Innfødt jern, tellurjern, jern Kategori I : Innfødte elementer | |
Tverrsnitt av en blokk med basalt som inneholder strålende inneslutninger av naturlig jern . Opprinnelse: Uivfaq ( øya Disko , Grønland ). Størrelse: 7,8 x 3,5 x 0,6 cm | |
Generell | |
---|---|
IUPAC-navn | jern |
CAS-nummer | 7439-89-62 |
Strunz-klasse |
01.AE.05
1 ELEMENTER (Metaller og intermetalliske legeringer; metalloider og ikke-metaller; karbider, silisider, nitrider, fosfider) |
Dana sin klasse |
1.1.17.1
Innfødte elementer og amalgamer |
Kjemisk formel | Fe |
Identifikasjon | |
Form masse | 55,845 ± 0,002 amu Fe 100%, |
Farge | skinnende stålgrå til jernsvart, grå til svart, noen ganger gråhvit eller metallisk sølvfarge |
Krystallklasse og romgruppe | heksakisoktahedrisk punktgruppe m 3 m eller 4 / m 3 2 / m; romgruppe Im 3 m |
Krystallsystem | kubikk (isometrisk) |
Bravais nettverk | kubikk sentrert a = 2,866 4 Å ; Z = 2, V = 23,55 Å 3 eller a = 2,874 Å ; Z = 2, V = 23,74 Å 3 |
Macle | tvilling i {111} med penetrasjon |
Spalting | (100) perfekt, ufullkommen på (001), noen ganger dårlig spaltning på (100), på (010), på (001) |
Gå i stykker | hakket, skjellete (grovt brudd) |
Habitus | nesten aldri i vakre isolerte og velformede krystaller (veldig sjeldne nettokrystaller), deformerte myke krystaller, større kamacittkrystaller, noen ganger desimetriske; partikkelformet tilstand spredt i en bergmatrise, (små) korn satt inn i andre mineraler (beskyttere); små skalaer eller dråper, klynger med en granulær struktur, selv i en plate, skrap eller bånd for kamacitt; små masser, uregelmessig masse, flate og lamellære masser. |
Vinning | på {111} |
Mohs skala | 4,5 (4 til 5) middels hardhet, øker med nikkelinnhold, formbar |
Linje | Grå |
Sparkle | metall |
Polert glans | polering, oppnå en speiloverflate, reflektans mellom 58 % og 58,6 % avhengig av det økende Ni-innholdet. |
Optiske egenskaper | |
Ultrafiolett fluorescens | ikke fluorescerende |
Åpenhet | ugjennomsiktig |
Kjemiske egenskaper | |
Tetthet | 7,88 (noen ganger fra 7, eller til og med 7,3 til 7,9) beregnet tetthet 7,81 |
Smeltepunkt | 1535 ° C |
Løselighet | uoppløselig i vann og baser, løselig i fortynnede sterke syrer (passivering er mulig i HNO 3 ) |
Kjemisk atferd | formbar til litt sprø, duktil kohesjon (betydelig mer fleksibel hvis Ni i høyere innhold) |
Fysiske egenskaper | |
Magnetisme | sterkt magnetisk (ferromagnetisk) |
Enheter av SI & STP med mindre annet er oppgitt. | |
Den LBS jern eller nativ jern er det mineralholdige materialet naturlig, noe metallisk legeme nikkel , sjeldne, svarende til det kjemiske elementet jern bemerket Fe, kjemisk formel Fe 1-ε Ni εfunnet utelukkende i jordskorpen .
Tidligere mineraloger, ved eksplisitt bruk av adjektiver, foreslo de facto en opposisjon med det meteoriske jernet som utgjør jernmeteorittene , en god del av pallasittene og mesosiderittene , ellers eksisterer det i en form delt inn i små nuggets (ofte mindre enn 1/10 mm i diameter) i kondritter , alle utenomjordiske bergarter som har falt på planeten Jorden, paradoksalt sett mer vanlige enn bergarter som inneholder tellurjern (på Jorden er elementet jern mye oftere funnet i form av kjemiske kombinasjoner, spesielt i malm , enn i metallisk form). En av egenskapene til meteorittjern er deres relative (variable) nikkelrikdom. Når metallfasen er rikelig, uttrykkes ferro-nikkel-legeringen , avhengig av nikkelinnholdet, i en eller annen mineralogisk form, taenitt (høyt innhold) eller kamacitt (lavt innhold). De mer eller mindre regelmessige sammentrekningene av disse fasene kan demonstreres på en polert seksjon, ved kjemisk angrep, som viser figurene til Widmanstätten .
