Figur 1. Järn med atomnummer 26 och atomvikt 55,845.

Järn (Fe) är det 26:e grundämnet i det periodiska systemet och har använts av människor i över 5000 år. Det är en av de mest förekommande metallerna på jorden och utgör 5,6 % av jordskorpan och nästan hela jordens kärna.

Några användbara egenskaper hos järn är:

Järn har spelat en viktig roll i mänsklighetens historia, eftersom de som kunde manipulera det för att tillverka vapen, verktyg och andra material fick ekonomisk och politisk makt. I det moderna samhället är järn den viktigaste av alla metaller, eftersom det används för att tillverka olika typer av stål som används i en mängd olika tillämpningar. Stål används för att tillverka pappersklämmor, skyskrapor och allt däremellan.

Järn är också ett viktigt element i växt- och djurlivet. I växter spelar det en roll i skapandet av klorofyll, och hos människor spelar det en avgörande roll i kärlsystemet.

Energianvändning av järn i samhället

Figur 2. Armeringsjärn, en förkortning för ”armeringsstång”, tillverkas av järn (inte rent järn utan dess legering, stål) och används för att förstärka betong.

Järn utgör 95 % av allt metalltonnage som produceras i världen, med över 500 miljoner ton nytt järn och 300 miljoner ton återvunnet järn som produceras varje år. Denna produktion av järn är möjlig tack vare de enorma järnreserverna på jorden, som överstiger 100 miljarder ton. Den största delen av brytningen sker i Kina, Brasilien, Australien, Ryssland och Ukraina.

Omkring 18 % av världens industriella energianvändning går till brytning, bearbetning och tillverkning av järn- och stålprodukter. När det gäller den faktiska energin används cirka 19 av de 106 exajoule (1019 joule) som tillförs industrisektorn varje år.

Järn har en inbyggd energi på 20-25 megajoule per kilo (MJ/kg), vilket är den energi som krävs för att utvinna, förädla och bearbeta det. Detta innebär att den årliga energianvändningen för att få fram järn ligger i storleksordningen 10 exajoule.

Om du vill veta mer om vad som händer med järnet när det väl har brutits, se: Stål

Magnetiska egenskaper

Järn är ett av de få grundämnen som uppvisar ferromagnetism. Järnets molekylära struktur är sådan att det finns domäner av elektroner som radar upp sina spinn, vilket resulterar i starkt lokaliserade magnetfält. Dessa domäner är dock ofta slumpmässigt orienterade, så bulkmaterialet uppvisar inga magnetiska egenskaper. Den intressanta egenskapen hos materialet uppstår när ett externt magnetfält appliceras på järnet, vilket leder till att dessa domäner ställer upp sig i linje med varandra, och materialet sägs vara magnetiserat.

Ferromagnetiska material som järn är mycket användbara i vardagen, liksom i specialiserade tillämpningar. Vanliga användningsområden är bland annat elmotorer, generatorer, transformatorer, telefoner och högtalare.

Nukleär stabilitet

Järngruppen (från krom till nickel) innehåller de mest stabila isotoperna av alla grundämnen och har den högsta bindningsenergin per nukleon. Betydelsen av detta är avgörande för förekomsten av dessa metaller i universum, liksom för produktionen av alla tyngre grundämnen som skapas från supernovor. Kärnfusionen i tunga stjärnor stoppas av dessa stabila grundämnen, eftersom fusionsprocessen inte längre kan utöva mer energi, vilket orsakar stjärnornas kollaps och utlöser supernovor.

Video

Videon nedan kommer från University of Nottinghams projekt Periodic Videos. De har skapat en komplett serie korta videor om varje grundämne i det periodiska systemet av grundämnen.