INTRODUKSJON TIL STOFFKJEMIEN.

Stoffkjemi oppfattes gjerne som oppramsing av reaksjoner eller pugging av egenskaper for diverse forbindelser. Utskjellingen til tross, stoffkjemi er viktig, det er alltid bruk for detaljkunnskap innen kjemi. Det som kalles intuisjon er ofte ikke annet enn en evne til å kombinere erfaring og detaljkunnskap. Kunnskap om hvordan det i visse tilfelle er, kan være en kilde til idéer om hvordan det i andre tilfeller kan være. Dessuten, det er et dilemma innen all undervisning som kan formuleres slik: Det er lettere å lære enkeltheter hvis man forstår sammenhengen. Men det er lettere å forstå sammenhengen hvis man vet om enkelthetene.

I dette skrivet har jeg prøvd å konsentrere meg om opplysninger som kan være interessante i seg selv. Jeg har unngått reaksjonsligninger, men prøvd å beskrive stoffkjemien som observasjoner, med noen kvalitative forklaringer og sammenhenger. Dels håper jeg å gi dere noe kunnskap om dagligkjemien. Dels håper jeg dere skal tilegne dere kunnskaper som kan fungere som knagger til å henge mer fundamentale opplysninger på. Når jeg senere skal forklare hvordan overgangsmetallforbindelser kan fungere som katalysatorer, da skal det ikke komme som noen overraskelse på dere at forbindelsene i det hele tatt kan virke som katalysatorer. Det skal dere ha blitt informert om på forhånd. Jeg håper også på å kunne vekke til live litte nysjerrighet.

Organiseringen av stoffkjemien i dette skrivet er litt uvant, og det har sin årsak i historien bak dette kompendiet. Faget det første skrivet ble laget for omhandlet bare overgangsmetallene. Derfor er overgangsmetallene omtalt i en egen del, og organisert på en annen måte. En del sammenfattende beskrivelser er plassert like foran avsnittet om overgangsmetallene. Avsnittet om forurensning, giftighet og biokjemisk betydning er skilt ut, men fordi det henviser mest til overgangsmetallene har det beholdt sin plassering. Alt i alt er organiseringen litt kaotisk, men for å si det rett ut, jeg synest den har sin sjarm. Og jeg tror den er litt effektiv hvis målet skal være å gi dere kunnskap og kanskje til og med skape litt interesse.

1.1. FORDELING AV GRUNNSTOFFER I JORDSKORPEN.

Innholdet av de ulike grunnstoffene i jordskorpen er hovedsaklig bestemt av to forhold: 1: Prosessene for dannelse og nedbrytelse av grunnstoffene. 2: Anrikingsprosesser.

Dannelse av grunnstoffene.

Hydrogen og helium, og sannsynligvis noe litium, ble dannet ved Big Bang, den kjempe-eksplosjonen som man mener startet dannelsen av universet. Fordelingen av de ulike grunnstoffene i universet kan måles nokså nøyaktig ved å studere den strålingen stjerner og andre himmel-legemer sender ut. Fysikerne har utviklet avanserte modeller for Big Bang, og utfra disse modellene har de beregnet hvor mye hydrogen, helium, deuterium (tungt hydrogen) og litium som skulle blitt dannet. De beregnede resultatene stemmer godt overens med målingene, men man klarer ikke å forklare dannelse av all den litium som finnes, selv om denne mengden er svært liten.

De øvrige grunnstoffene dannes ved kjernereaksjoner i stjernene, og spesielt i tunge stjerner som er på vei til å dø. Disse grunnstoffene blir så spredd ut i universet hvis stjernen eksploderer som en supernova. Ved en supernova-eksplosjon kan en stjerne øke sin lys-styrke over en million ganger, og lyse sterkere enn alle andre stjerner i hele vår galakse tilsammen. En supernova som eksploderer noen tusen lysår unna kan lyse så sterkt at den er synlig ved fullt dagslys. Det har vært spekulert på om "Betlehems-stjerna" var en supernova.

Stjernene får sin energi ved kjernereaksjoner i stjernens indre, ved fusjon. Fusjon, dvs. sammensmeltning av atomkjerner, krever svært høye trykk og temperaturer. På grunn av stjernenes store masse er gravitasjonen meget stor, og dette skaper et stort trykk og dermed meget høye temperaturer i stjernenes sentrum. Eks. regnes temperaturen i solas indre til 15 millioner grader Celsius (Dvs. 15.000.273,15 K).

Stjernene dannes ved at områder i skyer av støv og gass av ukjente grunner plutselig begynner å trekke seg sammen. Etter som tettheten blir større vil gravitasjonen gjøre at trykket og temperaturen begynner å stige. Når temperaturen og trykket har blitt høyt nok starter kjernereaksjonene, først og fremst omdannelse av hydrogen til helium. Varmeutviklingen fra denne prosessen vil presse gassene utover, og dette trykket hindrer at stjernen faller sammen til en liten supertung klump.

Men etter en lang tid (fra noen få millioner eller mindre til mange milliarder år) vil det meste av hydrogenet i stjernens kjerne være oppbrukt, og kjernereaksjonene vil gå langsommere. Som et resultat av dette vil stjernen synke litt sammen. Trykket i sentrum vil øke og temperaturen vil stige på grunn av trykkøkningen. Etterhvert blir trykket bli så stort at nye kjernereaksjoner kan skje, og heliumkjerner begynner å slå seg sammen til enda tyngre kjerner. De nye reaksjonene skaper ny energi, og gjør at stjerna fortsatt kan holde seg oppe. Men disse reaksjonene vil bare gi nok energi i noen få tusen år, og trykket og temperaturen i stjernens kjerne vil stadig stige og stige. Etterhvert begynner stadig nye reaksjoner, bl.a. med dannelse av C, O og Si. Siste utvei er å lage jern, for jern er den mest stabile og minst energirike av alle atomkjerner. Men nå er temperaturen meget høy, og denne siste reaksjonen går raskt unna, i løpet av dager er alt brennstoffet brukt opp. Etter dette er det ikke lenger mulig å holde kjernereaksjonene ved like. Trykket fra kjernereaksjonene forsvinner og stjerna faller sammen. Hvis stjerna er massiv nok (minst 3-4 ganger så tung som sola) vil den eksplodere som en supernova.

Ved eksplosjonen vil en stor del av stjernens masse bli slengt ut i verdensrommet, heriblant en stor del av de tyngre grunnstoffene. Skjønt det finnes foreløpig ikke atomer i vanlig forstand, temperaturen er så høy at kjernene ikke klarer å holde på elektronene.

Resten av supernovaen faller sammen til en nøytronstjerne. En nøytronstjerne kan sammenlignes med en kjempemessig atomkjerne med en diameter på noen titalls kilometer. En fyrstikkeske fylt med stoff fra en nøytronstjerne ville veie noen titalls millioner tonn. Strålingen fra en slik nøytronstjerne er enorm. Hvis en nøytronstjerne ble plassert der hvor sola er, ville radiobølgene være så sterke at alt liv på jorden ville bli momentant drept. Resten av strålingen ville være så kraftig at hele jorda ville ha kokt. Den sterke strålingen bidrar til å presse eksplosjons-skyen vekk fra eksplosjons-stedet og utover i Melkeveien.

Fig. 1. Bilde av Krabbetåken, rester av en supernova som eksploderte år 1054.

Fig. 2. Antatt struktur av en supernova like før den eksploderer.

I løpet av de anslagsvis 10-15 milliard år Melkeveien har eksistert har det skjedd et stort antall slike eksplosjoner, og sakte men sikkert har de grunnstoffene vi har i dag blitt dannet. Mange forskere mener at det meste av de tunge grunnstoffene i vårt solsystem er dannet fra en enkelt supernova-eksplosjon noen få lysår unna.

Figur 1 viser restene etter en supernova-eksplosjon, og Figur 2 en skisse av en supernova like før den eksploderer.

Fordelingen av grunnstoffene i universet følger visse hovedtrekk:

1: Hydrogen er det desidert vanligste av grunnstoffene, mens helium like klart er det nest vanligste. Denne fordelingen har sin årsak i Big Bang.

2: Litium, beryllium og bor er svært sjeldne, da ingen viktige kjerneprosesser danner disse grunnstoffene. Dessuten blir disse atomkjernene raskt brutt ned i stjernenes indre.

3: Det er generelt en fallende tendens utover i det periodiske system: Jo tyngre grunnstoffene er, jo sjeldnere er de.

4: Fordelingen av de ulike grunnstoffene følger et markert sikk-sakk-mønster hvor grunnstoffene med partallig atomnummer er vanligere enn de med oddetallig atomnummer.

5: Det er en del markante avvik fra de generelle trendene, særlig rundt jern. Dette skyldes spesielt stabile og ustabile konfigurasjoner i atomkjernene, bl.a. de såkalte magic numbers.

Fig. 3. Oversikt over fordelingen av grunnstoffene i universet.

Anrikningsprosessene i jordskorpen

Tabell 1, neste side viser at sammensetningen av jordskorpen ikke er så svært lik sammensetningen av universet. Derimot har solsystemet i sin helhet omtrent samme sammensetning som universet. Sammensetningen av jordskorpen må derfor også skyldes prosesser på jorden.

Hovedsaklig 3 prosesser har påvirket jordskorpens sammensetning:

1. Nærheten til sola samt intenst bombardement av asteroider tidlig i jordens levealder gjorde den meget varm. Dette har gjort at alle gassformige grunnstoffer har blitt drevet vekk. Derfor mangler jorda nesten fullstendig edelgasser, og nitrogeninnholdet er svært lite. Også hydrogen-innholdet er meget lavt sammenlignet med de store, kalde planetene Jupiter, Saturn, Neptun og Uranus.
   
   Det meste av jorden er smeltet, og jorden kan derfor sammenlignes med en metallurgisk smelteovn. I slike ovner synker metallet til bunns, og slagget flyter opp. Dette forklarer de to siste anrikningsprosessene:
2. Grunnstoffer som har en tendens til å opptre som gedigne metaller, spesielt tunge grunnstoffer, har sunket til jordens midte og dannet en stor flytende jern-metall-kjerne. Disse grunnstoffene finnes derfor i mindre mengder i jordskorpen enn i solsystemet som helhet. De tyngste grunnstoffene synker lettest, så jo tyngre grunnstoffet er, jo sjeldnere er det blitt.
3. Lette grunnstoffer, og grunnstoffer som lett danner oksider, har flytt opp og dannet slagget, eller jordskorpen

Tabellen er hentet fra Peter O'Neill "Environmental chemistry", George Allen & Unwin, London, 1985.

1.2. DE ENKELTE HOVEDGRUPPE-ELEMENTENES STOFFKJEMI.

Dette delen omhandler en generell karakterisering av de enkelte hovedgruppe-elementene. Hovedvekten er lagt på forhold som har allmenninteresse, slik som forekomst, framstilling, bruk, biologisk betydning, giftighet og forurensningsfare. I tillegg har jeg tatt med noen enkeltpunkter som jeg mener kjemikere bør vite om, ting som man kan regne med å finne i populærvitenskapelige tids-skrift, eller som har historisk interesse.

I hovedsak er grunnstoffene ordnet slik at de vanligste grunnstoffene kommer først, så kommer sjeldnere og sjeldnere grunnstoffer etterhvert. Elementer som er omtrent like vanlige og nært beslektet er plassert umiddelbart etter hverandre.

Innholdet er enda ikke fullstendig, og jeg vil være glad for alle kommentarer, korreksjoner samt hint om annen informasjon som bør være med.

Oksygen

Oksygen er det desidert vanligste grunnstoffet i jordskorpen med ca. 46-47%. Fra det oven-nevnte skulle man anta at oksygenet skulle være drevet vekk fra jorden av solvarmen, oksygen er jo en gass. Poenget er at nesten alt oksygenet er bundet i oksider av ulike slag. Nesten alle steiner er oksider.

Fri oksygengass som måtte finnes ved jordens dannelse, ville ha blitt drevet vekk av varmen. For inntil ca. 1 milliard år siden var atmosfæren fri for molekylært oksygen. Det nåværende oksygeninnholdet i atmosfæren skyldes ene og alene plantenes fotosyntese.

Oksygen finnes i naturen i tre former: Triplett oksygen, singlett oksygen og ozon. At et grunnstoff i ren form finnes i flere former kalles allotropi. De tre formene for oksygen er allotroper.

Triplett oksygen er den vanlige formen for oksygen: To oksygenatomer bundet sammen med en dobbeltbinding, og med to uparede elektroner.

Singlett oksygen er nesten det samme, men her er alle elektronene paret. Singlett oksygen er svært reaktiv, men har en viss levetid.

Ozon, eller O₃, består av tre oksygenatomer i en bøyd kjede. Ozon er også meget reaktivt, og svært giftig. Ozon og singlett oksygen dannes kontinuerlig som følge av ultrafiolett stråling, men dannes også ved naturlige og menneskeskapte kjemiske prosesser samt elektriske utladninger (lyn).

Oksygen er livsviktig for det meste av livet på jorden, men det finnes bakterier som ikke kan overleve i oksygen. Menneskene og de fleste dyrearter er avhengig av at tilførselen av oksygen er riktig. Synker oksygeninnholdet i lufta med 1-2% vil vi fort begynne å svette, og synker nivået ytterligere vil vi raskt bli svake og kraftløse, og konsentrasjonen og tenke-evnen blir dårlig. For mye oksygen er giftig. De fleste kan bringe seg selv til å besvime ved å hyperventilere, dvs. ved å puste for mye slik at oksygeninnholdet i blodet blir for høyt.

Oksygen er å regne som et farlig og reaktivt kjemikalium. De stoffene vi omgir oss med er stabile ved normale oksygen-konsentrasjoner. Stiger oksygentrykket vil en rekke forbindelser bli reaktive, endog eksplosive. Det har vært ulykker som følge av at oksygen har kommet i kontakt med fett og eksplodert.

Ved senere labarbeid vil dere kunne få bruk for kjølefeller, hvor gass fra en reaktor passerer gjennom et rør som er nedkjølt med flytende nitrogen (-196E C). Hvis luft passerer gjennom kjølefella, vil oksygen fryses ut som en væske, fordi oksygen har høyere kokepunkt enn nitrogen. Når væsken blir oppvarmet blir det frigjort en oksygenrik gass, og dette kan medføre eksplosjonsfare.

Mangel på oksygen i vann kan være en stor fare for miljøet. Nesten alle forråtnelsesprosesser forbruker oksygen, og hvis ikke nytt oksygen blir tilført blir vannet oksygenfritt. Oksygenmangelen vil føre til to problemer. Det ene er umiddelbart: organismer som er avhengige av oksygen vil dø. I tillegg vil organismer som ikke tåler oksygen blomstre opp. Mange av disse organismene vil utvikle farlige gifter, bla. kan hydrogensulfid dannes i slike tilfeller.

