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
- Henry Maryon, Early Near Eastern Steel Swords., 65, 1961, American Journal of Archaeology p1.
- Michael D. Fenton, Mineral Commodity Profiles – Iron and Steel., 2005, U.S. Geological Survey.
- 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.
- Vincent C. Pigott, The Archaeometallurgy of the Asian Old World, 1999, p28, UPenn Museum of Archaeology.
- Mary Elvira Weeks, Discovery of the Elements., 2003, p5, Kessinger Publishing.
- http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/17101454.
- John G. Burke, Cosmic Debris: Meteorites in History., 1986, p229, University of California Press.
- Robert G. Bauval, Investigation on the origins of the benben stone. 14, 1989, Discussions in Egyptology. Image: CDC

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