Järn
Kemisk beteckning: Fe
Atomnummer: 26
Framställning:
Först bryts järnmalmen i järngruvor där järnhalten. I järnmalmen är järn bundet till olika ämnen, inte som ren metall. Järnmalmen krossas till så små korn som möjligt, och sorteras sen med hjälp av ett magnetiskt rullband som väljer ut de delarna som innehåller mest andel järn. Resten avlägsnas och kallas för gråberg.
Det finns olika sätt för hur man kan utvinna järn ur järnmalmen. Det allra vanligaste sättet är att använda kol i jättelika masugnar vid 2000 °C. Vid den temperaturen reagerar kolet med syret i luften och bildar kolmonoxid.
6 C + 3 O2 → 6 CO
När kolmonoxiden bildas kan den i sin tur reagera med den upphettade järnoxiden. Produkterna blir metalliskt järn och relativt mycket koldioxid. Reaktionsformeln är:
6 CO + 2 Fe2O3 → 4 Fe + 6 CO2
Järnen renas sedan från så många andra metaller som möjligt. Detta kan göras genom att man smälter järnen och avlägsnar orenheter som samlas på ytan. Dessa orenheter kan bestå av olika mineraler som ännu är i fast form, men även andra ämnen som har smält och ligger i ett lager ovanför den smälta järnen. Under tillverkningen i masugnen tillsätter man även kalk
Järnet i sin nuvarande form har för hög kolhalt och är för bräckligt, och dessutom icke smidbart. För att minska kolhalten används en metod vid namn färskning, vilket innebär att man genom oxidering (tillsättning av syre) minskar kolhalten. Man hettar upp järnet och pumpar in rent syre i ugnen. Syret kan vid de höga temperaturerna bindas till kol i järnet och bildas koldioxid, vilket lämnar järnet med en mindre kolhalt, nu möjlig att bearbetas för olika syften.
Men järn används sällan i sin rena form. Oftast legeras det med kol och andra ämnen, och olika procenthalter av kol innebär olika egenskaper. Stål innehåller mellan 0,4 och 1,5 % kol, och är nog den allra vanligaste legeringen med järn. Stål är starkare och mer hållbart än rent järn. Det är även hårdare. Gjutjärn har en ännu högre kolhalt, 2–4 %. Gjutjärn innehåller även små halter av kisel. Gjutjärn är mycket hårt, och därmed hållbart. Men ju hårdare ett material är, desto bräckligare blir det, då det inte är lika flexibelt för tryck. Så även om gjutjärnet är mycket starkt och hårt, spricker och knäcks det relativt lätt av kraftiga stötar.
Därför är t ex gjutjärn utmärkt för verktyg som t ex tänger. Man vill ju inte att tänger ska vara flexibla och böjas, och de kommer inte att uppleva så stora krafter som kan knäcka järnet. Därför är även gjutjärn bra till A-brunnslock, eftersom de dels inte kommer att uppleva så stora smällar eller tryckförändringar, samtidigt som den alltså står stadigt fast och inte böjs. Stål som ska användas till byggmaterial, däremot, måste vara flexibelt och kunna böjas vid tryck. Vad skulle hända om en byggnads stomme plötsligt skulle knäckas av stark vind? Därför byggs byggnader flexibelt.
Källor:
Gleerups: TitaNO Kemi, s. 202 ”Framställning av stål”
Guld
Kemisk beteckning: Au
Atomnummer: 79
Framställning:
Guld är en av få metaller som förekommer rent i naturen, dvs inte är som del av en legering eller med andra orenheter. Detta är då guld är en ädel metall, vilket försvårar dess förmåga att reagera med andra kringliggande ämnen. Den vanligaste framställningen för guld är vaskning, i vilken man utnyttjar gulds höga densitet. Man sköljer grus innehållande guldkorn med vatten i en vaskpanna, och utnyttjar guldets vikt, då de kornen sjunker till botten av pannan samtidigt som stenen sköljs bort. När man vaskar efter guld är det vanligt att människor gör arbetet i starten, dvs hitta grus som innehåller guld. Sedan kan man med hjälp av maskiner vaska mycket mer effektivt. Guldkornen smälts sedan ihop och renas, genom samma process som jag beskrev ovan, då guldet smälts och orenheter samlas på ytan, som skrapas bort. Guldets densitet säkerställer att andra ämnen flyter till ytan.