Den viktigste bruken av oksygenholdige kjemikalier er bruken av vann.

Silisium

Det gamle norske navnet på silisium er kisel, og silisiumdioksid ble kalt for kiselsyre.

Like klart som oksygen er det vanligste av grunnstoffene i jordskorpen, så er silisium det nest vanligste. Ca. 29% av jordskorpen er silisium. Nesten all stein vi finner er silikater. Kvarts er ideelt sett ren SiO₂. Feltspat, som er de desidert vanligste mineralene i naturen, er aluminosilikater. Leirmineralene er alle aluminosilikater. De mørke mineralene vi finner som svarte prikker i de fleste bergarter er jernholdige silikater. Nesten all vanlig stein i Norge inneholder over 90% silikater av ulike slag. De eneste viktige bergartene som ikke er silikater er karbonatbergartene, det vil si kalkstein, dolomitt og marmor.

De fleste silisium-forbindelser vil i naturen raskt omdannes til uløselige oksider og er derfor ikke noen fare for miljøet. Innpusting av kvarts-støv er farlig, for dette gir silikose, en farlig lungesykdom, men dette er et arbeidsmiljø-problem og ikke et miljøvernproblem.

Silisium inngår ikke i noen kjente biokjemiske prosesser. Derimot finnes det organismer, diatomeer, som bygger opp skjelett av silisium-dioksid. Bergarter som er laget av diatomeskall kalles kiselgur. Nobels patent på dynamitt var nitroglyserin sugd opp i kiselgur.

Det kan nevnes at mange smykkestener som ametyst, agat, tigerøye, sitrin, karneol, rosenkvarts, bergkrystall, jaspis, opal, onyx og mange andre i hovedsak består av silisiumdioksid. I tillegg er topaser, smaragder, granater, akvamariner, solsten, månesten, kattøye og svært mange andre smykkestener silikater. De eneste viktige smykkestener som ikke er silikater er diamant, safir, rubin og spinell. Smykkestener må være harde for å motstå slitasje, og silikatene, som har kovalente bindinger i et tredimensjonalt gitter, er svært ofte harde og slitesterke.

Den viktigste bruken av silisium i industrien er som silikater i stein, sand og oppmalt stein, og til sement, murstein, etc. Rent silisium har to viktige anvendelses-områder: I elektronikk-industrien og som råstoff for silikon.

Nesten all data-teknologi i dag baserer seg på bruk av silisium som halvleder. Derfor har det området i USA hvor det lages og utvikles flest datamaskiner fått navnet Silicon Valley. Beskrivelse av denne teknologien ligger utenfor faget.

Svært mye silisium går med til produksjon av silikoner, lange (-SiR₂-O-)_n -kjeder. Silikonene brukes både som plast og som olje, og utmerker seg ved langt høyere temperaturbestandighet og lavere reaktivitet sammenlignet med tilsvarende hydrokarbonkjeder.

Legg merke til at på engelsk heter silisium silicon, mens silikon heter silicone!

Elkem er i dag verdens største leverandør av metallisk silisium, og Norge er verdens viktigste produsentland av metallet. Rent silisium ser ut som et vanlig metall, men er langt sprøere.

Norge er også eksportør av ferrosilisium og silisiumkarbid. Begge disse forbindelsene framstilles direkte fra malmer og brukes hhv. som tilsats i jernlegeringer og som slipemiddel.

Silisiumkarbid og silisiumnitrid er to nye høyteknologikeramer med ekstrem varmebestandighet, men det er svært vanskelig å lage salgbare produkter av disse to keramene.

Aluminium

Det vil overraske mange at aluminium er jordskorpens tredje vanligste grunnstoff, og det vanligste metallet. Ca. 8% av jordskorpen er aluminium, og det aller, aller meste av dette er bundet som alumino-silikater. De viktigste av aluminosilikater er feltspatene. Feltspat ligner endel på kvarts, men er ikke så hardt og langt mindre glassaktig. Feltspatene er som regel langt mattere enn kvarts og er ofte lyst hudfarget eller rødlige. Bruddstykker har ofte plane flater og kan ha en perlemoraktig glans. Feltspat får aldri så skarpe kanter som kvarts når den knuser. Ren feltspat brukes til porselen, jo finere feltspat, jo finere porselen.

Navnet aluminium kommer fra alun, eller alum på engelsk. Alun er et kalium-aluminium-sulfat som blir dannet ved brenning av alunskifer, og ble tidligere bl.a. brukt til garving. Fra alun (alum) ble det utvinnet jordarten alumia (Al₂O₃ ), som nå kalles alumina. Det naturlige navnet på grunnstoffet burde dermed ha vært alumium eller aluminum. Den dag i dag er det uenighet om hva grunnstoffet skal hete. Amerikanerne kaller metallet for aluminum, med trykk på andre stavelse.

Naturlige aluminiumforbindelser er uløselige i vann, metallionene vil felles raskt som oksid. Derfor skulle aluminium ikke ha noen biologisk betydning, eller representere noen forurensningsfare.

Løseligheten blir imidlertid høyere hvis vannet blir tilstrekkelig surt, eks. som følge av sur nedbør. Fordi jordskorpen inneholder så mye aluminium vil noe aluminium raskt vaskes ut i sure vassdrag. Det antas at det er den økte aluminium-konsentrasjonen, og ikke surheten i seg selv, som er årsaken til fiskedøden i mange norske elver.

Direkte utslipp av aluminium eller aluminiumforbindelser har normalt ingen kjemisk miljøeffekt.

I den siste tiden har aluminium i drikkevann blitt beskyldt for å være årsak til Alzheimers syndrom, eller senil demens. De fleste forskerne er nå enig om at aluminium kan ødelegge hjerneceller og framkalle sykdommen. Men man vet ikke om sykdommen utløses av for høyt aluminiuminnhold i blodet eller om kroppens forsvarsmekanisme mot aluminium er blitt ødelagt av en annen årsak.

Det er kjent noen få tilfeller hvor pasienter koblet til dialysemaskiner har fått et meget høyt innhold av aluminium direkte i blodet, og disse pasientene utviklet meget raskt Alzheimers syndrom. Det er uklart om små doser over lengre tid kan ha en lignende virkning.

Bruken av aluminium som metall er velkjent. De fleste vet at aluminium er et lettmetall, men litt mindre kjent er det at aluminium er en meget god elektrisk leder. Derfor er alle kraftledninger (i alle fall i Norge) laget av aluminium. Forbruket av aluminium i verden er i størrelsesorden likt forbruket av jern og stål.

Aluminium er vanskelig å fremstille av tre grunner: Det er meget uedelt, metallet har et høyt smeltepunkt og det er meget få gode løsemiddel for råvaren, aluminiumoksidet. Det var ikke før Hall og Herault hver for seg i 1886 fant at alumina kunne løses i kryolitt at det ble økonomisk mulig å utvinne aluminium. Inntil da hadde aluminium vært i samme prisklasse som gull. Klassisk er historien om den franske keiseren som spiste av aluminiumstallerken, men gjestene måtte nøye seg med gulltallerkener.

Aluminium blir fremstilt ved elektrolyse av noen få prosent alumina løst i en kryolitt-smelte. Kryolittsmelten er en blanding av kryolitt (Na₃AlF₆) og NaAlF₄ ved ca. 960EC.

Til elektrolysen brukes en inert karbon-katode, og en karbon-anode som reduseres til karbondioksid og forbrukes. Bruken av karbon som anode gjør at elektrode-spenningen og energiforbruk kan reduseres, men til gjengjeld forbrukes mye karbon.

Tidligere var aluminiumsindustrien en notorisk forurenser med store utslipp av fluorider til luft. Dette er nå kraftig redusert, alle norske verk renser nå mer enn 98% av fluoridene vekk fra avgassen. Rensingen skjer ved at avgassen passerer gjennom et lag av den aluminaen som senere skal inn i smelteovnene. Fluoridene absorberes og blir med tilbake til ovnen. Fordi fluorid er dyrt er denne rensingen lønnsom for industrien. Kostnadene ved rensingene spares raskt inn fordi man samtidig reduserer forbruket av kostbare fluorider.

Jern er det fjerde vanligste grunnstoffet, og omtalt sammen med de andre overgangsmetallene.

Kalsium

Ca. 3,5 til 4% av jordskorpen er kalsium. Kalsium finnes i enorme mengder bundet som karbonat i bergarter som kalkstein og marmor. Mye kalsium finnes også i feltspat. Et tegn på at en bergart inneholder kalk er skarpt grønne eller gulgrønne flekker eller bånd av mineralet epidot som dannes ved omsmelting av kalkholdige bergarter.

Kalsium danner løselige salter, og er derfor biologisk lett tilgjengelig. Kroppen bruker mye kalsium i bensubstans, men kalsium inngår også i mange biokjemiske prosesser. Kalsium-mangel kan gi benskjørhet, men det blir aldri så lite kalk i kroppen at det påvirker stoffskiftet.

Fordi kalsium er så vanlig, og fordi løseligheten er begrenset i nærheten av CO₂-holdig luft, kan ikke kalsium regnes som noen miljøgift.

Nesten all bruk av kalsium er som kalk (karbonat, CaCO₃ ), eller som brent kalk (CaO). Kalk brukes i store mengder i jordbruk til å motvirke surhet. Kalking av vassdrag motvirker sur nedbør, og kalk bidrar i tillegg til å binde tungmetaller.

Kalk brukes i sement av alle slag, som bygnings-stein (marmor) og som slaggdanner i en rekke metallurgiske smelteprosesser.

Kalk løses i overskudd CO₂-gass, etter reaksjonen:

CaCO₃ + H₂O + CO₂6 Ca(HCO₃)₂

Oppløsning av kalkberg har skapt mange dype grotter, ofte med vakre dryppsteiner der kalken felles ut igjen. Også andre syrer vil løse opp kalk, slik at gamle bygninger og monumenter i marmor forvitrer raskere der det er mye sur nedbør.

Magnesium

Magnesium har så mye til felles med kalsium at det omtales her selv om magnesium er sjeldnere enn natrium og kalium. Ca 2% av jordskorpen består av magnesium.

Som kalsium finnes magnesium mye som karbonat; noe som magnesitt: MgCO₃, langt mer som dolomitt: CaMg(CO₃)₂. De berømte fjellene Dolomittene i Nord-Italia består i stor grad av dolomitt-marmor.

Store mengder magnesium finnes i såkalte ultramafiske bergarter, bl.a. olivin og serpentin. Disse bergartene finnes ofte som typiske "Raudeberg", store rødbrune knoller som stikker opp av terrenget. Slike raudeberg er spesiel vanlige på Sunnmøre og langs Helgelandskysten. Det finnes store mengder magnesium i mantelen, det halvsmeltede laget under jordskorpen. De ultramafiske dypbergartene antas å stamme herfra eller fra den underste delen av jordskorpen.

Den store forekomsten av magnesium i tunge dypbergarter har sannsynligvis sammenheng med at Mg²⁺ har omtrent samme ioneradius som Fe²⁺ og de to grunnstoffene følges derfor ad. De mørke jernholdige mineralene i vanlige bergarter inneholder også en del magnesium.

Magnesiumioner er løselige, og finnes i så store mengder i sjøvann at magnesium utvinnes fra sjøvann.

Magnesium er et viktig sporstoff, spesielt for planter, og inngår bl.a. i klorofyll. Derfor brukes dolomitt i kunst-gjødsel.

I tillegg brukes dolomittmarmor som vanlig marmor i bygnings-stein.

Magnesium metall er lettere og sterkere, men dyrere enn aluminium. Pulverisert magnesium er ekstremt brennbart. Tidligere ble magnesiumflamme brukt som blits ved fotografering.

Natrium

Natriumklorid får havet til å smake salt. I tillegg finnes natrium i store mengder i bergarter, særlig i feltspat, og det finnes store forekomster av stensalt fra tidligere havinndampninger. Totalt inneholder jordskorpen ca. 2,8% natrium.

Alt salt i havet er kommet fra forvitring av stein og fjell. Ved forvitring av natriumholdige mineraler vil alltid noe natrium bli frigjort. Er natriumioner først blitt utløst, finnes det ingen naturlig prosess ved vanlig overflatetemperatur som kan omdanne natriumionene til uløselige forbindelser. Natrium-innholdet i havet er derfor en uavvendelig konsekvens av natriums kjemi.

Natriums viktigste betydning i kroppen er i signaloverføringer, hvor natrium vekselvirker med kalium for overføring av signaler langs nervebanene.

Overskudd natrium vil bli skilt ut av kroppen, natrium er ett av de få metallionene som kroppen har en virkelig god reguleringsmekanisme for. For mye salt over lengre tid er skadelig for nyrene. Skib-brudne som har prøvd å overleve ved å drikke sjøvann har etter kort tid mistet vettet og dødd.

Når natrium er så vanlig skulle man tro at det ikke hadde noen betydning som miljøforurensning. Den rene giftvirkningen av natrium er neglisjerbar, men blir konsentrasjonen for stor vil det osmotiske trykket suge vann ut av planter og dyr. Vanning med grunnvann som inneholder for mye salt vil etter kort tid omdanne jordbruksområder til ørken.

Natrium har ikke så stor anvendelse i seg selv, men mye brukes som motion i salter i kjemien og farmasien. En del metallisk natrium brukes også ved demonstrasjonsforsøk ved skoler og universiteter. Metallisk natrium er et meget godt tørkemiddel for en rekke organiske løsemidler.

Natrium brukes noe i legeringer, og smeltet natrium, evt. i legering med andre metaller, brukes i noen kjerne-kraftverk som varmetransportør.

Vanlige handelsvarer som inneholder natrium er bordsalt (NaCl), bakepulver (NaHCO₃), kaustisk soda (NaOH), krystallsoda (Na₂CO₃), borax (Na₂B₄O₇) og fiksersalt for foto (Na₂S₂O₃), flere av disse har krystallvann.

Kalium

Kalium er bare litt sjeldnere enn natrium, ca. 2.5%, men konsentrasjonen i sjøvann er vesentlig mindre. Kalium er litt fastere bundet i mineralene, og vaskes derfor ikke så lett ut som natrium.

Alt liv er avhengig av kalium, og som natrium inngår kalium i signaloverføringen i nervene.

Som for natrium utvinnes kalium hovedsaklig fra store underjordiske saltleier og fra inndampning av sjøvann. Bruken av kalium er begrenset, bortsett fra at det inngår i fullgjødsel.