Tellurisk jern er, avhengig av geologisk terreng, ekstremt til veldig sjeldent: det er mye sjeldnere enn jernlegeringene som er observert i meteoritter som har falt på jorden. Det kan være i tilstanden til spor eller små fragmenter i basaltene som har inkludert karbonholdige sedimenter, noen ganger i uregelmessige korn, eller i flate og lamellære masser. Det kommer fra reduksjonen av jernoksider som finnes i basalter i kontakt med karbonholdige bergarter, og potensielt reduserer, i henhold til selve prinsippet om lave ovner og masovner . Med unntak av et lite forekomster som nå er utmattet i regionen Cassel i Tyskland, er det kun kjent en betydelig forekomst på jorden, på Grønland rundt Disko-bukten ved Ovifak (Uivfaq) hvor den flate massen var rundt 25 tonn. Tellurisk jern, som meteorisk jern, ble brukt av inuittene til å lage knivblad eller ulus . Inuittene er dermed de eneste menneskene i hele menneskehetens historie som har brukt tellurjern.
Den geologiske og kulturelle betydningen, den primitive stålindustrien var i stor grad avhengig av meteorisk jern, det tillatte argumentet om delvis fusjon noen ganger til kjernen av meteoritter, ved friksjon under inntreden i atmosfæren eller under den siste kollisjonen hvis de er massive, førte mineralogene av IMA for å kombinere disse to artene i en, mineraljernet ved å skille de spesifikke strukturene, kamacitten ble et utvalg av jern med høyt nikkelinnhold og taenittene ( taenitt , tetrataenitt , antitaenitt ) eller awaruite som andre mineralarter. Faktum er fortsatt at innfødt jern har fått en bredere betydning, inkludert meteorittisk opprinnelse.
Navnet er arvet fra det latinske begrepet ferrum . Sistnevnte kan komme fra det østlige Middelhavet for 10 000 år siden f.Kr., ved å vedta et sumerisk uttrykk som betyr ild fra himmelen og relatert til saken om meteoritter, med opprinnelse i stjernene. Derav forholdet til ordet jern og stål, som betyr arbeidet med dette materialet fra mytiske stjerner.
Den europeiske smeden hadde stor mekanisk og termisk kunnskap om dette materialet, mye bedre enn dets kjemiske bestemmelse, som han bare definerte ved sin opprinnelse, dens første utforming i ( bunn eller høyovn ) og dens gang (transport). Den elastiske grensen for jern er sterkt avhengig av behandlingen av metallet. Arbeidsherding muliggjør oppretting av forvridninger .
Carltonitt, martensitt eller kamacitt er varianter av innfødt jern, i henhold til gjeldende offisielle mineralogiske klassifisering.
Jern er det vanskeligste av vanlige metaller mens det er smidig og duktilt. Du kan sjekke det med en jernknivspiss. Krystallene er gode elektriske og termiske ledere. Dens hardhet er ikke ubetydelig, rundt 4 og ½ på Mohs-skalaen .
Native jern er fakkel infusible. Det er smeltbar til og over 1500 ° C . Med en fakkel, etterlater den med boraks fluksen et borat perle , flaske grønn med reduserer brann (karbonholdig eller brilliant gul flamme) eller gul med oksidasjon ild (blå flamme). Det er en spesifikk testreaksjon for jern.
Reaksjoner med oksiderende legemer, som oksygen eller svovel, er enkle. De oppnådde mineralkombinasjonene inkorporeres lett i mange silikater.
