderbreking van tinvoorsiening. Hierdie oorgangstydperk wat in verskillende tydperke in verskillende wêrelddele plaasgevind het, het die beskawingstydperk wat algemeen as die Ystertydperk bekend staan, ingelui.
In dieselfde oorgangstydperk is karbonering, wat die proses van byvoeging van koolstof tot die ysters van daardie tyd was, ontdek. Yster is uit sponsyster, 'n mengsel van yster en slak met 'n mate van koolstof en of karbied daarin, wat dan herhaaldelik gehamer en gevou is om die slak daarin te verwyder en om die koolstof daaruit te oksideer en sodoende 'n produk te vervaardig wat as smee-yster bekend staan. Smee-yster het 'n baie lae koolstofinhoud gehad en was nie so maklik om hard te maak deur dit te blus nie. Die mense van die Midde-ooste het ontdek dat 'n veel harder produk gemaak kon word deur die smee-yster oor 'n langtermyn in 'n bed houtskool te verhit en dit daarna in water of olie te blus. Die gevolglike produk was harder en minder bros as die brons wat dit vervang het.
In China was die eerste yster ook afkomstig uit meteorietiese yster, voorwerpe wat uit smee-yster vervaardig is wat naby Xinjiang gevind is en uit die 8ste eeu v.C. dateer, dien as argeologiese bewysstukke daarvoor. Hierdie voorwerpe, uit smee-yster vervaardig is met dieselfde prosesse gemaak as dié afkomstig uit die Midde-ooste en Europa en daar word geglo dat dit deur mense wat nie van Chinese afkoms was, ingevoer is.
In die latere jare van die Zhou-dinastie (± 550 v.C.), het 'n nuwe ystervervaardigingsvermoë ontstaan as gevolg van hoogs ontwikkelde oondtegnologie. Die Chinese het hoogoonde gebou wat in staat was om temperature van meer as 1300 K te bereik, en het hiermee die vervaardiging van gietyster of ru-yster ontwikkel.
In Indië is yster reeds omstreeks 250 v.C. gebruik. Die beroemde Pilare van Ashoka naby Delhi is uit yster met 'n hoë suiwerheid (98%) vervaardig en het tot op hede nog nie verroes of verweer nie.
As ysterertse saam met koolstof verhit word tot 1420–1470 K, vorm 'n gesmelte vloeistof wat 'n allooi van ongeveer 96.5% yster en 3.5% koolstof lewer. Hierdie produk is sterk, kan in ingewikkelde vorms gegiet word, maar is te bros om verwerk te word tensy die produk gedekarboneer word om die meeste koolstof te verwyder. Chinese ystervervaardiging vanaf die Zhou-dinastie, en ook later, was oorwegend gietyster. Yster het egter 'n nederige produk gebly wat vir honderde jare deur boere gebruik is en het eers regtig die Chinese adelstand ten tyde van die Qin-dinastie beïnvloed (ca 221 v.C.).
Die ontwikkeling van gietyster was stadiger in Europa omdat die smeltoonde slegs temperature van ongeveer 1000 K kon bereik. Deur 'n groot gedeelte van die Middeleeue is yster in Wes-Europa steeds gemaak deur die verwerking van sponsyster na smee-yster. Die giet van yster in Europa, het eerste in Swede plaasgevind by twee liggings, Lapphyttan en Vinarhyttan, omstreeks 1150 en 1350 n.C. Geleerdes glo dat die praktyk dalk deur die Mongole oor Rusland heen na hierdie plekke gebring is, maar daar is geen klinklare bewys vir hierdie teorie nie. 'n Mark vir hierdie gietyster goedere het in elk geval teen die laat veertiende eeu ontstaan, toe die vraag na kanonkoëls ontwikkel het.
Vroeëre ystersmelttegnieke het houtskool gebruik as hittebron en reduseermiddel. In 18de eeuse Engeland het houtvoorrade verminder en is kooks, 'n fossielbrandstof, as alternatief gebruik. Hierdie uitvinding deur Abraham Darby het die momentum verleen vir die nywerheidsomwenteling.