Kalium er enda mer reaktivt enn natrium overfor vann. Nest etter litium er kalium det letteste av alle metaller.

Titan

utgjør ca 0,5% av jordskorpen, og omtales under overgangsmetallene.

Hydrogen

Hydrogen utgjør drøye 0,1 % av jordskorpens vekt, hvorav mye finnes i havet. Det finnes også mye hydrogen bundet i bergarter. Den viktigste kilde for industriell utvinnelse av hydrogengass er likevel hydrokarboner fra olje og gass.

Vannets betydning for livet er kjent, på landjorda er vanntilgangen den faktor som mest begrenser livets utbredelse.

For nærmere beskrivelse av hydrogen henvises til læreboka.

Fosfor

Fosfor utgjør litt over 0,1% av jordskorpen. Fosfor finnes hovedsaklig som fosfat, særlig i apatitt (Ca₅(PO₄)₃F), men inngår også i en lang rekke andre mineraler. Store sedimentære avleiringer av fosfater gir gode fosfatgruver.

Den største bruken av fosfor er i landbruket, men mye brukes også i vaskemidler og matvarer. Bl.a. brukes fosfat i kjøttvarer for å øke vanninholdet, og dermed øke vekten på varen. Dette er årsaken til at rimelig kjøttdeig ofte minker betraktelig i volum ved steking.

Løselig fosfat framstilles fra naturlige fosfater ved hjelp av reaksjon med svovelsyre. Ved gjødsling er det viktig at fosfat er så løselig at det er biologisk tilgjengelig, men ikke så løselig at det vaskes ut. Utvaskingen fører dels til at verdifull gjødning forsvinner, dels at mye fosfat kommer ut i vassdrag og fjorder. Fosforutslipp kan gi overgjødsling med derpå følgende algeoppblomstring eller gjengroing av vann og vassdrag.

Andre kilder til fosforforurensning er fosfat fra vaskemidler, kloakkutslipp, samt lokale utslipp fra industri.

Fosfor i form av fosfater har meget liten giftvirkning, men hvitt fosfor er meget farlig. Det er kjent at arbeidere ved tidligere fyrstikkfabrikker kunne få store skader fordi elementært fosfor ved uheldige omstendigheter kan føre til at bensubstans løser seg opp.

Organiske fosfor-forbindelser er ofte meget giftige, og brukes i insektmidler, soppmidler, ugressmidler og i krigsgasser.

I kroppen brukes fosfor i en lang rekke prosesser, bl.a. i all energiomsetning (ADP/ATP). Fosfater inngår i DNA og RNA som er bærere av arveanleggene. I tillegg inngår fosfater i bein og emalje.

Mangan, se overgangsmetallene.

Mangan er det 12. grunnstoffet målt etter forekomst, og det siste som utgjør så mye som en promille av jordskorpen. For de øvrige grunnstoffene vil jeg oppgi mengden i ppm, eller parts per million, milliondeler. Antall ppm tilsvarer hvor mange gram det finnes av grunnstoffet i et tonn av "gjennomsnittlig stein".

Svovel

Svovel utgjør ca. 500 ppm av jordskorpen. Viktigste svovelmineral er svovelkis, FeS₂ , det aller meste av svovelet i jordskorpen er bundet i sulfider. Industrielt utvinnes svovel fra svovelkis og fra naturlig svovel.

Den altdominerende bruk av svovel er i produksjon av svovelsyre. Det meste av svovelsyren brukes til løsning av fosfatmalmer for fremstilling av kunstgjødsel.

Svovel frigjøres fra svovelkis ved oppvarming og røsting, dvs. oppvarming under oksygen. Svovelet omdannes til svoveldioksid, oksideres videre til svoveltrioksid før det løses opp i vann. Svoveltrioksid løses langsomt i rent vann, derfor absorberes gassen industrielt i "rykende svovelsyre", som er konsentrert svovelsyre med overskudd SO₃.

Rent svovel er giftig i seg selv. Hydrogensulfid, og andre løselige sulfider er meget giftige og meget illeluktende. Sulfider kan dannes av mikroorganismer i vann som mangler oksygen, og sulfidrikt vann vil være giftig for nesten alt liv.

I kontakt med luft vil alt svovel etterhvert omdannes til sulfater, og disse har ingen giftighet i seg selv. Men høye konsentrasjoner av sulfater gir surt miljø, som kan skape store miljøproblemer.

Det meste av svovelforurensningene kommer fra kull- og oljefyring. Kull og olje kan inneholde opptil et par prosent svovel som frigjøres ved forbrenning og gir opphav til sur nedbør.

Lokalt kan det bli stor svovelforurensning fra kisgruver. Luft og bakterier vil omdanne sulfidmalmen til sulfat, med påfølgende forsurning av elver og utslipp av tungmetaller fra malm-mineralene. Elementart svovel og kalksvovel (ca. CaS₅) brukes som soppsmidler.

Svovel er essensielt for alt liv, og inngår i en lang rekke proteiner og enzymer.

Karbon

Karbon utgjør ca. 300 ppm av jordskorpen, hovedsaklig bundet som karbonat i kalkstein og som kull. Den industrielt viktigste forekomst av karbonforbindelser er likevel oljen.

Bruken av kull som brensel og reduksjonsmiddel i metallurgien er velkjent. Karbon-kjemikalier omfatter alle organiske forbindelser, inkludert gass, olje og plast, og vil ikke bli omtalt her.

Karbon har ingen giftighet, og er ingen miljøforurensning i seg selv. Men forbrenning og annen bruk av karbon og karbonforbindelser medfører ofte utslipp av andre forurensninger, bl.a. svovel og tungmetaller, røyk og karbondioksid.

De siste tiår har karbondioksids virkning som drivhusgass fått stor oppmerksomhet. Enda vet vi lite om hvor stor effekten av CO₂ -utslippet vil bli, men det er enighet om at økt karbondioksidinnhold i atmosfæren vil få jordens middeltemperatur til å stige. Det antas at temperaturen på jorden hittil har steget ca. 0,5EC som følge av CO₂ -utslipp. På Vestlandet og et par andre steder på jorden har man derimot fått en reduksjon i middeltemperaturen på grunn av øket nedbør.

Også andre gasser enn karbondioksid kan ha stor virkning på den globale temperaturen. Forbindelser som metan og klor-fluor-karboner (KFK) finnes i langt lavere konsentrasjoner men er mer effektive klimagasser. Forøvrig: Den viktigste av alle klimagasser er vanndamp. Uten vanndamp i atmosfæren ville jordens middeltemperatur vært langt under frysepunktet.

Klor

Klor er det mest utskjelte grunnstoffet for tiden. Jordskorpen består av ca. 300 ppm klor. En stor del av dette finnes som salter, i sjøvann og i saltleier, men en del klor finnes også i vanlig stein.

Klor utvinnes ved elektrolyse av kloridsmelter. Gamle prosesser av denne typen er vurdert som svært miljøfarlige av to grunner: Klor dannes ved en karbonelektrode, og reaksjoner mellom klor og karbon kan gi farlige miljøgifter, bl.a. dioksin. Ved elektrolyse av natriumklorid ble natrium ofte løst opp som amalgam i kvikksølv, med derpå følgende fare for kvikksølvforurensning.

De viktigste bruksområder for klor er som klorid og som elementær klorgass.

Klorgass brukes i hovedsak til bleking og til fremstilling av industrikjemikalier. Klorbleking av papir har de siste årene blitt fokusert som en kilde til utslipp av miljøgifter. Bleking med klor blir nå i stadig større grad erstattet av bleking med kloroksid eller oksygen (ozon). Mye klor blir også brukt i petrokjemien, først og fremt for fremstilling av vinylklorid for PVC-plast.

De viktigste bruksområder for kloridsalter bør være velkjente.

Klorgass er meget giftig, men vil brytes raskt ned i naturen. Klorider er normalt ikke farlige, unntatt i meget høye konsentrasjoner. Hydrogenklorid, saltsyregass, er etsende, og store enkeltutslipp av kloridgass fra vulkaner har medført store skader på plante og dyreliv.

Klorholdige organiske forbindelser er miljøfremmede. Slike forbindelser er ofte giftige og brytes langsomt ned. Mest kjent er DDT som er et særdeles effektivt sprøytemiddel mot skadeinsekter. DDT og andre klorholdige forbindelser anrikes i næringskjedene, og kan derfor nå faretruende høye konsentrasjoner også langt utenfor det området hvor sprøytingen ble foretatt. Men det er verdt å merke seg at DDT er nokså ufarlig for pattedyr, de fleste mennesker vil tåle minst 10 g DDT. Men DDT ødelegger fugle-eggenes skall, og spesielt rovfugler blir skadelidene.

Klorerte organiske forbindelser er akutt giftige i store konsentrasjoner. Mange av forbindelsene mistenkes for å forårsake kreft, allergi og andre snikende sykdommer. Miljøorganisasjonene ønsker derfor å stoppe alle kjemiske prosesser som innebærer bruk av fritt klor.

Rubidium

Ca. 300 ppm av jordskorpen er rubidium. Likevel er grunnstoffet lite kjent blant de fleste kjemikere. Årsaken er at grunnstoffet er kjemisk meget likt kalium. I naturen forekommer rubidium stort sett bare sammen med kalium som er ca. 100 ganger vanligere.

Rubidium kan verken tillegges noen biologisk betydning, giftighet eller forurensningsfare.

Fluor

Jordskorpen har ca. 300 ppm fluor. Viktigste fluormineral er CaF₂ , fluoritt eller fluss-spat, men det meste av fluor finnes som spor i vanlige bergartsdannende mineraler. Fluoritt finnes i Norge ofte som lillafargede flekker og sprekkfyllinger i alle slags bergarter. CaF₂ i ren tilstand er normalt hvit/fargeløs, men defekter i krystallstrukturen gir ofte sterke farger, vanligvis lilla, i sjeldnere tilfeller grønn, gul eller rosa.

Viktigste bruk av fluor er som flussmiddel, dvs. middel til å gjøre malm lettsmeltelig. Desidert viktigst i så måte er bruken av kryolitt i aluminiumindustrien. Tidligere ble kryolittsmeltene for aluminiumframstilling laget av naturlig kryolitt fra Ivigtut på Grønland. Forekomsten på Ivigtut er nå tømt, og det finnes ingen annen forekomst i verden, så nå lages kryolitt kunstig fra fluorider og aluminiumoksid.

Teflon, polytetrafluoretylen, er den mest kjente fluorholdige plast. Teflon består av lange karbonkjeder, hvor hvert karbon er bundet til to fluor. Tefloner og lignende polymere utmerker seg med høy varmebestandighet (enkelte kan brukes over 300EC, men normalt bør man unngå temperaturer over 250E C) og meget glatt overflate. Disse egenskapene gjør at teflon egner seg som belegg i stekepanner. Videre er teflon bestandig mot de fleste kjemikalier, og brukes derfor mye i kjemisk apparatur. Men vær oppmerksom på at ved høye temperaturer kan teflon dekomponere og danne gassformige forbindelser som er meget giftige.

Kortkjedede fluorinerte hydrokarboner brukes nå mer og mer som erstatning for KFK-gasser som kjølemedium og som drivgass i spraybokser. Selv om disse nye forbindelsene også er skadelig for ozon-laget, så er de bare 2-10% så farlige som KFK-gassene.

Fluor brukes mye i kjerne-kraftindustrien for å anrike uran. I tillegg brukes mye fluss-syre (HF) til etsing av glass, særlig for å lage matte lyspærer.

Fluor er et essensielt grunnstoff, og inngår blant annet i tannemalje. Mangel på fluor i kosten gir mangelfull vekst hos forsøksdyr. Normalt er fluorinnholdet i drikkevann stort nok til å sikre de biokjemiske prosessene. Fluor i drikkevann og tannpasta styrker tannemaljen og motvirker tannråte.

For mye fluor i drikkevannet (over 2 ppm) kan skade tannemaljen, spesielt hos små barn. Tidligere fluoridutslipp fra aluminiumverk har skadet plante og dyreliv i lokalmiljøet. Fluss-syre er en sterkt etsende og meget giftig syre, og direkte hudkontakt med HF må unngås, da det gir smertefulle hevelser. Fluoridioner forgifter bl.a. ved å blokkere Mg-baserte enzymer. Av den grunn brukes NaF og kryolitt som insektmiddel.

Strontium og barium

Strontium og Barium utgjør hhv. 300 og 250 ppm av jordskorpen. Begge grunnstoffene finnes hovedsaklig som forurensning i kalsium-mineraler. Viktigste malmer er sulfatene Celestin (strontium) og Barytt eller tungspat (barium).

Kjemisk er strontium og barium meget lik kalsium, og inngår i de samme reaksjoner som denne.

Den viktigste bruk av barium er bariumsulfat som boreslam i oljebrønner. Bariumsulfatsuspensjoner har høy tetthet, slik at man kan motstå høyere gasstrykk fra oljebrønnen. Ellers brukes barium og strontium til en lang rekke spesialformål, men den totale bruken, særlig av strontium, er beskjeden.

Barium og strontium har ingen kjent biokjemisk betydning, men barium er giftig. Av den grunn har barium blitt brukt mye i rottegift. Det kan dermed virke skremmende at barium brukes som kontrastmiddel, blant annet ved røntgenfotografering av tarmer. Poenget er at barium da brukes som bariumsulfat som er uløselig og følgelig ufarlig. Barium-forbindelser mistenkes for å kunne utløse kreft.

Litium

Det er ca. 65 ppm litium i jordskorpen. Litium har mye til felles med de andre alkalimetaller, men den langt lavere løseligheten av ionene gjør at litiummineraler er relativt vanlige. Det meste litium kommer fra pegmatitter, grovkornede bergarter der mineraler av sjeldne grunnstoffer kan skilles fra hverandre. (Jfr. omtalen av scandium, sjeldne jordarter og thorium.) De viktigste litiummineraler er lepidolitt, som er en vakker rosa eller grønnlig glimmer, og spodumen, et feltspataktig mineral som også kan finnes som smykkesten.

Litium har den høyeste spesifikke varmekapasitet av alle grunnstoffer, og er derfor brukt for varmetransport, bl.a. i kjernereaktorer. Ellers brukes litium i en lang rekke småanvendelser. Likheten med kalium og natrium, og en langt høyere pris, gjør at bruken av litium er begrenset.

Litium har ingen kjent biologisk betydning, men litiumsalter er kjent for å virke beroligende. Litium er lite giftig, og moderate mengder litium kan motvirkes med inntak av rikelige mengder natrium. Grunnstoffet utgjør av de samme grunner ingen potensiell forurensningsfare.

