Partikler og stoffer

Grunnstoffene er forskjellige stoffer i romtemperatur. Det har med smeltepunkt og kokepunk å gjøre. Hvis du tar vann, så er det væske i romtemperatur. Men det blir til is når det er kaldt. Andre stoffer, som oksygen og nitrogen, er gasser i romtemperatur. Mens jern er faststoff i romtemperatur.

For at stoffet skal gå til en fase, og fra en annen, må temperaturen endre seg. Det må da bli kaldere eller varmere. Hvis vi nå tar vann som eksempel, må det bli kaldere for at det skal bli fastform. Da fryser vannet til is. Men hvis det blir en del varmere, vil vannet bli til en gass som kalles damp.

Det som partikkelmodellen forklarer, er at alle stoffer er laget av partikler, og mellom alle partiklene er det tomrom. Hvor stort dette tomrommet er, kommer an på hvilken form stoffet er i.

Jeg vil nå forstette å forklare med vann. I fastform eller is, er partiklene tett sammen. De er bundet til sine faste plasser, men beveger seg allikevel. Det er nesten så de vibrerer. De vil ha de samme nabopartiklene hele tiden, uten å få byttet dem ut. Da har isen en helt fast form som er vanskelig å endre.

Når temperaturen øker, og isen smelter, og blir til vann, har ikke partiklene faste plasser lenger. De kan faktisk bytte plasser, men de er fortsatt knyttet tett sammen. Volumet vil ikke endre seg så mye, men vannet vil få en annerledes form. Formen endres avhengig av hva vannet er i.

Når vannet varmes opp, beveger partiklene seg raskere. Når vannet da tilslutt blir så varmt at det når kokepunktet, beveger partiklene seg så raskt, at de greier å bryte de båndene som holder dem samlet. Da kan de bevege seg helt fritt. Nå er de blitt til vanndamp. Avstanden mellom partiklene er nå blitt mye større, og gassen fyller den plassen som er tilgjengelig. Men fordi partiklene ikke har faste plasser lenger, kan gassen komprimeres (bli trykket sammen). Da vil den få et lite volum igjen.

Partikkelmodellen gir en forklaring på flere forhold som det ikke er så lett å forstå.

- et fast stoff utvider seg ved varme, fordi partiklene vibrerer mer og tar opp mer plass

- at vi kan lukte parfyme, er fordi parfymepartiklene slippes fri fra parfymen, og beveger seg raskt mellom luftpartiklene

- sukker løser seg lettere i varmt enn i kaldt vann fordi partiklene i det varme vannet har større fart og treffer hardere på de faste sukkerpartiklene, sånn at de blir sluppet løs og sprer seg blant vannpartiklene

- luften i ei sprøyte kan lett presses sammen til det halve, fordi det er god plass mellom luftpartiklene

Jern

Jern er et grunnstoff med det kjemiske symbolet Fe. Atomnummeret til jern er 26, og jern har en massetetthet på 7,86g pr cm³. Atommassen er på 55,84.

Hvis du har tenkt til å smelte jern må det være minst 1535 °C og hvis du i tillegg skal koke det må det være 2759 °C. Når du koker jern blir det til et fint sølvhvitt metall.

Det finnes mange forskjellige typer jern. Det finnes det som du spiser, det jernet som er et slags metall, og det du finner ute i naturen. De viktigste jernmalmene er magnetitt, hematitt, pyritt og jernspatt.

Magnetitt

Magnetitt er en type jern som du finner i naturen. Du finner magnetitt i Sør-Varanger, Kiruna og i Fosdalen. Det jernet du finner i naturen er ofte blandet med noe annet, og er da ikke bare et molekyl sammensatt av et Fe atom. Magnetitt er et molekyl som er sammensatt av 3 Fe-atomer og av 4 O-atomer.

Hematitt

Hematitt er også en type jern. Den blir også kaldt rødjernstein og jernglans. Denne typen jern finner du i Dunderlandsdalen. Hematitt molekylet består av 2 Fe-atomer og 3 O-atomer.

