铁（Fe）元素

化学元素铁被列为过渡金属。它自古以来就为人所知。它的发现者和发现日期不详。

属性描述
英文名Iron
分类铁是过渡金属
颜色银灰
原子量55.847
状态固态
熔点1535.1 ℃, 1808.2 K
沸点2750 ℃, 3023 K
电子数26
质子数26
最丰富的同位素中的中子30
电子层2,8,14,2
电子构型[Ar] 3d6 4s2
密度 @ 20℃7.87 g/cm3

铁的发现

铁自古以来就为人所知。

人类最早使用的铁可能来自陨石。

大多数从太空落到地球上的物体都是石质的，但有一小部分，是含铁量超过90%的“铁陨石”。

铁很容易腐蚀，所以古代的铁制品比金银制品要稀有得多。这使得追踪铁的历史比追踪活性较低的金属要困难。

人们已经发现了大约公元前5000年由陨石铁制成的手工艺品(也有大约7000年的历史)——例如埃及坟墓中的铁珠。

在美索不达米亚(伊拉克)，有证据表明大约公元前5000年人们就开始熔炼铁。

铁器时代大约开始于公元前1300-1200年，那时铁变得足够便宜，可以取代青铜。

起初，向铁中添加碳来炼钢可能是偶然的——熔融的铁和木炭从熔炼火中混合在一起。这可能发生在公元前1000年。

在此之前，没有什么技术原因让青铜时代让位给铁器时代；在铁完全优于青铜之前，需要通过加碳(炼钢)和冷加工来改善铁的技术。

在大约公元前3000年的埃及和美索不达米亚发现了由熔化铁制成的手工艺品。

在那个时代，铁是仪式用的金属；铁太贵了，不能用于日常生活。亚述文字告诉我们铁的价值是黄金的八倍。

铁在罗马时代被广泛使用。在一世纪，老普林尼(Pliny the Elder)曾说过：“我们靠铁来建造房屋、劈开岩石，以及在生活中做许多其他有用的事情。”

化学符号Fe的起源来自拉丁词“ferrum”，意思是铁。iron这个词本身来源于盎格鲁-撒克逊语中的“iren”。

关于铁的有趣事实

  • 据信，地球质量的三分之一是铁，其中大部分位于地球深处的地核。
  • 地球上有足够的铁来制造三个新行星，每一个都和火星的质量相同。
  • 据信，地球深处的液态铁的循环产生了产生地球磁场的电流。
  • 铁对人类大脑发育至关重要。儿童缺铁会导致学习能力受损等问题。
  • 在古代，人们不知道地球上的铁有多丰富。他们唯一的金属铁来源是陨石。从亚述文字中我们得知铁的价值是黄金的八倍。除了稀有之外，铁也很受欢迎，因为它来自天空，被认为是神的礼物：古埃及人称它为“ba-ne-pe”，意思是“天堂的金属”。与天堂的联系在金字塔文本中得到了加强，例如，翻译为：“我的骨头是铁的，我的四肢是不朽的星星。”
  • 铁是发现的第一种磁性金属。古代的航海家使用磁石，因为它们可以用作罗盘，指向地磁北极；这是古希腊哲学家米利都的泰勒斯在公元前600年描述的。磁石是由磁铁矿制成的，磁铁矿是铁的一种天然氧化物。磁铁矿的分子式是FeO.Fe2O3。
  • 有些动物有第六感——磁感应。在很多动物身上都发现了磁铁矿，包括蜜蜂、信鸽和海豚。这些动物对地球磁场很敏感，这有助于它们导航。
  • 纳米比亚的霍巴陨石是世界上最大的天然铁块，重达60多吨。它由82 – 83%的铁，16 – 17%的镍，约1%的钴和非常微量的其他元素组成。霍巴陨石是迄今为止发现的最大的单个陨石。
  • 铁是铁磁。铁磁性是磁性最强的一种。其他常见的铁磁性金属有镍和钴。
  • 用铁、镍或钴与稀土金属结合使用可以制成强力磁铁。NIB磁铁(钕-铁-硼)是在1980年代早期发明的。它们是一种合金，比例为Nd2Fe14B。它们被用于电脑、手机、医疗设备、玩具、马达、风力涡轮机和音频系统。

外观和特性

危害:

铁被认为是无毒的。

特点:

铁是一种球墨状、灰色、相对柔软的金属，是热和电的适度良导体。

它被磁体吸引，很容易磁化。

纯金属的化学反应性很强，在潮湿的空气中很容易生锈，形成红褐色的氧化物。

铁有三种同素异形体，分别是α、γ和β。

铁，也被称为铁素体，是铁在正常温度下的稳定形式。

铁的使用

铁是所有金属中最便宜和最重要的——重要的意义在于铁是最普遍使用的金属，占世界金属产量的95%。

铁被用来制造钢和其他在建筑和制造业中很重要的合金。

铁在生物体的运作中也是至关重要的，它通过血红蛋白分子将氧气输送到血液中。

铁的同位素及丰度

地壳的丰度:按重量的5.6%，按摩尔的2.1%

丰度太阳系:按重量为1000ppb，按摩尔为30ppb

成本，纯：7.2美元每100克

成本，批量：每100克0.02美元

来源:铁在自然界中并不是游离的，而是存在于铁矿中，如赤铁矿(Fe2O3)、磁铁矿(Fe3O4)和膨润土中。商业上，铁是在2000℃左右的熔炉中通过赤铁矿或磁铁矿的碳还原来生产的。

同位素：铁有24种同位素，其半衰期已知，质量数为46至69。天然存在的铁是四种同位素的混合物，它们的百分比如下：54Fe (5.8%)， 56Fe (91.8%)， 57Fe(2.1%)和58Fe(0.3%)。

参考

  1. Henry Maryon, Early Near Eastern Steel Swords., 65, 1961, American Journal of Archaeology p1.
  2. Michael D. Fenton, Mineral Commodity Profiles – Iron and Steel., 2005, U.S. Geological Survey.
  3. R. J. Forbes, Studies in Ancient Technology., IX, 1965, p247. Michael Woods, Mary B. Woods, Ancient Machines: From Wedges to Waterwheels., 2000, p30, Runestone Press.
  4. Vincent C. Pigott, The Archaeometallurgy of the Asian Old World, 1999, p28, UPenn Museum of Archaeology.
  5. Mary Elvira Weeks, Discovery of the Elements., 2003, p5, Kessinger Publishing.
  6. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17101454.
  7. John G. Burke, Cosmic Debris: Meteorites in History., 1986, p229, University of California Press.
  8. Robert G. Bauval, Investigation on the origins of the benben stone. 14, 1989, Discussions in Egyptology. Image: CDC