Nitrogen

Selv om nitrogen utgjør hele 78% av atmosfæren, er det et sjeldent grunnstoff i jordskorpen. Det meste finnes som nitrat-ioner, som lett løses ut når fjell og stein forvitrer. I vann vil nitrater med tiden bli brutt ned til nitrogengass. I jordskorpen er det bare ca. 50 ppm nitrogen.

Nitrogen ble første gang oppdaget så tidlig som i 1772 på grunn av studier med "deflogistrert" luft. Flogiston var et "prinsipp" i alt brennbart materiale som fikk det til å sende ut lys. Når flogistonen var brukt opp kunne det ikke brenne mer. Hvis man bare hadde en begrenset mengde luft tilstede ville oksygenet brukes opp og flammen slukke. Dette ble tolket som at luften var "deflogistrert", men den deflogistrerte luften var altså nitrogen.

Nitrogen utvinnes fra luften, tidligere ved reaksjon med oksygen i en lysbue, nå ved direkte reaksjon med hydrogen over en katalysator. Tidligere kom alt nitrat fra chile-salpeter, fra store opp-samlinger av fugle-ekskrementer.

Den desidert viktigste bruk av nitrogen er i gjødsel i landbruket. Avrenning fra landbruket gir overgjødsling av vassdrag. Hittil har overgjødslingen vært motvirket ved å holde fosforinnholdet i vassdragene så lavt som mulig, men dette ser ikke ut til å være nok. Det arbeides derfor med å utvikle gode og rimelige metoder for å fjerne nitrogen fra avløpsvann.

Fordi nitrogen ikke kan fjernes ved felling, vil man måtte regne med at fjerning av nitrogen fra vann også i framtiden vil være relativt kostbart. Alternativet er å redusere utslippene.

Bruksområdet for nitrogenforbindelser er meget stort. Viktige nitrogenkjemikalier inkluderer de fleste sprengstoff, cyanider, ammoniakk, salpetersyre, nitrater og ammoniumsalter. Mye nitrogen-gass brukes som inert gass, både industrielt og i laboratorier.

Nitrogen inngår i alle aminosyrer, og er følgelig ett av makronæringstoffene. Ved nedbrytning av proteiner dannes ammoniakk som er et giftig kjemikalium. Pattedyr fjerner dette ved å omdanne ammoniakk til urinstoff, mens andre dyregrupper har løst problemet på annen måte.

Nitrogen inngår i mange giftige og farlige kjemikalier. Mest kjent er den stinkende og giftige ammoniakk, og den nær luktfri og smakløse HCN, blåsyregass. Visse nitrogenholdige fargestoff regnes blant de farligste kreftfremkallende kjemikalier som er laget. Nitritt i kjøtt kan medføre dannelse av nitrosaminer, som er potensielt kreftfarlige. Steking av kjøtt vil omdanne proteiner og sukker til steke-karcinogener. Disse stoffene er nok de som har ansvar for flest krefttilfeller i Norge, bortsett fra røyking.

Utslipp av nitrogensalter kan føre til overgjødsling og algevekst. Nitrogenoksider, blant annet fra bileksos, bidrar til sur nedbør og er miljøgifter i seg selv. Nitrogenoksidene kan lett skifte oksidasjonstall, og kan derfor katalysere uønskede reaksjoner, bl.a. nedbrytning av ozonlaget i stratosfæren. I tillegg inngår nitrøse gasser i de kompliserte kjemiske prosessene som danner fotokjemisk smog.

Tinn

Tinn er ca. halvparten så vanlig som kobber, ca. 40 ppm av jordskorpen er tinn. Men tinn finnes bare sjeldent som driv-verdige malmer. Derfor var det atskillig vanskeligere å skaffe tinn enn kobber til bronse i bronsealderen. Eneste viktige tinnmineral er tinnsten SnO₂. Tinnsten er bare registrert som småfunn noen få steder i Norge, mens vi har flere store driv-verdige kobbermalm-forekomster.

Tinn metall utmerker seg med å ha et meget stort smelteområde, fra 232EC til 2270E C. Dette utnyttes blant annet ved produksjon av vindusglass. Glassmassen helles over et tinnbad, og stivner mot tinnets plane væskeflate. Denne prosessen er mulig fordi tinnet har så høyt kokepunkt at damptrykket over smelten er omtrent lik null.

Annen viktig bruk av tinn metall er i loddetinn og hermetikk, samt til fortinning og til pyntegjenstander.

Men det største forbruket av tinn går med til å lage organiske tinnforbindelser som er viktige tilsetningsstoffer i plast, spesielt PVC.

Tinnforbindelser og tinndamp har liten giftighet. Unntak er metallorganiske tinn-forbindelser som kan være meget giftige. Slike forbindelser har vært brukt som sprøytemiddel. Tinn har ingen sikker biokjemisk betydning, men tinn-forbindelser inngår i tannemalje. Mangel på tinn gjør soldater lite standhaftige.

Bly

Bly er et relativt sjeldent grunnstoff, ca. 15 ppm av jordskorpen er bly. Bly finnes lett tilgjengelig i malmen blyglans, PbS. Blyglansmalm er lett kjennelig fordi den har kubiske krystaller med meget god spaltbarhet. I bruddstykker ser derfor blymalm ut som en blygrå overflate med et markant trappetrinnsmønster. Blymalm inneholder ofte driv-verdige mengder av sølv. Mange små blygruver, blant annet på Hitra, ble tidligere drevet på grunn av sølvinnholdet.

De viktigste bruksområder for bly er knyttet til bilindustrien; produksjon av bilbatterier og fremstilling av tetraetylbly som tilsats stoff i bensin.

Blyforbindelsen tetraetylbly tilsettes til bensin for å hindre fortenning i bilmotorer. På grunn av derav følgende forurensning er det nå satt strenge grenser for hvor mye bly det kan være i bensinen, og blyholdig bensin blir belagt med ekstra avgifter. I tillegg vil bly ødelegge bilkatalysatorer.

Det er en vanlig misforståelse at blyet gjør bensinen sterkere. Faktisk er det omvendt. Hvis bilen klarer seg uten bly vil blytilsatsen svekke motorytelsen og øke drivstoff-forbruket. Derimot er det mulig å øke kompresjonen i bilmotoren hvis man bruker blybensin, og dette kan øke motorstyrken. Men å fylle blybensin på en bil som ikke trenger bly har ikke større effekt enn å male farts-striper.

Blykrystall er glass som inneholder over 40% blyoksid. Glasset utmerker seg med tyngde, briljans og klarhet, og er mye brukt i finere glassgjenstander. Det er ingen fare for utløsning av bly fra krystallglass.

Tidligere ble blyforbindelser brukt som fargestoff bl.a. til keramikk, men det har man gått bort fra på grunn av faren for blyforgiftning.

Mye bly brukes også til beskyttelse mot radioaktiv stråling og røntgenstråling.

Bly er en farlig miljøgift, fordi det anrikes i næringskjedene. Bly er svært giftig for planter. Hos pattedyr skader bly sentralnervesystemet, men det krever en del bly før skaden blir merkbar. Derfor er det først i moderne tid at man har innsett blys giftighet. Tidligere kunne man finne på å bruke blyacetat (blysukker) som søtningsmiddel, og romerne brukte vannrør og drikkebegre av bly. Bly har ingen biologisk betydning.

Gallium og germanium

Gallium og germanium ble begge forutsagt av Mendelejev da han formulerte sitt periodiske system, og begge ble oppdaget kort tid etterpå. Gallium og germanium utgjør hhv 15 og 7 ppm av jordskorpen, og er vanskelig tilgjengelige da det ikke finnes gode gallium- og germanium-malmer. Begge grunnstoffene utvinnes som sporstoff fra sinkmalmer og fra kull.

Gallium smelter ved 30EC, og koker først ved 2403E C, og har det største smelteområde av alle grunnstoffer. Gallium utvider seg ca. 3% ved størkning. Metallet kan derfor ikke oppbevares i glass eller metallbeholdere hvis det er fare for at temperaturen tidvis kan overstige 30EC.

Gallium er et spennende grunnstoff innen mikroelektronikk. Galliumarsenid er lenge forutsagt å ville erstatte silisium i databrikker innen få år, men selv om gevinstmulighetene er store så er det ennå for mange vansker å overvinne. Nå brukes gallium mest for å dope silisium i halvlederenheter.

Germanium brukes bl.a. i transistorer og i meget følsomme detektorer for infrarød stråling.

Gallium og germanium har ingen biologisk betydning (ikke engang i gallen). Giftigheten av gallium antas å være lav, men foreløpig vet man for lite til å være sikker. Germanium er ufarlig for høyere dyr men giftig overfor visse bakterier, og er derfor interessant til sykdomsbekjempelse.

Molybden og thorium.

Cesium

Cesium er et relativt sjeldent grunnstoff som utgjør ca. 7 ppm av jordskorpen. Kjemisk er cesium svært likt rubidium, og følgelig også kalium. Fordi det er en stor, rik forekomst av cesiummalm i USA, er cesium billigere enn det langt vanligere rubidium. To av de viktigste radioaktive isotopene i nedfallet etter Tsjernobylulykken var ¹³⁴Cs og ¹³⁷Cs.

Beryllium

Beryllium er et sjeldent grunnstoff, men likevel lett tilgjengelig. Mesteparten av all beryllium utvinnes fra mineralet beryll som kan finnes i pegmatitter (se om litium) i krystaller på opptil mange meter. Klare fargede beryller brukes som smykkesten, blant annet er smaragder og akvamariner beryll. Navnet beryll kommer fra ordet brille. Briller av beryll ble tillagt magiske egenskaper og kunne få eieren til å se skjulte sannheter.

Ved Mo i Rana er det funnet en usedvanlig rik forekomst av berylliummineralet phenacitt, og det er mulig at denne ressursen vil bli utnyttet.

Ulempen med å ha en berylliumgruve i Norge er at beryllium er en meget farlig gift. Den miljømessige faren er neppe så stor, for beryllium vil raskt omdannes til helt uløselige og ufarlige oksider. Men beryllium er farlig i arbeidsmiljøsammenheng. Sår fra berylliumskade leges meget langsomt, og berylloksid-støv er enda farligere enn silikastøv når det gjelder silikose. Organiske berylliumforbindelser er også mistenkt for å framkalle beinkreft og lungekreft.

Det er interessant å merke seg at beryllium tidligere ble kalt glycinium, fordi det smakte søtt. Jeg skulle likt å visst hvem som fant ut dette med smaken?

Beryllium brukes i en lang rekke legeringer, særlig i berylliumkobber, en legering med mange ulike anvendelser. Beryllium metall brukes som vinduer i røntgenapparater fordi metallet slipper røntgenstråler relativt uhindret gjennom.

Bor

Bor utgjør bare 3 ppm av jordskorpen, men er lett tilgjengelig fra store forekomster av borater i USA og Tyrkia.

Viktigste bruk av bor er i bor-silikat-glass, for eksempel PYREX-glass. Borsilikatglass har langt høyere temperaturbestandighet enn vanlig glass.

Borfibre er sterkere og lettere, men samtidig også dyrere, enn karbonfibre. Borfibre brukes mer og mer i idrettsutstyr der styrke og letthet er nødvendig, som i ski, skistaver og tennisracketer, samt i romskip og avanserte fly.

Bor regnes ikke som særlig giftig, og det er usikkert om det har noen biologisk betydning. Det finnes en rekke løselige borater, men disse tilskrives ikke noen særlig forurensningsfare.

Arsen og antimon

Arsen og antimon finnes ofte sammen i naturen, og utgjør hhv 5 og 1 ppm av jordskorpen. Begge finnes sammen med sulfider, og svært ofte sammen med gull og sølv. Det var et kjent triks blant gullgravere å banke på steiner. Hvis steinen inneholdt arsen-sulfider ville den lukte, og det var et tegn på at steinen inneholdt gull. Det er med andre ord riktig at enkelte kunne lukte seg fram til gullet.

Begge metallene brukes mest som tilsetning i legeringer, spesielt i legeringer som av ulike årsaker skal ha lavt smeltepunkt. Tidligere ble arsenforbindelse brukt mye som bl.a. insektmiddel og ugressmiddel slik at det før kunne bli relativt høye arsenkonsentrasjoner i landbruksprodukter.

Selv om arsenikk er en av de mest kjente giftstoffer, så er arsenforbindelser ikke spesielt giftige. Det meste av det arsen vi får i oss blir raskt skillt ut igjen, øyensynlig uten å være endret. Antimon er bare moderat giftig. Løseligheter og sjeldenheten gjør at begge grunnstoffene bør betraktes som potensielle miljøgifter. Hverken arsen eller antimon har noen kjent biologisk betydning, men det er kjent at arsen akkumuleres i enkelte sjødyr, spesielt i østers.

Brom og jod

Brom og jod er sjeldne grunnstoffer, begge utgjør ca. 1 ppm av jordskorpen. Begge grunnstoffene danner lett løselige ioner, og er rikelig tilgjengelig i sjøvann. Jod inngår i hormonet thyroxin, og mangel på jod vil gi mangelsykdommen struma. Det er ikke kjent om brom har noen biologisk betydning, men sannsynligheten taler for det.

Brom er en brun væske ved romtemperatur, jod er lilla krystaller som sublimerer ved 184E C. Begge er giftige i elementær tilstand, spesielt brom. Som ioner er både brom og jod relativt ugiftige, og kan ikke tilegnes noen miljøfare.

Brom utvinnes fra sjøvann. Jodinnholdet i sjøvann er for lite til å utnyttes direkte, men jod blir anriket til utvinnbare konsentrasjoner i sjøplanter. Mye av innsamlingen av tare bl.a. for jodutvinning skjer i Norge. Chilesalpeter, som stammer fra fugle-ekskrementer, inneholder også utvinnbare mengder jod.

Tallium og indium

Tallium og indium er sjeldne grunnstoffer, jordskorpen har mindre enn 1 ppm av hver og begge utvinnes i hovedsak som biprodukt fra sinkmalmer.

Tallium er meget giftig, og spesielt farlig fordi det er smakløst og luktfritt. Tallium brukes mye til rottegift og til utryddelse av maur. I 2000 ble en sivilingeniør i kjemi dømt for å ha drept sin tidligere samboer ved å forgifte henne med talliumsulfat. Mordet ble oppfattet som særlig avskyelig da det medførte en langvarig og smertefull dødskamp.

Indium er moderat giftig. Metallet er svært mykt, og brukes til å skape god termisk kontakt mellom metallflater.

Vismut

Jordskorpen har ca. 2 ppm vismut, men metallet er lett tilgjengelig fra gode forekomster av vismutsulfider. Mye vismut kommer også som biprodukt fra rensing av andre metaller, særlig bly, tinn og kobber. Viktigste bruk er i ulike legeringer. Bl.a. inneholder mange brannvarslere lettsmeltelige tråder av en vismutlegering.