Die rooi voorkoms van hierdie water is as gevolg van yster in die rotse
Yster is een van die mees algemene elemente op aarde en maak bykans 5% van die aardkors uit. Die meeste yster word in verskeie ysteroksiede aangetref, soos in die minerale hematiet, magnetiet en takoniet. Daar word geglo dat die aarde se kern hoofsaaklik uit 'n metaliese yster-nikkel legering bestaan. Ongeveer 5% van die meeste meteoriete bestaan soortgelyk ook uit 'n ysternikkellegering. Al kom meteoriete selde voor is dit die hoofbron van metaliese yster in die aardkors.
Ontginning uit erts[wysig | wysig bron]
Yster word ontgin van sy ertse, hoofsaaklik hematiet (Fe2O3) en magnetiet (Fe3O4) deur dit met koolstof in 'n hoogoond te reduseer teen temperature van ongeveer 2000 °C. In 'n hoogoond word ystererts, koolstof in die vorm van kooks en met kalksteen as smeltmiddel bo-in die oond gevoer terwyl verhitte lug deur die oond van die bodem af daardeur geblaas word.
Kooks reageer met suurstof in die oond om koolstofmonoksied te vorm:
Die koolstofmonoksied reduseer die ystererts (hematiet in die chemiese vergelyking hieronder) na gesmelte yter en skakel in die proses om na koolstofdioksied:
Die smeltmiddel is teenwoordig om die onsuiwerhede in die erts te laat smelt, hoofsaaklik silikondioksied en ander silikate. Algemeen gebruikte smeltmiddels sluit kalksteen (wat grootliks bestaan uit kalsiumkarbonaat) en dolomiet (magnesiumkarbonaat) in. Ander smeltmiddels kan ook gebruik word afhangende van die onsuiwerhede teenwoordig in die erts. In die hoë hitte van die oond ontbind die kalksteen na kalsiumoksied (ongebluste kalk):
Die kalsiumoksied verbind dan met die silikondioksied om 'n slak te vorm.
Die slak smelt in die hitte van die oond anders as met silikondioksied. Die slak dryf bo-op die digter vloeibare yster. Tuite in die kant van die oond word voorsien om die slak en yster te dreineer. Die yster sodoende verkry word ru-yster. Die slak kan gebruik word vir padbou doeleindes of in die landbou om mineraalarme grond te verryk.
Ongeveer 1 100 Mt (miljoen ton) ystererts is in 2000 in die wêreld ontgin met 'n bruto markwaarde van ongeveer 25 miljard VS-dollar. Ertsontginning vind plaas in 48 lande maar die vyf grootse produsente, die China, Brasilië, Australië, Rusland en Indië maak ongeveer 70% van die wêreld se totale ysterertsproduksie uit. Die 1 100 Mt ystererts is gebruik om ongeveer 572 Mt ru-yster te vervaardig.
Hierdie hoop ystererts-korrels sal gebruik word vir die produksie van staal.
Algemene oksidasietoestande van yster sluit in:
die Yster (II) toestand, Fe2+.
die Yster (III) toestand, Fe3+, ook baie algemeen veral in roes.
die Yster (IV) toestand, Fe4+, wat in sommige ensieme gestabiliseer is (bv. peroksidase).
die Yster (VI) toestand, Fe6+, is meer seldsaam in kaliumferaat.
Ysterkarbied Fe3C staan ook bekend as sementiet.
Yster is noodsaaklik vir alle organismes buiten 'n paar bakterieë. Dit word meestal stabiel binne metalloproteïene gevind, want andersins veroorsaak dit in die vrye vorm dat vrye radikale gevorm word wat giftig is vir selle. Baie diere sluit yster in by die heemkompleks, 'n noodsaaklike komponent van sitochroom, wat die proteïene is wat by die redoks-reaksies betrokke is (wat onder andere respirasie insluit), asook in die suurstofdraende proteïene hemoglobien en mioglobien. Anorganiese yster wat betrokke is by redoks-reaksies word ook gevind in die yster-swael trosse van baie ensieme, soos bv. nitrogenase (betrokke by ammoniaksintese vanuit stikstof en waterstof) en hidrogenase. 'n Klas nie-heme ysterproteïene is verantwoordelik vir 'n wye reeks funksies in verskeie lewensvorme, soos die ensieme metaan mono-oksigenase (oksideer metaan na metanol), ribonukleotied reduktase (reduseer ribose na deoksiribose; DNA biosintese), hemeritriene (vervoer en bind suurstof in ongewerwelde seediere) en per-suur fosfaatase (hidrolis van fosfaatesters). Wanneer die liggaam 'n bakteriese infeksie bestry, stoor dit yster in die vervoerproteïen transferrin om bakterieë die gebruik daarvan te ontsê.