Användningsområden:
Gulds användningsområden är många. Det allra vanligaste användningen för guld är smyckestillverkning, år 2010 gick ca 70% av det efterfrågade guldet gick till smycken. 11% användes industriellt och 13% blev guldtackor eller andra rena objekt. [1]
Då guld är en ädel metall, reagerar den sällan med andra ämnen och är därför resistent mot oxidering (”rost”) och syror. Guld har även en mycket bra elektrisk ledningsförmåga. Därför är guld ett mycket bra alternativ vid små elektronikkomponenter, eftersom guld, fastän i små mängder, inte rostar. Koppar, exempelvis kan bilda kopparoxid lätt, och är därmed i små kvantiteter lönlöst att använda, då kopparoxiden saknar effektiv ledningsförmåga. I stora kvantiteter påverkar oxideringen endast det yttersta lagret, och är därför utmärkt för längre kablar, men i t ex kretskort eller andra små komponenter är det bästa att använda guldplätering då guld som sagt är resistent mot oxidering.
Gleerups: TitaNO Kemi, s. 196 ”Ädla metaller”
Kalium
Kemisk beteckning: K
Atomnummer: 19
Framställning:
Kalium i sin rena form är mycket reaktiv till vatten och oxiderar även snabbt i luft, och förekommer därför inte i ren form. Däremot förekommer det som en salt i havsvatten, kaliumklorid, men i femtio gånger mindre utsträckning än natriumklorid (vanligt koksalt). I stora saliner (saltgårdar, saltbassänger) låter man havsvatten avdunsta och lämna kvar saltet, och här utvinns vanligtvis natriumklorid, men även kaliumklorid kan påträffas. Genom reduktion av smält kaliumklorid med natriumånga kan kalium-natrium-legering framställas. Denna legering separeras sedan i fraktionerad destillation, och 99,5 procentig kalium har framställts. Fraktionerad destillation används när de olika ämnena som ska utvinnas ur en legering har liknande kokpunkt. Ämnen förs genom ett stort torn eller rör, som kallas kolon, i vilken det finns flera olika plattor på olika nivåer, med olika temperaturer. När en komponent (en del i legeringen) kommer till sin nivå då denna kondenseras, utvinns det ämnet och de andra fortsätter genom tornet.
Användningsområden:
Man kan alltså med fraktionerad destillation skapa näst intill rent kalium. Den har dock förutom häftiga experiment (kalium i vatten -> bildar väte i en exoterm reaktion -> vätet antänds av den exoterma reaktionen -> binds till syre i luften och bildar vatten igen), inga reella användningsområden. Istället används kaliumlegeringar till en mängd olika saker. Kaliumsalter som kaliumklorid används vid matlagning, men smakar svagare och har sämre konserverande effekt än natriumklorid. Kaliumklorid används även inom medicinen, ibland som kaliumkloridtillskott då kroppen är beroende av små mängder av ämnet. Kaliumnitrat (salpeter) används bland annat till konstgödsel (dess största användningsområde), kruttillverkning och kan även tillsammans med socker bilda ett snabbt brinnande improviserat raketbränsle med hög rökutveckling. Kaliumklorat används bland annat som oxidant i tändstickor. En oxidant är ett ämne som innehåller syre och som avger syre i t ex en pyroteknisk reaktion, vilket ger reaktionen mer syre för att fortsätta brinna. Oxidanter (eller blandningar, t ex kaliumklorat + fosfor) brinner mycket snabbt.
Nu kom jag in på ett litet sidospår, men min poäng är att kaliumlegeringar har stora användningsområden, till skillnad från rent kalium.
Inga kommentarer:
Skicka en kommentar