Vismut er ikke spesielt giftig, men bør behandles med omtanke da vismutforbindelser ofte er løselige.

Selen og tellur

Selen og tellur er meget sjeldne grunnstoffer, og utgjør hhv. 0,1 og 0,002 ppm av jordskorpen. Begge finnes sammen med sulfider, og utvinnes hovedsaklig som biprodukt fra rensing av kobber.

Selen er det sjeldneste grunnstoffet som har noen biologisk betydning. Selen var selve mote-nærings-stoffet for noen år siden, og det dukket opp en lang rekke preparater som skulle dekke vårt underskudd på selen. Selens betydning i kroppen er lite kjent, og behovet er lite. De fleste av oss får den selen vi trenger fra vanlige matvarer, særlig kornprodukter (hvete).

Selen anrikes i visse planter. Enkelte steder er selenkonsentrasjonen i disse plantene så stor at sauer som beiter blir forgiftet og blir syke eller dør.

Selen og mange selenforbindelser er svært følsomme for lys og brukes mye i solceller, lysmålere og i kopimaskiner. I glassproduksjon brukes selen for å fjerne grønnfarge fra spor av jern, og for å lage rubinrødt glass.

Selen og tellur regnes som giftige til meget giftige. Små mengder tellur vil gi dårlig ånde, som kan vare i måneder. Dette fenomenet har bidratt til at bruken av og forskning på tellur og tellurforbindelser er sterkt begrenset.

Argon og helium

Argon og helium er edelgasser og finnes i små mengder i atmosfæren. Begge finnes i større mengder i fjell på grunn av radioaktivitet. Argon dannes ved nedbrytning av radioaktivt ⁴⁰K, og helium fra α-partikler. Totalt utgjør argon og helium hhv 0.04 og 0.003 ppm av jordskorpen.

Argon utvinnes hovedsaklig fra atmosfæren, som inneholder ca. 1% argon. Det meste helium utvinnes fra naturgassforekomster der helium har lekket inn i gassformasjonen fra radioaktive side-bergarter.

Argon er en mye brukt inert gass i industri og laboratorium. Helium brukes i gassballonger og for å tynne ut pusteluft i trykk-kamre og ved dypdykking.

Edelmetallene er omtalt under overgangsmetallene.

Edelgassene har en relativt uspennende kjemi, selv om det de siste tiårene er blitt syntetisert en rekke fluorider, oksider og oksyklorider av xenon, samt noen få forbindelser av krypton. Disse forbindelsene har ingen kommersiell interesse. Viktigste bruksområde for edelgassene er som inertgass og som fluorescerende gass i lysrør.

Radon er radioaktiv, og det radioaktive grunnstoffet som medfører størst helserisiko. Se under radioaktivitet.

De sjeldneste grunnstoffene i jordskorpen er astatin og francium, som begge bare finnes som kortlivede isotoper. Mengden av hver av disse grunnstoffene i jordskorpen er under hundre gram.

Disse grunnstoffene er så ustabile og vanskelig å arbeide med at omtrent ingen ting er kjent om deres kjemi. Bl.a. er ikke red-oks-potensialene bestemt for grunnstoffene. Det er imidlertid nokså sikkert at francium er det tredje flytende grunnstoffet ved romtemperatur, i tillegg til kvikksølv og brom. Dette vet vi ikke fra studier av francium selv, men ved å sammenligne med de andre alkalimetallene.

Prometium og technetium finnes overhode ikke i jordskorpen. Disse to grunnstoffene er mer stabile enn astatin og francium, men det finnes ingen naturlige radioaktive prosesser på jorden som kan danne prometium eller technetium.

Ellers finnes det noe neptunium og plu-

tonium som sjeldne biprodukter ved naturlig spalting av naturlig uran.

Coridium.

1.3. BIOLOGISK BETYDNING, GIFTIGHET OG FORURENSNINGSFARE.

En god måte å få oversikt over de enkelte grunnstoffers biologiske virkning er å se problemet fra et darwinistisk synspunkt. Livet har utviklet seg i et miljø hvor noen grunnstoffer var tilgjengelige, andre ikke. De individuene som best kunne utnytte de grunnstoffene som var tilgjengelige hadde størst sjanse til å overleve. Etterhvert ble organismene avhenginge av disse grunnstoffene, og hverken dem selv eller deres etterkommere (oss bl.a.) kan lenger klare seg uten. Elementer som ikke var tilgjengelige vil være farlige nå. Eller mer kvantitativt: Mengden av det enkelte grunnstoffet som organismene utsettes for bør ikke være for ulikt mengden i havet ved livets begynnelse. Blir det mye mindre utvikles mangelsykdommer, blir det for lite blir man forgiftet.

I Tabell 2 på neste side er det en oversikt over hvor mye av de enkelte overgangsmetallene som finnes i jordskorpen og i sjøvann. Tabellen viser at alle elementene i 1. rekke av overgangsmetaller, unntatt scandium og delvis kobolt og titan, men med tillegg av molybden, er rikelig tilgjengelig i havet. Tabellen viser også at jern er det desidert vanligste av overgangsmetallene med titan og mangan på de neste plassene, men i respektabel avstand.

Elementene finnes i jordskorpen hovedsaklig i fire former: Som sulfid, som oksid, som silikat eller som gedigent metall. På Figur 4 er vanligste forekomstmåte for de ulike metallene angitt. Sammenligning med Tabell 2 gir følgende sammenheng:

- Malmer som finnes som sulfider finnes jevnt over i rikelige mengder i sjøvann sammenlignet med i jordskorpen. For alle disse grunnstoffene har oksidene relativt høy løselighet, samt at sulfidene lett kan omdannes til vannløselig sulfat ved oksidasjon. Mange mikroorganismer er selv i stand til å oksidere sulfider.

- Malmer som finnes som oksider vil kunne finnes rikelig i sjøvann, avhengig av hvor vannløselig oksidet er.

- Malmer som finnes som silikater eller gedigne metaller finnes vanligvis bare i ytterst små mengder i sjøvann.

Tabell 2. Forekomst av overgangsmetaller i jordskorpen og i sjøvann. Målt i ppm.

________________________________________________________________________________

Sc 22 0,002 Y 33 0,01 La 30 0,003

Ti 5700 0,1 Zr 165 0,003 Hf 3 0

V 135 1,5* Nb 24 0,01 Ta 2 0,02

Cr 100 0,6* Mo 1,5 10 W 1,5 0,12

Mn 950 2* Tc ** Re 0,005 0,001

Fe 56000 3 Ru 0,001 0,0007 Os 0,001

Co 25 0,1* Rh 0,001 Ir 0,001

Ni 75 2 Pd 0,01 Pt 0,005

Cu 55 3* Ag 0,07 0,1 Au 0,004 0,05*

Zn 70 5 Cd 0,20 0,05 Hg 0,08 0,05*

Ce 60 0,01 Th 9,7 0 U 2,7 3,3

Lantanidene totalt 150 0,01

________________________________________________________________________________

* Betydelige lokale naturlige variasjoner

** Tc finnes ikke naturlig i jordskorpen

Data er hentet fra James E. Huheey "Inorganic Chemistry" 2. ed, Harper, New York, 1978. Andre kilder kan avvike en del, særlig for jordskorpens sammensetning.

Det er m.a.o. en meget klar sammenheng mellom stoffenes kjemiske egenskaper og deres tilgjengelighet.

Utfra disse sammenhengene kan følgende regler formuleres:

Grunnstoffer som finnes i rikelige mengder i jordskorpen og som danner sulfider eller lett løselig oksider er essensielt for alt liv. For lite skaper mangelsykdommer, mens unormalt store konsentrasjoner kan skape forgiftning. (Eks. jern, kobolt, kobber, molybden). Slike grunnstoffer sies å ha høy biologisk tilgjengelighet.

Grunnstoffer som danner samme type malmer som gruppen ovenfor, men som bare finnes i små mengder i naturen vil kunne skape alvorlige forurensningsproblemer ved evt. utslipp (Eks. kvikksølv og kadmium).

Grunnstoffer som danner uløselige oksi-der, silikater eller gedigne metaller i naturen, vil ikke ha noen biologisk betydning og vil normalt ikke representere noen vesentlig fare for forurensning, uansett om de er sjeldne eller vanlig i jordskorpen (Eks. titan, zirkonium, platina, wolfram).

Det er verdt å merke seg at det er visse (i alle fall tilsynelatende) unntak: Selen, iod og molybden er viktige sporstoffer selv om de er sjeldne, mens brom ikke har noen bevist betydning selv om det er vanlig i sjøvann. Og spesielt antimon er langt mindre giftig enn man skulle forvente.

Det kan virke forvirrende at grunnstoffer som finnes som sulfider er mer løselige enn de som finnes som oksider, når sulfider normalt er mindre løselige enn ok-

sider. Sammenhenges er følgende: Det finnes mye mer oksygen enn svovel i jordskorpen (ca. 1000x mer). Alt som danner uløselige oksider vil derfor finnes som oksid, kun hvis oksidene er (noenlunde) løselige vil det dannes sulfider.

Merk også at oksidioner er mye hardere enn softe sulfidionene. Derfor finner vi de harde metallionene (eks. Si⁴⁺, Al³⁺, Ti⁴⁺, Zr⁴⁺) som oksid, mens de softe (eks. Pb²⁺, Hg²⁺, Hg₂²⁺, Ag⁺) finnes som sulfid.

Figur 4. Viktigste forekomstmåte for overgangsmetallene i jordskorpen. Alle grunnstoffene vil dessuten i større eller mindre grad finnes bundet i de vanlige bergartsdannende mineralene.

1.4. GENERELLE EGENSKAPER FOR OVERGANSMETALLER.

Overgangsmetallene utvinnes hovedsaklig fra fire typer forekomster:

- Jernmalm og kismalm. Viktigste produkt er jern, men en lang rekke andre overgangsmetaller utvinnes hovedsaklig fra de samme malmene: Kobber, sink, sølv, gull, kobolt, titan, vanadium etc.

- Egne malmer. Krom, nikkel, molybden, mangan. Som for jernmalmene har man også her en lang rekke biprodukter: Platina, palladium etc.

- Pegmatitter og elveavsetninger. Pegmatitter er grovkornede bergarter hvor sjeldne mineraler har utviklet seg. Her finnes bl. a. oksider og silikater av zirkonium, sjeldne jordarter, uran og thorium. Disse mineralene er alle vesentlig tyngre enn vanlig stein, og vil når de vaskes ut i elvene hope seg opp på bestemte steder. Både pegmatittene og elveavsetningene brukes som malm for disse grunnstoffene. I elveavsetningen kan man også finne de tunge edelmetallene, eks. gull og platina.

- Kjemiske avsetninger. Mange grunnstoffer vil kunne lutes ut fra sin malm enten fordi malmen er løselig i vann eller fordi den reagerer med kjemikalier i vannet (Eks. oksidasjon ved hjelp av løst oksygen). De løste malmene kan så felles ut andre steder, og kan da bli svært rike malmer. Denne type forekomster er spesielt viktige for uran, men også sink, jern, kobber og flere andre metaller kan finnes i drivverdige forekomster av denne typen.

Når malmen er brutt vil veien fram til det endelige metall eller forbindelse se omtrent slik ut:

- Anrikning: Mange malmer er sammensatte, og for å få en mest mulig økonomisk prosess søker man å skille de ulike malmene fra hverandre før reduksjon. Ved gruvene på Hjerkinn blir malmen skilt i gråberg, svovelkis, kobbermalm, sinkmalm og det magnetiske jernoksidet magnetitt. Separasjonen skjer i de fleste tilfellene ved flotasjon. Selv om bare én malm utvinnes, må man likevel opparbeide malmen for å bli kvitt mest mulig av verdiløst fjell eller sand.

- Reduksjon: Den vanligste metoden, målt i tonn pr. år, er reduksjon av oksid med kull. Dette brukes bl. a. for jern, og for dannelse av ferrokrom og ferromanganlegeringer direkte fra malm. I mange tilfeller må andre reduksjonsmidler brukes, fordi metallet ikke er edelt nok til å kunne reduseres av karbon (sink), eller fordi det reagerer med karbon og danner karbid (titan). Reduksjonen kan da skje med mer uedle metaller (titan) eller ved elektrolyse (sink).

- Rensing: Noen metaller er viktige fordi de er lett å fremstille rimelig i store mengder. For andre metaller er fremstillingen dyr, og metallet er bare konkurransedyktig utfra egenskaper og kvalitet. I det siste tilfellet er renheten meget viktig, og fremstilling/renseprosessen kan bli komplisert og kostbar. Eksempler på slike metaller er lantanidene, W, Co og Sc, samt spesialkvaliteter av de fleste metaller.

Viktigste bruk av overgangsmetaller, målt tonn eller kroner, er i jern- og stållegeringer. Dette gjelder særlig Fe, Cr, Mn, Mo, V, Ni, og Co.

Kopper og sink og legeringer av disse spiller også en stor rolle.

Spesialmetaller med helt spesielle egenskaper og høy pris: Zr, Ti, Nb, Ta, Sc, Y, W, lantanider samt visse legeringer. Edelmetaller og platinametaller.

Korrosjonsbeskyttelse og overflatebehandling: Zn, Ni, Cr, Cu, Ag, Au etc.

Katalysatorer. Nesten alle industrielle prosesser for fremstilling av organiske grovkjemikalier bruker katalysatorer basert på overgangsmetaller. Viktigste metall er kobber, mens jern, nikkel og platina følger tett etter. Eneste overgangsmetall i 1. overgangsrekke som ikke brukes til katalysatorer er scandium, dels pga. dets høye pris og dels på grunn av grunnstoffets kjemiske egenskaper. Fordi sink ikke kan skifte oksidasjonstrinn er sink aldri det aktive element i red-oks-katalysatorer.

Fargestoff: Nesten alle overgangsmetallforbindelser er fargede, og mange av dem brukes som pigmenter (Co, V, Hg, Fe, Mn, Cr, Cd). Sinkhvitt og titanhvitt er de viktigste hvite fargestoffene.

Giftstoffer til plantevern etc. Særlig kopperforbindelser, men også kvikksølv har vært mye brukt. Flere plantevernmidler basert på overgangsmetaller er nå forbudt av hensyn til miljøet.

Oksidasjonsmidler: Kromater og man-

ganater. Ce^IV brukes i kvantitativ red-oks-analyse.

Keramer. ZrO₂, TiO₂, HfO₂, og WC. Sc, Y, lantanider og Cu er hovedelementer i de nye keramiske superlederne.