Ysterverspreiding word goed beheer in soogdiere. Die yster wat vanuit die duodenum geabsorbeer word, word aan transferrin gebind en deur die bloed vervoer na die verskillende selle. Daar word dit deur 'n tot-nog-toe-onbekende meganisme by die teikenproteïene opgeneem .
Goeie voedselbronne van yster sluit vleis (veral lewer), vis, pluimvee, lensies, boontjies, blaargroente, tofu, ertjies en aarbeie in.
Voedselaanvullings voorsien dikwels yster in die vorm van ysterfumaraat. Die aanbevole daaglikse inname wissel aansienlik en hang af van ouderdom, geslag en die voedingsbron waarin die yster voorkom (heemgebaseerde yster het 'n hoër bio-beskikbaarheid) .
Yster wat natuurlik voorkom bestaan uit vier isotope: 5.845% uit radio-aktiewe 54Fe (halfleeftyd: 3.1 x 1022 jaar), 91,754% uit stabiele 56Fe, 2,119% uit stabiele 57Fe en 0,282% uit stabiele 58Fe. 60Fe is 'n uitgestorwe radionuklied wat 'n baie lang halfleeftyd gehad het (1,5 miljoen jaar). Die isotoop 56Fe is van besondere belang vir kernwetenskaplikes aangesien dit die mees stabiele kern moontlik besit. Dit is nie moontlik om fissie of fusie reaksies op 56Fe uit te voer en steeds energie vry te stel nie. Dit is vir geen ander element waar nie.
Daar is in sekere meteoriete 'n verband gevind tussen die 60Ni, die dogterproduk van 60Fe en die verspreiding van stabiele ysterisotope wat bewys is daarvan dat 60Fe bestaan het met die vorming van die sonnestelsel. Die energie wat vrygestel is deur die verval van 60Fe saam met die energie wat deur die radionuklied 26Al vrygestel is, het waarskynlik bygedra tot die hersmelting en differensiasie van asteroïede na hul vorming ongeveer 4.6 miljard jaar gelede. Die hoë voorkoms van 60Ni teenwoordig in buiteruimse materiaal verskaf ook meer insig in die ontstaan van die sonnestelsel en sy vroeë geskiedenis. Van die stabiele isotope het slegs 57Fe 'n kernspin (−1/2). Om hierdie rede vind 57Fe toepassings as 'n spin-isotoop in chemie en biochemie.
Oormatige innamme van yster deur mense is toksies, aangesien die oormaat yster met peroksiede in die liggaam reageer wat vrye radikale laat ontstaan. Die liggaam se eie anti-oksidantmeganismes beheer hierdie proses as yster in normale vlakke voorkom. In oormaat word onbeheerbare hoeveelhede vrye radikale gevorm.
Die noodlottige dosis yster by 'n tweejarige kind is ongeveer drie gram yster. Een gram kan ernstige vergiftiging tot gevolg hê. Daar is gevalle aangemeld van kinders wat vergiftig is deur tussen 10-50 tablette ystersulfaat oor 'n tydperk van 'n paar uur in te neem. Oormatige inname van yster is die grootste enkele oorsaak van sterftes by kinders wat per abuis farmaseutiese middels inneem. Die "Dietary Reference Intake" lys die hoogste draagbare innamevlak (HV) vir volwassenes as 45 mg/dag. Vir kinders onder veertien jaar oud is die HV 40 mg/dag.
As ysterinname oormatig is, kan 'n aantal ysteroormaat-afwykings voorkom. Om hierdie rede moet mense nie ysteraanvullings neem tensy hulle aan 'n ystertekort ly en alvorens hulle 'n dokter geraadpleeg het nie.