Jernsulfider

Ben Valsler

Alt der glimter er ikke guld,
det har du ofte hørt.
Brian Clegg viser en anden side,
til fjollernes guld – jernsulfid.

Brian Clegg

‘There’s gold in them thar hills!’ Eller er der? Som kælenavnet “narreguld” antyder, har pyritmineralformen jern II-disulfid mere end en flygtig lighed med det ædle metal. Med den enkle formel FeS2 kan forbindelsens kubiske struktur resultere i fremstilling af bemærkelsesværdigt effektivt udseende platoniske former, både i skarpt kantede terninger og dodekaedre, der ser ud som om de er fremstillet, selv om den naturlige dannelse oftere resulterer i en mindre klart afgrænset struktur.

I krystallerne af jerndisulfid kommer svovlatomerne parvis, hvor en af svovlets fire bindinger er knyttet til et andet svovlatom. Disse bindinger brydes under opvarmning for at danne jern II-sulfid – FeS – og svovl. Denne proces anvendes til fremstilling af svovldioxid, både til brug af gassen, f.eks. som blegemiddel til papir, og som det første trin i fremstillingen af svovlsyre. For nylig har forbindelsen, som er en halvleder, fundet anvendelse i lithium-jern-batterier, hvor katoden er lavet af jerndisulfid: disse batterier er spændingskompatible med traditionelle 1,5 volts celler, men holder betydeligt længere end de tilsvarende alkaliske batterier.

Måske var den tidligste anvendelse af jerndisulfid som et alternativ til flint til at slå gnister – deraf navnet pyrit – og blev ofte brugt på denne måde i tidlige pistoler. Det har også længe været anvendt til fremstilling af jernsulfat, der traditionelt er kendt som grøn vitriol. Jerndisulfid bruges stadig nogle gange på denne måde, men med mere sofistikerede mekanismer end den traditionelle fremgangsmåde, hvor man lod en bunke pyrit stå ude i regnen og opsamlede den væske, der dryppede fra den.

Når mineralet oxiderer, afgiver det en del varme, hvilket kan resultere i eksplosioner i kulminer med et højt svovlindhold. Denne tendens til at oxidere betyder dog ikke, at jern II-disulfid altid er låst inde. Poleret pyrit er blevet brugt i smykker siden oldtiden, og dens ret mørke krystaller (de har sjældent guldets glans) var særligt moderne mellem slutningen af 1700-tallet og begyndelsen af det tyvende århundrede.

Forvirrende nok kaldes smykker lavet af pyrit for marcasit-smykker – forvirrende, fordi der findes et alternativt jern II-disulfidmineral kaldet marcasit, hvor den kubiske struktur er strakt til det, der kaldes en orthorhombisk form. Denne form er mindre velegnet til fremstilling af ædelstene, da den er mere skør og sandsynligvis vil smuldre. Smykkets navn (ofte udtalt “marca-seet” i Storbritannien) stammer fra en tid, hvor alle former af mineralet var kendt som marcasit.

Hvorimod jern II disulfid er på ingen måde den eneste måde at kombinere jern og svovl på. Det langt mindre attraktivt udseende jern II-sulfid er et sort meleret stof med en struktur, der er oktaedrisk omkring jernet. Forbindelsen dannes ret ofte ved nedbrydning af organisk materiale, enten som sort slam i moser eller som den mørke misfarvning af en overkogt æggeblomme.

Dette er blot begyndelsen for subtile varianter af jernsulfid. Mineraler kendt som greigit, mackinawit og pyrrhotit har varianter af strukturen, mens det sorte pulver af jern III-sulfid – Fe2S3 – kun nogensinde er blevet kunstigt fremstillet. Greigit indgår i en gruppe af marine bakterier, der først blev opdaget i 1975, og som har den bemærkelsesværdige evne til at orientere sig efter jordens magnetfelt. Disse organismer, der kaldes “magnetotaktiske” bakterier, har krystaller i deres celler, der for det meste består af greigit, som er jernsulfid-ækvivalenten til det bedst kendte naturligt forekommende magnetiske materiale, jernoxiden magnetit.

Den måske mest interessante af de alternative strukturer er troilit, en anden form for jernsulfid med en sekskantet struktur. Selv om dette lejlighedsvis findes naturligt på Jorden, dukker det oftest op i meteoritter – specielt de relativt sjældne varianter, der stammer fra Månen og Mars, før de blev sprængt væk fra overfladen ved et nedslag fra rummet.

Navnet troilit blev givet til ære for den italienske præst Domenico Troili, der i 1766 foretog den første registrerede observation af en meteor, der resulterede i et objekt, der ramte jorden, i 1766. Troili troede, at meteorittens hovedmateriale var marcasit (sandsynligvis i betydningen pyrit), men næsten 100 år senere identificerede den tyske mineralog Gustav Rose meteorittens sammensætning som et andet jernsulfid og opkaldte den efter Troili.

Jernsulfid kan være irriterende. Det kan f.eks. ophobe sig i olie- og gasbrønde og sætte furer på slangerne. Andre steder har det imidlertid vist sit værd. Det er måske en simpel forbindelse af to enkle kemiske grundstoffer og som pyrit et bedragerisk falsk guld, men i sine varierede former viser det en mangfoldighed og tilpasningsevne, der gør dets brugere alt andet end tåber.

Ben Valsler

Det var Brian Clegg til forsvar for jernsulfid. I næste uge Mike Freemantle med petroleum og en ukonventionel form for krigsførelse.

Michael Freemantle

Omkring en måned efter det japanske angreb på Pearl Harbor i december 1941 fandt en amerikansk tandlæge på en plan om at ødelægge japanske byer ved at spænde små brandbomber fast på flagermus.

Ben Valsler

Find ud af, hvad der skete i Projekt røntgen næste gang. Indtil da kan du sende en e-mail til [email protected] eller tweete @chemistryworld, hvis du har ønsker om forbindelser, som vi bør medtage i podcasten. Jeg er Ben Valsler, tak fordi du kom med mig.