Batterier: Zn, Mn, Ag, Hg, Ni, Cd etc.

Fotoindustri: Ag.

1.5. DE ENKELTE OVERGANGSMETALLENE.

Scandium er et relativt sjeldent grunnstoff, ulike kilder oppgir det til å utgjøre 5-50 ppm (vekt) av jordskorpen. Det finnes ingen egentlig scandium-malm, derfor er metallet meget kostbart, selv om scandium ikke er sjeldnere enn bly.

Viktigste scandiummineral er thortveititt, et scandium/yttrium-silikat, oppkalt etter en nordmann og med en av de største forekomster i Setesdalen. Mineralet finnes i pegmatittganger, ganger av en grovkrystallinsk bergart hvor det kan finnes en lang rekke sjeldne mineraler pluss glimmer, feltspat og kvarts av meget ren kvalitet. De verdifulle mineralene sorteres for hånd, slik at kiloprisen for det enkelte produkt nødvendigvis må bli høy. Ellers utvinnes scandium fra filterstøv fra urangruver, men innholdet er ikke særlig høyt, under én promille.

På grunn av den høye prisen, rundt kr. 1000 pr. kg, brukes ikke scandium stort sett til annet enn rent vitenskapelige formål. Det høye smeltepunktet og den lave tettheten gjør imidlertid at metallet er interessant for konstruktører av romfartøy.

I det siste har scandium fått interesse som et mulig råstoff for nye supraledende keramer.

Det er ikke påvist noen biologisk betydning av scandium. Grunnstoffet er noe giftig, men man vet relativt lite om dets skadevirkninger da det hittil er svært få som har hatt anledning til å søle noe særlig med stoffet.

Nest etter jern er titan det vanligste av overgangsmetallene, ca. 0.5 % av jordskorpen består av titan. Viktigste malm er ilmenitt, titanjernstein. En av verdens største forekomster av titanjernstein finnes i Sokndal i Rogaland, og mange hundre mindre forekomster er registrert i Norge. I tillegg utvinnes noe titanoksid, TiO₂, som i naturen finnes som tre ulike mineraler med samme kjemiske sammensetning, men ulik struktur: Anatas, rutil, brookitt. Det aller meste av det titan som finnes i jordskorpen er dog bundet i de vanlige bergartsdannende mineralene.

Fremstillingen av ren metallisk titan er vanskelig. Metallet er edelt nok til å kunne framstilles ved reduksjon med karbon, men dessverre dannes ikke titanmetall men titankarbid, TiC. I tillegg er metallet ved smeltepunktet så reaktivt overfor oksygen og nitrogen at det må behandles under edelgassatmosfære eller i vakuum. Den viktigste prosessen i dag er å redusere titan tetraklorid med kalsium eller andre uedle metaller.

Titan er et verdifullt metall på grunn av sin høye styrke og smeltepunkt og lave tetthet, men de høye produksjonskostnadene begrenser bruken vesentlig. Tidligere gikk nesten hele verdensproduksjonen går til militære formål, herunder romfart. Nå blir titan stadig mer brukt i kjemisk industri hvor det er spesielt korrosivt miljø. Det er generelt en tendens til å bruke dyrere materialer i slike konstruksjoner for å spare på vedlikeholdsutgiftene.

Det viktigste titanprodukt i dag er titanoksid. Finfordelt titanoksid er det ideelle hvite fargestoff på grunn av sin ekstremt høye lysbrytning (større enn for diamant!) og dets kjemiske stabilitet.

Fire-verdig titan har ingen d-elektroner, og spiller derfor liten rolle i industrielle katalysatorer. Treverdig titan, derimot, er det essensielle grunnstoff i Ziegler-Natta katalysatorer som kan polymerisere en lang rekke organiske molekyler. Ziegler-Natta-Katalysatorene har så mange fantastiske egenskaper at de uten tvil ville ha forsvart en plass blant "kjemiens syv underverker", om noe slikt fantes. Katalysatorsystemet vil bli nærmere behandlet senere i kurset i forbindelse med organometallisk katalyse.

Den høye kjemiske stabiliteten og lave løseligheten for oksidene gjør at titan ikke er tilgjengelig for planter og dyr, og det er ikke funnet sikre bevis på at titan har noen biologisk betydning. Det er heller ikke funnet noen giftvirkning for titan i seg selv, selv om to og tre-verdig titan og enkelte forbindelser av fireverdig titan er farlige i kraft av sin reaktivitet.

Vanadium er et relativt vanlig grunnstoff (150 ppm), men i likhet med scandium finnes ingen egentlig vandiummalm. Noen mineraler er rike på vanadium, men disse er sjeldne og først og fremst av interesse for samlere. Enkelte vanadinittforekomster blir drevet utelukkende fordi det finnes vakre krystaller som har høy verdi blant samlere. Vanadium er oppkalt etter den norrøne skjønnhetsgudinnen Vanadis.

Vanadium utvinnes først og fremst som biprodukt fra titan-jern- og uran-malmer. Relativt mye vanadium er bundet som organiske komplekser i jordolje, og blir betraktelig anriket i tungfraksjonene (tjære og asfalt). Viktigste bruk av vanadium er som tilsats i stål, mindre mengder brukes til katalysatorer og som fargestoff for keramikk.

Vanadium inngår i en lang rekke enzymer og er et helt essensielt sporstoff i kosten. Viktige vanadiumkilder er lever, skalldyr og visse grønne grønsaker. Større doser vanadium kan være meget giftig.

Krom er et relativt vanlig grunnstoff, ca. 0,1l av jordskorpen er krom. Den eneste viktige krom-malm er kromitt (FeCr₂O₄ ) som finnes sammen med dypbergartene olivin og serpentin. I Norge har vi hatt flere kromgruver i Rørostraktene (Feragen) og på Helgelandskysten.

Små mengder krom kan finnes som forurensning i en lang rekke mineraler og gi opphav til vakre farger. Vanligvis vakkert grønn som i smaragder, men også den dype rødfargen i rubiner skyldes krom. Det er koordinasjonen, dvs. hvor mange oksygenatomer som hvert kromatom er omgitt av som bestemmer hvilken farge krom gir opphav til. Noe krom forefinnes også som seksverdig kromat, og har da en klar rødorange farge. Navnet krom kommer av chromos som betyr farge.

Mesteparten av kromproduksjonen går til framstilling av rustfritt stål og andre stållegeringer. Krom tilsettes som ferrokrom som lages ved å redusere krom-malm med karbon. Ellers går det med mye krom til produksjon av kromat, et viktig oksidasjonsmiddel.

Krom er et essensielt grunnstoff for alt liv og er hos mennesker nødvendig for omsetning av sukker. I tre registrerte tilfeller hvor pasienter fikk intravenøs næring som var fri for krom, ble det observert sterk økning av sukkerinnholdet og insulinmengden i blodet. Ved tilsats av krom til næringen ble både sukkerinnholdet og insulininnholdet normalt etter få dager. For lite krom kan også føre til at kolesterolmengden i blodet øker.

Nyfødte barn har et stort kromlager, og dette lageret avtar etterhvert som man blir eldre. Dette kan tyde på at folk flest (i Norge i alle fall) får litt lite krom i kosten. Krommangel er særlig mistenkt for å være årsak til den form for sukkersyke som kan utvikles hos eldre mennesker. Dette kan igjen føre til hjerte/kar-sykdommer.

Krom finnes som regel rikelig i matvarer som også inneholder jern. Merkelig nok er det lite krom i kromkaker. (Men det er mye jern i kromkakejern.) Høyt sukkerinntak ser ut til å øke utskilling av krom gjennom urinen.

Krom er noe giftig som Cr^III og meget giftig som Cr^VI , det siste er også mistenkt for å være kreftframkallende. Krom er en av de viktigste årsaker til allergiske hudlidelser i den industrialiserte verden, det er antatt at 5-10 000 nordmenn lider av kromallergi. I motsetning til nikkel utløser ikke metallisk krom allergi, grunnstoffet må foreligge i form av løselige ioner.

Viktigste årsak til kromeksem har vært sement. Vanlig sement inneholder inntil 40 ppm vannløselig krom, og lidelsen kalles ofte sementeksem. Blant andre som har fått kromeksem er garvere og fyrstikkarbeidere.

En rekke undersøkelser tyder på at Cr^VI er kreftframkallende, særlig kan kromatstøv lede til lungekreft. Mekanismen for kreftframkalling er meget uklar. Det ser ut som til at Cr^III er den utløsende faktor. I motsetning til Cr^VI kommer imidlertid ikke Cr^III gjennom cellemembranen, men Cr^VI kan omdannes til Cr^III inne i cellen.

Mangan er rikelig utbredt i naturen, ca. 1l av jordskorpen er mangan. Store mengder finnes i mangan-noduler (hovedsaklig manganoksider/jernoksider) på bunnen av de store verdenshav, særlig Stillehavet. På grunn av den rikelige tilgangen og den forholdsvis beskjedne bruken av metallet er det ikke lønnsomt å hente opp nodulene på grunn av manganinnholdet alene. En lønnsom drift vil være avhengig av at man effektivt klarer å nyttiggjøre seg det nikkel og kobolt som i varierende grad finnes i nodulene.

De beste malmene er manganoksidene (pyrolusitt, manganitt, manganositt), men adskillige mengder teknisk utvinnbar mangan er bundet i silikater. Disse får en vakker rød eller rosa farge, og mange av dem brukes som prydstein eller smykkestein. En av disse, den rosa thulitten, har status som "Norges nasjonalstein", en stor thulittgravstein finnes til høyre for inngangen til Nidarosdomen.

Rent mangan lages lettest ved å redusere oksidet med aluminium, men fordi nesten all mangan går til stållegeringer lages det meste som ferromangan. Denne legeringen av jern og mangan produseres i smelteovner ved å redusere en blanding av jern- og manganoksider med karbon eller CO. Mangan har dobbel betydning som tilsats i stål. Små mengder tilsettes for å fjerne svovel og oksygen fra smelten, større mengder (inntil 14%) gir stålet spesiell hardhet og seighet. For en tid siden var det flere utbrudd fra et fengsel i Oslo fordi riksantikvaren nektet fengselet å bytte ut jerngitrene med gitre av manganstål. De gamle gitrene var det relativt enkelt å file over, noe som ikke går med manganstål.

Manganoksider katalyserer en rekke red-oks-reaksjoner, et vanlig demonstrasjonsforsøk er utdriving av oksygen fra hydrogenperoksid. Et interessant fenomen finner man ved enkelte ananasplantasjer på Hawaii hvor det er et høyt innhold av manganoksider i jordsmonnet. Manganoksid katalyserer luftoksidasjon av toverdig jern, og et høyt innhold av manganoksider i jorden gjør at alt jern finnes som treverdige oksider. Dette klarer ikke ananasplanten å nyttiggjøre seg og lide derfor enkelte steder av jernmangel selv om jorden inneholder så mye som 20% jern.

Mangan inngår i mange enzymer og er nødvendig for alt liv. Den rikelige tilgangen på mangan i de fleste næringsmidler har gjort at manganmangel er ytterst sjelden, men fra laboratorieforsøk er det bl.a. vist at mangel hemmer forplantning hos pattedyr. Grunnstoffet har en moderat giftighet.

Jern er uten tvil det viktigste av alle overgangsmetallene, både på grunn av dets industrielle betydning og fordi dets utbredelse langt overgår alle andre overgangsmetaller tilsammen. Ca. 5% av jordskorpen er jern, og i tillegg mener man at hele den indre kjernen av jordkloden består av flytende jern med noen andre metaller oppløst.

De viktigste malmene er oksidene magnetitt (sterkt magnetisk) og hematitt (Blodstein, malmen blir rød når den blir pulverisert), men det utvinnes også mye jern fra sideritt (jernkarbonat), svovelkis (jernsulfid) og limonitt ("rust"). I tillegg får man jern som biprodukt ved framstilling av andre metaller. Alle disse kildene kan produsere jern i store mengder, så jern-ressursene er nær uuttømmelige.

Jern er en viktig bestanddel i nesten all stein, grovt sett er det mer jern i en stein jo mørkere den er. Både den rødlige fargen i mange granitter og den grønnlige fargen man ser på fjellet i Trondheimsområdet skyldes jern.

En total gjennomgang av jernets anvendelse anses unødvendig da mye av dette skulle være velkjent. Som de fleste overgangsmetaller katalyserer jern mange reaksjoner, både som metallisk jern og som jernforbindelse. En del jernkatalysatorer virker som Lewis-syre, blant annet ble jernklorid brukt som Friedel-Krafts-katalysator i organisk lab. Jernets betydning som oksygentransportør er velkjent (hemoglobin, myoglobin). Kroppen har ingen mekanisme for å unngå overopptak av jern, derfor kan store doser av jern være meget giftig, jfr. barn som er blitt drept av jerntabletter.

Kobolt var navnet på et tysk troll eller gnom, som skulle ha forhekset sølvmalm så den ikke smeltet. Denne "forheksede sølvmalmen" var koboltmalm.

Kobolt har stor likhet ned nikkel og jern, og finnes ofte sammen med disse. Men da kobolt er over 1000 ganger sjeldnere enn jern, er koboltinnholdet i jernmalm ofte for lite til å kunne utnyttes.

Det finnes noen rike koboltmalmer, hvor kobolt kommer sammen med arsen i større forekomster. Ved luftoksidasjon dannes et sterkt rosa-lilla arsenat, koboltblomst, slik at slike forekomster ikke er så vanskelig å finne. En stor norsk forekomst hadde vi på Blåfarveverket ved Modum, hvor det etter sigende skal være laget over hundre kilometer gruveganger.

I framtiden vil sannsynligvis en stor del av verdens koboltbehov kunne dekkes ved hjelp av koboltinnholdet i mangannoduler.

Framstilling av kobolt metall er kompleks, og går gjennom trinnene røsting, oppløsning i syre, utfelling med karbonat, dehydratisering av hydroksid, og til slutt reduksjon av oksidet med hydrogen. Denne metoden gir et kobolt fritt for jern, arsen og karbon. Metallet brukes i spesiallegeringer som steelite (55% Co, 15% W, 25% Cu og 5% Mo) som er ekstremt hard og korrosjonsbestandig.

Kobolt brukes som katalysator i en del industrielle prosesser, bl.a. i herding av polyester. I biologien aktiverer kobolt enkelte enzymer og inngår i vitamin B₁₂ og mangel på kobolt vil gi anemi. Gode koboltkilder er kjøtt, eggeplomme og skjell. Kobolt er svært giftig overfor planter, men har bare begrenset giftighet overfor mennesker.