Rent metalljern, oftest stålgrått til jernsvart i fargen , har en blank overflate. Det er mattere hvis det er belagt med et lag med oksider.
I fuktig luft skifter det til rust , og etterlater hydratiserte jernoksider og spesielt limonitt . Generelt forverres veldig rent nativt jern raskt i luften og dekkes med en mer eller mindre kavernøs limonittskorpe.
En noen ganger liten prosentandel av Ni satt inn i strukturen bremser endringene. Det er ikke overraskende at naturlige prøver inneholder Ni i noen ganger ikke ubetydelige eller til og med store mengder.
Jern er uoppløselig i vann. Den er løselig i fortynnede syrer, med en karakteristisk utvikling av hydrogengass . Det er løselig i saltsyre HC1, etterlater materialet en gul brennevin basert på Fe 3+ jern-ion . Angrepet av konsentrert salpetersyre HNO 3 ) kan stoppe etter generering av et passiveringslag, det er et kontinuerlig belegg av beskyttende oksider.
Det er uoppløselig i alkohol (etanol) eller eter .
Sett i jernholdig tilstand eller Fe 2+ , jernmaterialet er veldig løselig. Det er mindre i ferri-tilstand, Fe 3+ -ionen er relativt oksiderende og spesifikk for veldig sure miljøer.
Det er det viktigste magnetiske metallet . Jern er veldig magnetisk.
Den spalting er perfekt i henhold til (100). Lamellstrukturer er hyppige i henhold til (111) og (110). Twinning på (111) med penetrasjon er vanlig. Polysyntetiske grupper danner tynne snitt parallelt med (221).
I Danas klassifisering er jern det første medlemmet av jern-nikkel-gruppen. De andre mineralene er alfa kamacite, gamma taenite, tetrataenite, awaruite, native nikkel (rangert etter Ni innhold) og til slutt waïrauite basert på Fe og Co legeringer.
I følge Strunzs klassifisering er den en del av krom-jern-gruppen, og favoriserer krystallkemisk resonnement. Dermed innfødt krom , alfa kamacitt og til slutt, nativt jern.
Kunstige jernkrystaller kan fås i form av dendritter , de er strenger av oktaeder langstrakte langs en kvartær akse.
Kamacite, en av variantene av jern og waïrauite, har optiske egenskaper som ligner på mineraljern.
Innfødt jern kan være veldig rent jern som inneholder spor av nikkel Ni og kobolt Co, men også noen ganger kobber Cu, svovel S, karbon C, fosfor P, silisium Si.
Jerninneslutninger i basaltprøver avsløres ofte ved polering av fjellet. Den skiller seg fra naturlig platina på grunn av dens lavere tetthet og dens løselighet i syrer.
Den magnetitt , et mineral lignende kohesjon ledsagende i basalter, er vanskeligere.
I følge Alfred Lacroix kan forniklet jern være til stede i hovedmassen "alt jern" kalt holosider-masse . Dette er tilfelle i Ovifak på Grønland, i Diablo-kløften, regionen i Casa Diablo i California , eller i Sainte Catherine, i Brasil , hvis typiske prøver ble studert i 1877 av Gabriel Auguste Daubrée . Det er også, men sjeldnere, metalliske faser eller nettverk inkludert steinete kuler, kjent som syssidera-formasjoner . Mindre rikelig enn den holosideriske massen, observeres en overveiende steinete fase, en slags silikat-steinmatrise, som fanger nikkelbelagte jernpellets: denne strukturen med sporadisk spredning av metall kalles sporadosidère.
Fra observasjonssynspunktet er det i de første helosideriske massene, de viktigste for mineralogen, enten de er av tellurisk eller meteorittisk opprinnelse, av:
Polering av et oktaedrisk jernfragment, deretter dets oppvarming og angrep av salpetersyre, avslører en kompleks struktur, kalt Widmanstätten-figurene , sammensatt av bånd av jerngrå, med sølvfargede linjer eller sølvhvite intervaller, fylt av et tredje motiv. Størrelsen på båndene, som krysser hverandre, er i størrelsesorden 0,15 mm til 2,5 mm .