Pyritt

Pyritt er enda en type jern. Denne typen blir også kaldt for svovelkis. Pyritt-molekylet består av ett Fe- og 2 S-atomer.

Jernspatt

Jernspat, heter bare jernspatt. Dette molekylet består av ett Fe-atom, ett C-atom, og av 3 O-atomer.

Jern er det 4. vanligste stoffet i jordskorpen etter oksygen, silisium og aluminium. Hvis du veier jordskorpen, vil ca 5% av vekten vare jern. Men hvis du veier jordkloden, er 34,6% jern. Det er mye jern inne i kjernen til Jorden. En viktig grunn til at det finnes så mye jern, er at kjernen i Fe-atomene er vanskelig å dele (den har høy bindingsenergi).

Jern blir tatt ut av naturen fra gruver. Den største jerngruven som noen gang har vært i Norge er A/S Sydvarangers gruve i Bjørnevatn i Finnmark.

Bildet til venstre er tatt på 1990-tallet, da elever fra Samisk videregående skole og reindriftsskole var på klassetur der. Få år etter ble gruven lagt ned.

I sørnorske skoger kan man fortsatt finne spor etter de gamle jerngruvene. Bildet under viser restene etter Glasergruva ved Ulvsvann i Skien. De stammer fra et av de aller eldste jernverka i Norge, Fossum jernverk, som ble oppretta i 1543. (Foto: SL)

I industrien er jern det viktigste metallet. På 1970-tallet, produserte de omtrent 500 millioner tonn med jern i hele verden.

Jernet som vi finner i naturen, er i oksidert form. Det betyr at det er rustent. For at jernet skal kunne brukes i industrien, må mann få vekk all rusten. For å få vekk denne, pleier mann å tilsette karbon, som er det samme som kullstoff. Jernet får forskjellige egenskaper og bruksområder ut fra hvor mye karbon som er blitt tilsatt i jernet.

Jern med under 1,7 % karbon kalles stål. Det er seigt og kan sveises eller bli smidd. Hvis det er mer enn 2,5 % karbon, blir det støpejern.

Jern korroderer lett i fuktig luft. Det vil si at det lett kan ruste. Jernet ruster enda lettere hvis det er i nærheten av salt. Dette er veldig dumt for gamle biler. De vil da lett bli rustne om vinteren, fordi veiene saltes. Sur nedbør er heller ikke så bra for jern. Det vil da si at når jernet blir utsatt for slike ting, oksideres det tilbake til sin naturlige form, som er rust.

Vanlig jern som inneholder karbon, har en egenskap som svært få andre stoffer har. Vi sier at jern er ferromagnetisk, som betyr at det kan bli magnetisert av et annet magnetfelt og at det holder seg magnetisk etter at det andre magnetfeltet er fjernet. Det kan vi lett merke viss vi holder en magnet nærme jernet.

For at jern skal få spesielle egenskaper, tilsettes ofte andre metaller. Når jernet blandes med disse andre metallene, kaller vi det for en legering. Jern som er blandet med 18 % krom og 8 % nikkel, kaller vi for rustfritt stål.

Jern er et viktig mineralstoff. Vi trenger blant annet jern for at blodet skal kunne transportere oksygen rundt i kroppene våre. Hemoglobinet, det stoffet som sørger for at blodet kan transportere oksygen, innholder nemlig jern. Vi kan ikke ta opp alle slags jern. Det må være på Fe2-form. Proteinet ”divalent metall transportør 1” (DMT1) sørger for at vi kan ta opp jern.

Menneskekroppen trenger mye jern. For at vi skal få i oss jern, kan vi spise blant annet leverpostei. Det går også an å spise jernpiller. Appelsinjuice og andre matvarer som inneholder Vitamin C hjelper til med jernopptaket. Futinsyre gjør det vanskeligere å ta opp jern. Selv om vi tenger mye jern, er det viktig å vite at for mye jern kan være giftig.