Navnet stammer fra det tyske "Kupfernickel" en malm man trodde inneholdt kobber, men som var forhekset av gnomen Nikkel.

Nikkel er relativt uvanlig metall, som tar opp ca. 40-50 ppm av jordskorpen. Som for kobolt har nikkelmalmer ofte lav gehalt eller forekomstene er små, og blir da kostbare å utnytte. Viktigste nikkelmalm er pentlanditt, et jern-nikkel sulfid.

Nikkel er viktig i produksjon av magneter og legeringer som nysølv og spesialstål. På grunn av den vanligvis lave malmgehalten må malmen anrikes ved flotasjon (se kobber). Svovelet fjernes ved røsting, og det oksidet som dannes reduseres med karbon. Produktet inneholder mye jern og noe karbon, og må renses. Vanligst skjer dette ved elektrolyse, og man får da frigjort en liten, men økonomisk viktig mengde platinametaller fra malmen.

Nikkel har en katalytisk effekt på mange organiske reaksjoner, bl.a. hydrogenering/dehydrogenering (Raney Nikkel). For alt levende liv er nikkel et nødvendig sporstoff i kosten, men behovet er så lite i forhold til tilgangen at nikkelmangel bare observeres i laboratorieforsøk med dyr. Slike forsøk typer på at nikkel er nødvendig for å få gode leverfunksjoner. Metallet er bare moderat giftig for mennesker, men meget giftig for planter. Nikkelallergi er velkjent.

På tross av at jordskorpen bare har ca. 50 ppm kobber, og metallet følgelig er relativt sjeldent, så er kobber et av de viktigste metallene både i dag og historisk. Dette skyldes tre faktorer: 1) Metallet hadde viktige egenskaper både sett med moderne og våre forfedres øyne. 2) Det finnes en rekke gode forekomster av kobbermalm, og disse er ofte lett å finne på grunn av de sterkt grønne forvitringsfargene (irr). 3) Metallet er forholdsvis lett å framstille, dels finnes det gedigent i naturen, dvs. som rent grunnstoff. De gamle kisgruvene ble nesten utelukkende drevet på grunn av kobberet, selv om det bare utgjorde noen få prosent eller mindre, av malmen. Sink, svovel og jern, som det som regel fantes adskillig mer av i malmen, var lite påaktet.

De viktigste malmene er oksider og sulfider, i de siste finner vi som regel noe selenid og tellurid. Oksygen, svovel, selen og tellur hører alle til 6. hovedgruppe, og disse kalles samlet for chalcogenene (kalkogenene) som betyr "de som danne kobbermalm". Den desidert viktigste kobbermalmen er det kombinerte kobber-jern-sulfidet kobberkis. Dette er gult og metallisk, og mang en drøm har blitt knust når finneren har oppdaget at det likevel ikke var gull man hadde funnet. (Kobberkis kalles "Fool's gold" på engelsk.)

Det meste av kobberkis finnes i komplekse kismalmer, hvor man finner svovelkis (viktigste komponent), kobberkis og sinkblende og mindre mengder jernoksider, blyglans og sjeldnere malmmineraler. Disse separeres ved flotasjon: En fint pulverisert malm slemmes opp i vann med diverse overflateaktive kjemikalier. Luft blåses inn fra undersiden og malmpartiklene fester seg på luftboblene og bli samlet opp i et skum på toppen. Ved gruvene på Hjerkinn blir hvert år flere hundre tusen tonn malm behandlet på denne måten i et kompleks flotasjonsprosess hvor malmen blir delt inn i gråberg, svovelkis, kobberkis, sinkmalm og magnetitt, alt med relativt høy renhet. Lignende prosesser finnes ved flere andre norske gruver.

Det anrikede kobberkis røstes med luft slik at jern overføres til oksid, mens det langt edlere kobberet omdannes til metall direkte. Dette råkobberet er urent, 97-99%, og må for de fleste formål renses ved elektrolyse. I tillegg til å gi rent kobber får man samlet opp de verdifulle forurensningene i råmetallet: Gull, sølv, arsen, antimon, selen og tellur. Av Hjerkinn-malmen utvinnes hvert år 5-6 tonn sølv på denne måten, det er nesten like mye som fra Kongsberg-gruvene da disse var i drift. I tillegg får man noen titalls kilogram gull.

Kobber brukes i flere legeringer som bronse (kobber og tinn) og messing (kobber og sink), men viktigste bruk er rent kobber til elektriske ledere. Noe kobber brukes i prydgjenstander og i legering med sølv og gull, samt i en del plantevernmidler. Blåstoff, som tidligere ble brukt til å hindre begroing, er kobbersulfat, eller kobbervitriol som det kaltes tidligere.

Kobber er et viktig sporelement. Det inngår i oppbyggingen av klorofyll, og hos mange dyregrupper, bl.a. krepsdyrene, erstatter det jern som oksygentransportør. Kobbermangel kan gi anemi, hjertesykdommer, skjelettskade og manglende forplantningsevne.

For mye kobber er svært farlig for lavtstående dyr, sopper og alger og de fleste plantefrø, men det er bare moderat farlig for mennesker. Flere vassdrag er blitt fullstendig livløse fordi kobber er løst ut via gruvevann i nedlagte gruver. Utlutingen skjer først og fremst via luftoksidasjon eller på grunn av sur nedbør, med visse mikroorganismer framskynder denne prosessen. Det har vært drevet forsøk med å utnytte dette til "biologisk gruvedrift".

Med knapt en kvart promille av jordskorpen er sink et metall som jorden er relativt godt forspent med. Eneste viktige sinkmalm er sinkblende, ZnS, endelsen blende kommer ikke av blende i betydningen glans, men av å blende i betydningen å lure. Sinkblende var for de gamle gruvearbeiderne helt uinteressant i seg selv, men ble ofte forvekslet med andre verdifulle malmer.

Sink finnes hovedsakelig i de samme komplekse malmene som kobber, og konsentreres ved flotasjon ved et enkelt med fascinerende kunstgrep: Etter at kobbermalmen er fjernet går malmen til en ny flotasjon med samme type kjemikalier som for kobberflotasjonen. Små mengder kobberioner tilsettes løsningen, disse setter seg på overflaten av sinkmalmen, og denne anrikes som om den skulle være kobbermalm. Man kan nesten si at kjemikaliene "lures til å tro at sinkmalmen er kobbermalm" selv om en slik formulering neppe hører hjemme på NTH.

Sink fremstilles ved å løse malmen i syre, felle jern ved å nøytralisere løsningen, og elektrolysere ut metallisk sink. Fordi sink er så uedelt dannes mye hydrogen under elektrolysen, den eneste grunnen til at sink i det hele tatt felles ut er kinetiske forhold. (såk. overspenning)

Sink brukes hovedsaklig som rent metall, det har relativt gode metalliske egenskaper (unntatt en viss sprøhet), det lager en oksidhinne som hindrer anløpning, og det er rimelig. Mye sink brukes til batterier, til galvanisering (forsinking) og i messing, og mye til velkjente formål som bøtter, vasker og lignende.

I motsetning til overgangsmetallene generelt kan sinkionene bare ha ett oksidasjonstall, +2. ZnO og ZnS er derfor stabile forbindelser, og inngår derfor i en rekke produkter som fyllmateriale eller fargestoff. Sink har fullt d-skall og kan danne komplekser som de andre overgangsmetallene. Den manglende evne til å skifte oksidasjonstall gjør at sink får helt andre katalytiske egenskaper enn overgangsmetallene generelt. Det er få industrielle katalysatorer som har sink som aktiv komponent.

Det finnes flere sinkbaserte enzymer, og sink er derfor et essensielt sporstoff. Sink finnes rikelig tilgjengelig i naturen, men sink mistenkes for å være årsak til enkelte lidelser. For mye sink har bare en moderat giftvirkning på mennesker, men sinkallergi er kjent.

Lantanidene kalles gjerne de sjeldne jordarter. Dette er en oversettelse fra engelske "rare earths", men det hadde kanskje vært riktigere med en "Olos-oversettelse" : De ørten rare. Lantanidene er nemlig ikke spesielt sjeldne, med sine 60 ppm av jordskorpen er f.eks. cesium det 3. vanligste av grunnstoffene i 6. periode. Bare barium og zirkonium er vanligere. Det sjeldneste, thulium utgjør 0,2 ppm og er følgelig vanligere enn f.eks. sølv. Eneste virkelig sjeldne lantanid er nr.61 promethium, som ikke finnes naturlig i jordskorpen overhodet.

Fordi lantanidene er så vanskelig å skille fra hverandre, ble de fleste av dem oppdaget relativt sent. Et eksempel på problemene er "grunnstoffet" didymium. Navnet betyr tvilling, fordi det var en tvilling til lantan. Senere viste det seg at didymium var en blanding av to grunnstoffer, praseodymium og neodymium. Det var bra man oppdaget det, for det hadde tatt seg dårlig ut med et grunnstoff nr.59,5. En stor del av arbeidet med å skille lantanidene ble utført i Ytterby i Sverige, og både ytterbium, yttrium, terbium og erbium er oppkalt etter byen. For å skille lantanidene bruker man nå ekstraksjon med organiske kompleksdannere under nøye kontroll med pH.

I naturen finnes lantanidene og yttrium i en lang rekke mineraler, som har det til felles at de utkrystalliserer sent under bergartenes størkningsprosess. De oppkonsentreres derfor i pegmatitter (se scandium), slike ganger kan inneholde relativt store mengder av disse grunnstoffene. De økonomisk mest viktige forekomster er likevel elveavsetningene, mineralene kan her finnes oppkonsentret og i store mengder sammen med andre verdifulle mineraler med stor tetthet.

Lantanidenes store ioneradius gjør at de ofte har meget høy koordinasjon. Hvert lantanideatom kan være omgitt av så mange som 9 oksygen naboatomer. Dette gjør at mineraler eller kjemiske forbindelser med lantanider kan ha meget kompleks struktur, og at et umåtelig stort antall strukturer er mulige. Antall ulike lantanidemineraler er derfor usedvanlig stort, adskillige hundre. Til sammenligning finnes bare 5 tinnmineraler, selv om tinn grovt sett er like vanlig som lantanidene.

Lantanidene og yttrium er som nevnt meget vanskelig å skille, derfor brukes den naturlige lantanidblandingen der det er mulig. Et eksempel er det "mischmetall" som skaper gnistene i lightere. Her benyttes lantanidenes uedelhet, de er omtrent like uedle som jordalkalimetallene. En rekke anvendelser krever rene grunnstoffer. Her skal bare nevnes at yttrium- og europiumforbindelser brukes som fluoriserende stoff på farge-TV-skjermer, at neodym brukes i meget kraftige permanentmagneter, og at fireverdig ceriumsalt er viktige i kvantitativ analyse. Noe lantanider brukes også som tilsatsstoffer for å justere og forbedre andre katalysatorer.

Det ser ut til at vi trenger noe lantanider i kosten, men bare i ytterst små mengder. At de relativt vanlige og tilgjengelige lantanidene har såvidt liten biologisk betydning kan kanskje forklares med deres innbyrdes likhet. Hadde kroppen benyttet lantanidholdige enzymer, ville vanskene med å plukke ut det riktige av grunnstoffene muligens ha ført til en for stor feilproduksjon. Lantanidene har liten giftvirkning i seg selv, men forurensning av thorium og uran kan gjøre dem meget farlige.

Zirkonium og hafnium har så like kjemiske egenskaper at det ikke har lykkes naturen å skille dem fra hverandre. Det finnes ingen egne hafniummineraler, men alle zirkoniummineraler inneholder noe hafnium, vanligvis opptil et par prosent. Dette stemmer bra overens med metallenes fordeling i jordskorpen, 200 ppm zirkonium og 2 ppm hafnium.

Viktigste zirkoniummalm (og dermed også hafniummalm) er silikatet zirkon, som finnes i begrensede mengder i en rekke pegmatitter, eller mer konsentrert i elveavsetninger. Utvinningen av metallet er meget kompleks. Noe zirkon brukes også som smykkestein, den er beskrevet allerede i det gamle testament (som "jargun") og er følgelig en av de eldste kjente smykkesteiner. Vanligvis er den brun, gylden eller rødlig, men ved oppvarming kan den bli blå eller klar. Brunfargen skyldes innhold av uran og thorium, radioaktiviteten fra disse vil med tiden ødelegge mineralet innenfra. Hvis innholdet av radioaktive grunnstoffer er stort kan mineralet være helt svart, og bruddflater vil være bekaktige. Den indre strukturen kan da være så ødelagt at den ikke kan påvises ved røntgenanalyser (såkalt metamikt mineral).

Viktigste zirkoniumprodukt er zirkonia, ZrO₂ , som er et meget varmebestandig materiale. Ved å tilsette noe CaO vil man få en elektrisk leder som kan brukes til høytemperatur oksygenelektroder. Klar "cubic zirconia" er for tiden den mest benyttede kunstige smykkestein, med sin høye briljans er den en god og billig erstatning for diamanter.

Zirkonium og hafnium er ytterst uløselig og derfor biologisk utilgjengelig. Det er derfor ikke registrert noen biologisk betydning eller forurensning av zirkonium eller hafnium.

Niob er ca. 50 ganger vanligere enn tantal, og er omtrent like utbredt som kobber. Metallene finnes sammen med lantanider, uran og thorium, og som regel som lavgehalt malm. Utvinningen er meget kompleks da det er en vanskelig prosess å skille de meget like metallene fra hverandre.

I ren tilstand er metallene kostbare, flere hundre kroner pr. kg, men de har spesielle egenskaper som gjør dem verdifulle. Tusenvis av kg niob er brukt i romskip blant annet for å gi gode sveiseskjøter. Nb-Zr-legeringer gir de kanskje beste superledende materialer for bruk i magneter, i alle fall før de nye keramiske supralederne har kommet på markedet. Tantal er usedvanlig motstandsdyktig mot kjemikalier, bl.a. kroppsvæsker, og brukes mye til medisinsk utstyr og til kjemisk apparatur. Ingen biologisk betydning er kjent, og grunnstoffene er ikke spesielt giftige.

Nesten all molybden utvinnes fra en enkelt gruve i USA. Molybden utvinnes fra MoS₂ ved først å røste denne til MoO₃ , som så blir redusert til metall med hydrogen. På grunn av høyt smeltepunkt brukes molybden i røntgenrør, elektroderør og i elektriske ovner, men som mange andre av overgangsmetallene er den viktigste bruken i stållegeringer. Molybdenstål har stor kjemisk motstandskraft, molybdenstål er en av de få legeringer som kan benyttes for fluoridholdige væsker. I tillegg brukes noe molybdensulfid direkte som smøremiddel.