De tre forskjellige materialene i oktaedrisk jern ble oppkalt av Reichenbach :
Octahedral jern angrepet av en syre, og deretter oppvarmet avslører:
Det har blitt observert i lag med karbonholdige sedimenter som tidligere ble invadert av smeltede basalter og meteoritter, men også fumaroler over granittiske plutoner eller til og med forstenet tre som inneholder rester av det opprinnelige karbonholdige materialet.
Den danner regelmessige assosiasjoner, parallelt med oktaedraaksene, med legeringer med lavt nikkelinnhold (mørk bamacitt-type) som med andre med høyt innhold (taenitt, klar awaruite )
Tilknyttede mineraler: fosfider (schreibertite, rhabdite), karbider ( cohenite , moissanite ), sulfider (troïlite, daubréchite), karbondiamant , karbongrafitt , kromitt , ilmenitt , daubreelitt , magnetitt , goetitt , pyritt , wustitt , oldhamitt , silikater
Tellur jern ligner nært meteorisk jern ved at begge inneholder en betydelig andel nikkel og begge har Widmanstätten-figurer . Imidlertid inneholder tellurjern generelt omtrent 3% nikkel, mens denne andelen er minst 5% for meteorisk jern. Det finnes to typer tellurjern. Type 1 og Type 2 inneholder begge sammenlignbare mengder nikkel og andre urenheter, men har forskjellige karboninnhold .
Type 1Type 1 tellur jern inneholder mellom 1,7 og 4% karbon og mellom 0,05 og 4% nikkel. Den er stiv og sprø og egner seg derfor ikke til kaldhamring. Type 1 krystallstruktur er overveiende perlit , sementitt eller kohenitt , med inneslutninger av troilitt og silikat . Den ferritt kornene selv ha en diameter av størrelsesorden en millimeter. Selv om sammensetningen av kornene kan variere, noen ganger til og med innenfor samme korn, består de vanligvis av en legering av jern og nesten ren nikkel. Ferritkornene holdes av lag av sementitt, med en bredde fra 5 til 25 um , og danner således perlit.
Denne typen 1 er til stede i form av veldig store blokker, med en masse som kan nå noen titalls tonn.
Type 2Type 2 tellur jern inneholder også mellom 0,05 og 4% nikkel, men karboninnholdet er generelt i størrelsesorden 0,7%. Det er en formbar legering av nikkel og jern, som gjør det mulig å kalde hamre den. Kullet og nikkel det inneholder gir metallet stor styrke.
Denne typen 2 er til stede i form av korn som inngår i basaltbergarter . Kornene har generelt en diameter på mellom 1 og 5 mm . Kornene skilles vanligvis fra hverandre med basalt, selv om de noen ganger blir funnet sveiset sammen, og danner dermed større tilslag. Større biter inkluderer også små mengder kohenitt, ilmenitt , perlit og troilitt.
Telluric jern er bare funnet i ekstremt redusere sammenhenger , særlig der magma har invadert et kull eller brunkull innskudd som på Uivfaq på øya Disko ( Grønland ) eller i Bühl nær Cassel ( Land of Hesse , Tyskland ). Det er reduksjon av silikater (som inneholder jern i de jernholdige tilstand ) av karbon som produserer jern metall (og karbondioksid , som unnslipper til atmosfæren).
Bortsett fra de eksepsjonelle møtene mellom jernformede vulkanske bergarter i formasjon og lag av kull, kan naturlig jern observeres i sedimentære bergarter. Dermed kan naturlig jern, ikke nikkelholdig ifølge Alfred Lacroix , fjernes fra karbonholdige sandsteiner og leire i Missouri . Innfødt jern kan følge limonitt. Grand Galbert- venen i Oulles i Isère viser masser av limonitt, men også av kvarts og leire, i form av stalaktitter med en kjerne av innfødt jernmetall i sentrum. Denne mineralogiske observasjonen av innfødt jern assosiert med limonitt er ikke isolert, den er funnet i Groẞ-Kamsdorf, i Eibenstock i Sachsen , akkurat som den markerer de eldgamle århundre gamle historiene om smedene på bestemte klynger av limonittgruver.