Wolfram lages fra wolframater ved å behandle dem i saltsyre slik at det rene wolframoksidet blir igjen. Oksidet blir deretter redusert med hydrogen. På grunn av det ekstremt høye smeltepunktet (3370E C) lages wolfram som et pulver som sintres sammen, men som ikke smeltes. Hvis wolfram utsettes for hydrogenatmosfære ved høye temperaturer vil det absorberte hydrogen medføre at metallet får en større elektrisk motstand. Dette benyttes i produksjon av glødetråd til lyspærer. Den sintrede tråden strekkes gjennom en tynn dyse til den får den ønskede diameter. Det sendes så sterk strøm gjennom tråden at den smelter et kort øyeblikk. Hydrogeninnholdet i tråden gir stor elektrisk motstand slik at tråden vil gløde i en lyspære.

Ved høye temperaturer katalyserer wolfram mange hydrogeneringsreaksjoner, blant annet hydrogenering av nitrogen til ammoniakk. Ingen biologisk betydning er observert, og stabile wolframforbindelser er ikke giftige.

Molybden er derimot rikelig tilgjengelig både i sjøvann og elvevann, og et viktig sporelement. Molybden er et essensielt element ved nitrogenfiksering, dvs. kjemisk binding av atmosfærisk nitrogen hos mikroorganismer. Viktige kilder til molybden er lever, belgfrukter og helkornprodukter.

Det finnes ingen stabile isotoper av technetium, og fordi ingen naturlige radioaktive prosesser gir technetium som produkt finnes ikke grunnstoffet naturlig på jorden. Technetium brukes mye til radioaktiv kreftbehandling.

Platinametallene.

Platinametallene, pluss det nært beslektede rhenium, er alle uhyre sjeldne. Det vanligste, palladium, er bare dobbelt så vanlig som platina og gull, og ca. ti ganger vanligere enn rhenium, rhodium, ruthenium, osmium og iridium. Platinametallene finnes alltid sammen, som regel som gedigent metall eller gull-legering, men av og til som sulfid, arsenid, tellurid eller selenid. Spor av grunnstoffene kan også finnes i vanligere mineraler og malmer. Hovedmengden utvinnes fra nikkelmalmer, mens noe vaskes ut fra elvesand.

På tross av sin uhyre sjeldenhet er platinametallene industrielt meget viktige. Dels brukes de på grunn av sin edelhet i kjemisk apparatur, dels er de katalysator for petrokjemiprosesser med produksjonsverdi på flere milliarder kroner pr. år. Osmium, ruthenium etc. inngår i oksidert form i flere spesialkatalysatorer i organisk syntese.

Så sjelden som grunnstoffene er har de naturlig nok ingen biologisk betydning. Giftigheten er ikke større enn at en eventuell forgiftning i stor grad ville være et økonomisk problem. Visse platinaforbindelser brukes til kreftbehandling.

Grunnstoffet iridium har bidratt til løsning av gåten om dinosaurenes utryddelse for 64 millioner år siden. Et himmellegeme, eks. en asteroide, må på dette tidspunktet ha truffet jordoverflaten og skapt en støvsky som formørket hele jorden i en periode. Slike himmellegemer inneholder mye mer iridium enn det vi finner på jorden. I dag kan vi finne rester av støvskyen som et cm-tykt lag over hele jorden, og dette laget har et høyt innhold av iridium.

Sølv og gull har en spesiell stilling i vår sivilisasjon som de viktigste smykkemetallene og som myntmetall. Viktigheten og den historiske betydningen kan tilskrives 5 viktige egenskaper med metallene: Skjønnhet, metallene er lett bearbeidbare, de er holdbare mot forvitring og anløpning, de finnes som gedigent metall i naturen og de er svært sjeldne. Jordskorpen inneholder bare 0,1 ppm sølv og 0,004 ppm gull, til sammenligning opptar thulium, det sjeldneste av de sjeldne jordartene, 0,20 ppm av jordskorpen.

Sølv finnes gedigent i naturen, tidligere var dette eneste viktige sølvkilde, men metallet forekommer oftere som sulfid, arsenid eller antimonid, gjerne med kompleks kjemi. Blymalmer inneholder ofte vesentlige mengder sølv, og de fleste mindre sølvgruvene er drevet på sølvholdig blymalm. På Hitra er sølv funnet i blygruvene i et sølvholdig mineral som heter tetrahedritt og er et komplekst sølv-bly-kobber-arsen-antimon sulfid. Viktigste sølvkilde nå er imidlertid de store sulfidmalmgruvene (se under kobber).

Gull finnes hovedsaklig som gedigent metall, men flere tellurider er kjent. Det er også kjent et komplekst gull-bly-antimon-sulfid, hvor gull er kjemisk bundet til antimon. Ellers finnes gull-legeringer med sølv og platinametaller. Gull utvinnes mest fra sulfidmalmer eller gullårer, de siste er i Norge kjent blant annet fra Finnmark og Bømlo. På Bømlo er det funnet klumper med opptil 1 kg rent gull.

Fordi gull og sølv er så verdifullt, lønner det seg å utvinne metallet selv fra meget fattige malmer. For gull regnes noen få gram pr. tonn som nok til lønnsom drift. Slike konsentrasjoner finnes flere steder i nåværende eller fossile elveavsetninger.

Ved utvinning av metallene fra slike forekomster blir de først mekanisk oppkonsentrert ved å gjøre bruk av metallene store tetthet (tyngde), deretter blir metallene ekstrahert ved hjelp av cyanidkompleksering og luftoksidasjon. Den sterke komplekseringen fra cyanidionene er nødvendig for å kunne oksidere så edle metaller som gull og sølv.

Metallenes betydning som smykkemetall og myntmetall er velkjent. For sølv er imidlertid fotografisk industri langt den største forbrukeren, men også tannlegene bruker mye sølv til tannfyllinger. Forbruket av sølv er stort i forhold til forekomster, sølv er av mange spådd å bli det første metallet det blir knapphet på. For noen år siden ble sølvprisene presset høyt i været fordi noen amerikanske investorer prøvde å få kontroll med sølvmarkedet. Forsøket mislyktes, men de høye prisene medførte sterk satsing på gjenvinning og forskning for å finne erstatninger for sølv i fotoindustrien.

Gull brukes en del i kjemisk apparatur, men har ellers liten anvendelse utenom de tradisjonelle bruksområder. Noe gull brukes til avfarging av glass. Finfordelt gull er rødt, og dette motvirker grønnfargen som skyldes små rester av jernioner.

Gull og sølv har ingen biologisk betydning. Sølvioner vil gi misfarging av hud (utfelling av metallisk sølv) og sølvnitrat ble tidligere dryppet i øynene på nyfødte barn for å hindre overføring av sykdom fra moren ("lapis-løsning").

Kadmium og kvikksølv er begge relativt sjeldne grunnstoffer med en forekomst på mindre enn 1 ppm i jordskorpen. Begge finnes i overveiende grad som sulfider. Kadmiumsulfid finnes bare unntaksvis som eget gult mineral, som regel forekommer det som forurensning i sinksulfid. Kvikksølvsulfid finnes som det vakkert røde sinober. Begge sulfidene er meget stabile i naturen slik at begge kan brukes som fargestoff. I tillegg finnes kvikksølv som metalliske dråper og i naturlig amalgam, kvikksølv-sølv-legering.

Noen få forekomster finnes der kvikksølvmineralene forekommer forholdsvis rent, blant annet den klassiske forekomsten i Alamaden i Spania. Disse store, lett utvinnbare forekomstene er årsaken til at kvikksølv var så godt kjent i middelalderen. Det merkelige, flytende "sølvet" ble tillagt magiske egenskaper og ble brukt til formål som man med dagens kjennskap til kvikksølvs giftighet bare må grøsse over. Ordet kvakksalver stammer fra kvikksølv. Allerede på 1500-tallet ble kvikksølv brukt bl.a. til å kurere syfilis.

En del av kvikksølvproduksjonen og nesten alt kadmium kommer nå fra sinkforekomster. Metallene skilles ut fra den oppløste malmen ved at et sinkpulver strøs over. På grunn av den lavere edelhet vil derfor sink løses opp mens kvikksølv og kadmium felles ut. Særlig kadmium er en stor kilde til forurensning fra sinkgruver og sinkverk, bl.a. i Odda.

Kvikksølv er viktigst av disse to metallene og har det blitt brukt til en rekke formål som krever en tung væske eller flytende metall: Barometre, kvikksølv-brytere etc. Slik bruk blir nå erstattet av mer sofistikert elektronisk utstyr. Av andre anvendelser kan nevnes elektroder i klor-lut-elektrolysen, amalgam i tannfyllinger, knallkvikksølv i fenghetter og til bekjempelse av skadedyr og sopp. Nesten alle metaller utenom jern kan danne legeringer, amalgam, med kvikksølv.

Kadmium brukes hovedsaklig i batterier og i atomreaktorer.

I likhet med sink har både kadmium og kvikksølv fulle d-orbitaler, og er meget stabile som 2+ ioner. Kvikksølvioner har imidlertid evnen til å dimeriseres, til å slå seg sammen to og to til Hg₂⁺ ioner, og dermed få oksidasjonstall +1.

Kvikksølv og kadmium er begge ytterst farlige miljøgifter, og begge har i Japan vært årsak til miljøkatastrofer. De fleste har vel sett de uhyggelige bildene av de mange misdannede barn som følge av kvikksølvforgiftningen i Manimata.

Metallisk kvikksølv er ufarlig, man kan drikke et halvt kg uten å få annet besvær en følelsen av å ha en klump i magen. Før kirurgiens tid var et glass kvikksølv det eneste probate middel mot tarmslyng. Et forsøk på selvmord ved å sprøyte inn kvikksølv i blodet var mislykket fordi kvikksølvet forble som en dråpe i hjertet uten å gjøre noen skade.

Derimot er kvikksølvioner, organiske kvikksølvforbindelser og kvikksølvdamp ytterst farlig. En biologisk halveringstid på 70 dager hos mennesket, noe mindre hos lavere dyr, gjør at kvikksølv oppkonsentreres i næringskjedene. På grunn av at næringskjedene i havet generelt sett er lengre, fisk er vanligvis 3. eller 4. nivå i kjeden, er det her man kan finne de alvorligste kilder til kvikksølvforgiftning. Det var for noen tiår siden registrert foruroligende mengder kvikksølv i nordsjøsild, men meldingene om at silda kunne brukes som termometer var noe overdrevet.

En mye omtalt kvikksølvforurensning er utslippet av kvikksølv fra Hydro Porsgrunns magnesiumfabrikk til Frierfjorden. Dette utslippet er nå så lavt at kvikksølvinnholdet i fisk i Frierfjorden ikke er mer enn ca. dobbelt så høyt som i fisk fra en uforurenset vestlandsfjord. Kvikksølvproblemet er derfor lite i forhold til andre forurensningsproblemer i området. Hovedmengden av kvikksølvforurensning skyldes naturlig utløsning av metallet fra bergarter. Industrien har også litt skyld her, i og med at at den sure nedbøren sannsynligvis øker utlutningen av kvikksølv.

Det skal ikke stikkes under en stol at utslippet av kvikksølv fra Hydro Porsgrunn tidligere var bekymringsverdig, og at kvikksølvinnholdet i den nær avstengte Gunnekleivsfjorden og i grunnen under fabrikken er for høyt. De største problemene har imidlertid vært knyttet til arbeidsmiljøet ved anlegget, og ikke til forurensning av fjorden.

Kadmium er ikke så giftig som kvikksølv, men til gjengjeld har det en biologisk halveringstid på ca. 90 år, slik at hvis man har fått kadmium i kroppen blir man i praksis aldri kvitt det. Der er antatt at sink inntak reduserer giftigheten av kadmium. Mye kadmium vil ødelegget skjelettet og gi leddsmerter. Videre vet man at organiske kadmiumforbindelser kan gi kreft i nyrer og lunger.

Kadmium-sølvlegeringer brukes til hardlodding, blant annet i varmtvannsberedere. Man kan derfor bli kadmiumforgiftet ved å bruke varmtvann i matlagingen. Mye kadmium og kvikksølv frigjøres til atmosfæren ved forbrenning av fossilt brennstoff.

Det er ikke påvist noen biologisk betydning av metallene.

Uran og thorium.

Uran og thorium er de viktigste actinidene, actinium og protactinium spiller så liten rolle at det ikke har noen hensikt å omtale dem.

Uran er ikke så sjeldent som man kan få inntrykk av ved å lese Donald Duck. Med sine 3 ppm av jordskorpen er det ca. 25 ganger vanligere enn sølv, thorium er ytterligere 3 ganger så vanlig. Uran- og thoriumforekomster er sjeldent rike, og vanligvis finnes de sammen med sjeldne jordarter, zirkonium, niob og tantal, i sedimenter og pegmatitter. Uran kan anrikes kjemisk ved at uranylioner vaskes ut og utfelles som sterkt gule eller gul-grønne uransalter. Saltene kalles med et samlenavn for gummitt, og utgjør de rikeste uranforekomstene.

På grunn av sin radioaktivitet brukes uran i kjernekraft, både til fredelige og militære formål. Uran hvor den mest radioaktive isotopen, 235, er fjernet brukes som ballast i romfartøy. Dessuten brukes uran for å få røntgenstråler med særlig høy energi, samt i visse katalysatorer.

Thorium brukes som legeringsmetall for magnesium og i elektronikkindustrien, og oksidet brukes i spesielle keramiske materialer og glass-sorter. Ved å bombardere thorium med nøytroner kan man få ²³³Uran som er brennstoff for atomreaktorer.

Thorium ble en periode brukt i "Petromax" oljelamper. Et nett av thorium fikk oljelamper til å lyse med en spesielt sterkt, hvitt lys. Dette gjorde at i noen få år var thorium mer verdifullt enn gull. I Langesund-området ble dett funnet thoritt i mange gruver, og i et par år var det reneste Klondike-stemming der. Men snart fant man store thoriumforekomster andre steder og eventyret tok slutt. Det sterke lyset skyldes at thorium katalyserte forbrenningen slik at den gikk ved en høyere temperatur.

Uran er en farlig miljøgift på grunn av radioaktiviteten, men har også en meget høy kjemisk giftighet. Under spaltingen av uranatomer vil det dannes radioaktiv radongass som kan komme inn i kroppen via luftveiene. Det er derfor ikke nok å oppbevare uran i strålesikre beholdere, man må også beskytte seg mot gassen ved å ha uran i lufttette beholdere eller lufte godt. Radongass fra uranholdige bergarter er et alvorlig helseproblem bl.a. i visse hus på Løten i Norge. Hverken uran eller thorium har noen biologisk betydning.