Reduksjonen av pyritt virker sjeldnere. Små kjerner av innfødt jern kunne ekstraheres fra pyritiske knuter av Keuper of Mühlhausen i Thüringen . På den annen side etterlater et stort antall funn av innfødt jern, enten i tilstanden korn eller mikrokorn, eller i tilstanden til større stykker, mineraloger skeptiske. Selv om analysen bekrefter jernets natur, noen ganger overraskende ren, kan det være metalljernet som er forlatt i burls, laks eller stykker av mannen, rusk eller uregelmessige bruksfraksjoner av instrumenter med spiss eller del av jern.
Type 1 kunne ikke bearbeides av Inuit, og selv i dag kan den bare brukes med moderne verktøy med vanskeligheter. Imidlertid kan noen type 1-blokker brukes som ambolter eller hamre.
Type 2 ble derimot brukt av Inuit til å lage metallblader. Basalt ble vanligvis knust for å gjenvinne jernkornene på størrelse med erter. Disse ble deretter knust med steiner for å gjøre dem til plater på størrelse med en mynt. Disse flate platene ble deretter satt inn i et beinhåndtak slik at de overlappet litt for å få et blad halvveis mellom sagen og kniven.
Oppdaget av vestligePå slutten av 1840-tallet fant Adolf Erik Nordenskiöld store jernblokker på Grønland nær Diskobukta. Han visste at inuittene laget verktøy med jern fra Cape York-meteoritten , og han antok derfor at dette metallet også var av meteorisk opprinnelse, spesielt siden begge metallene inneholdt nikkel og hadde figurer av Widmanstätten . Selve eksistensen av tellurjern ble stilt spørsmålstegn ved datidens forskere, og det var liten grunn til å stille spørsmål ved Nordenskiölds oppdagelse. I 1871 under sin andre ekspedisjon til Grønland, brakte Nordenskiöld tilbake tre store prøver av tellurjern, som fremdeles tror å stå overfor meteorisk jern, for å studere dem når han kommer tilbake til Europa. Disse prøvene er nå funnet i Sverige, Finland og Danmark.
På sin ekspedisjon fra 1871 ble Nordenskiöld ledsaget av den danske geologen KJV Steenstrup (i) . På grunn av visse detaljer som tilstedeværelsen av skarpe hjørner eller takkede kanter på blokkene og som ikke var karakteristiske for meteoritter (som gjennomgår slitasje under atmosfærisk gjeninnføring ), var Steenstrup uenig med Nordenskiöld om opprinnelsen til blokkene, og organiserte sin egen ekspedisjon i 1878. I 1879 identifiserte Steenstrup type 2 tellurjern i kniver som ble funnet i en Inuit-grav. Deretter oppdaget han basalter som inneholder innfødt jern (type 2, siden det var inkludert i vulkanske bergarter), som beviste at det var jordisk opprinnelse.
Steenstrups funn ble deretter bekreftet av meteorittekspert John Lawrence Smith i 1879.
Strukturen til oktaedrisk jern meteoritt opprinnelse ble undersøkt av pétrografen tyske Emil Cohen (i) og publisert i sin bok Meteoritenkunde i 1894.
Når Ni og / eller Co-innholdet er rundt 6 til 7%, tillegger han kamacitt en kjemisk formel Fe 14 Niog taenitt Fe 6 Ni. Kamacitt og taenitt danner lameller arrangert langs de fire ansiktsparene til en vanlig oktaeder: det er parallelt med disse lamellene at separasjonsplanene oppstår, takket være de forskjellige oksyderte delene. Plessitten fyller alle tomrom som er igjen mellom dem ved lamellene. Widmanstättens figurer avslører lamellaseksjonen i platens plan, derav seksjonens rolle.
Tyskland
Canada
Storbritannia
forente stater
Frankrike
Grønland
Irland
Israel
Polen
Russland
Mye verdsatt av samlere, vi må ikke glemme at innfødt jern var og forblir et utmerket materiale for stålindustrien, men det er imidlertid altfor sjelden.