第一节 铁的性质

铁的发现和存在
　　发现　 人类最早发现和使用的铁是陨铁（含铁量较高的铁、钴、镍等金属的混合物）。在约公元前1500年左右，埃及和美索不达米亚开始有炼铁业：至公元前1000年左右，铁器才基本上从日常用具中排挤了铜器而占统治地位、中国商代铜钺上就镶铸有铁刃，表明中国在公元前1000多年就熟悉了铁的锻造性能。化学符号Fe来自铁的拉丁文名ferrum。

　　存在   铁在地壳中的含量约为5%，占第四位；在金属中仅次于铝，占第二位。地球岩心主要由铁组成，因此在整个地球中铁是丰度最高的元素。在地壳中铁通常以化合物状态存在。含铁的矿物有几百种，主要的有赤铁矿(Fe₂O₃)、褐铁矿(Fe₂O₃·3H₂O)、磁铁矿(Fe₃O₄)和菱铁矿(FeCO₃)，它们多是容易还原的氧化物矿。其他如黄铁矿(FeS₂)、钛铁矿(FeTiO₃)和铬铁矿[Fe(CrO₂)₂]则是同时提取铁和硫、钛、铬的矿物。生物体中也含铁，每人平均含铁量为4.5g左右，地下水中也含铁。

铁的物理性质
　　纯净的铁是光亮的银白色金属，它的密度为7.86g/cm³(20℃)，熔点为1535℃，沸点为2750℃。按金属的分类，铁属高熔、沸点的重金属，是黑色金属之一。通常用的铁一般都含有碳和其它元素，所以常常带有颜色且熔点显著降低。铁有延展性和导热性，可用于机械加工。铁也能导电，但不及铜、铝的导电性强，故通常不用做导线。纯铁的磁化和去磁化都都快，常用于制发电机和电动机的铁芯。正是由于铁具有可塑性、硬度大、铁磁性等工程技术上所要求的许多优良性能，使它成为应用最广泛、用量最多的金属。

　　纯铁的抗蚀力相当强，但通常用的铁一般都含有碳和其它元素，因而使它的熔点显著降低，抗蚀力也减弱。铁有延展性和导热性。铁也能导电，但是它的导电性比铜、铝都差。铁能被磁体吸引。在磁场的作用下，铁自身也能产生磁性。

钢铁的防锈之一
　　防止钢铁生锈最简单的方法是使钢铁与水、空气隔绝，经常保持钢铁表面的干燥和洁净。通常采取的措施是：在钢铁制品的表面涂矿物性油脂，油漆或覆盖搪瓷、塑料等。还可以用电镀、热镀、喷镀等方法，在钢铁表面涂上一层不易被腐蚀的金属。如常用的白铁皮就是在薄钢板的表面镀一层锌，做罐头用的马口铁就是在薄钢板的表面镀上一层锡。自行车的钢圈就是用电镀的方法镀上一层耐腐蚀、耐磨的铬和镍。

钢铁的防锈之二
　　既然钢铁生锈是由于铁跟周围物质发生化学反应所引起的，那么，钢铁的防锈也必须从钢铁和周围物质两方面来考虑。生产上常用的一些防锈方法有：(1)覆盖保护层：即在钢铁表面覆盖致密的保护层，使之和周围物质隔离开。如在铁制品表面涂上一层油漆、沥青、塑料、搪瓷等非金属材料。短期的防腐可涂上机油、凡士林、石蜡等。例如船身、车厢、水桶等常涂油漆，汽车外壳常喷漆，枪炮、机器常涂机油，脸盆等日用品常涂搪瓷等。还可以用电镀、热镀、喷镀的方法，在钢铁表面镀上一层不易被腐蚀的金属，如锌、锡、铬、镍等。这些金属都能因氧化而形成一层致密的氧化物薄膜，从而阻止水和空气对钢铁的腐蚀。例如，常用的白铁皮就是在薄钢板的表面镀上一层锌，做罐头用的马口铁就是在铁上镀一层耐有机酸而无毒的锡，自行车钢圈就是电镀一层既耐腐蚀又耐磨的铬或镍。还可以用化学方法使钢铁表面生成一层致密的氧化膜。例如，工业上常借一些溶液（亚硝酸钠和浓碱的氧化作用，在枪械、自行车车链、刀片、机器零件等钢铁制品的表面上形成一层致密的墨色的四氧化三铁薄膜。(2)改变钢铁的内部组织结构：炼钢时加入某些合金元素，从根本上改变普通钢铁的内部结构，起到抗蚀作用。例如把铬、镍等加入碳素钢里制成不锈钢。此外，利用热处理或渗铬、渗铝、渗氮等来改变钢铁的内部组织，或使金属产生一层抗蚀性能很强的表面。(3)改善腐蚀环境，即加入少量缓蚀剂来防止腐蚀。例如用亚硫酸钠除去水中的氧，可防止锅炉腐蚀。(4)电化学保护法，即根据电化学原理而采用的方法。此法常用于海水或河道中钢铁设备的保护。除了采取各种防锈措施外，在钢铁制品的保管中还应保持环境干燥、清洁，保护其防护层或包装不受损坏等。

铁与健康
　　铁是构成血红蛋白、肌红蛋白的必要成分，也是许多酶的生物活性部分。铁是血红蛋白和肌红蛋白中氧的携带者，每个单位的血红素都有一个铁原子。没有铁就不能合成血红蛋白，氧就无法输送，组织细胞就不能进行新陈代谢，生命就无法存活。

　　人缺铁时，血红蛋白减少，面色苍白，极易疲劳。同时，缺铁时肌肉中某些酶水平降低，而使细胞利用氧产生能量的能力下降。缺铁亦可引起腹泻。据估计世界上约有15-20%的人存在缺铁现象，尤以妊娠期、哺乳期妇女和发育期青少年多见。

　　人体内约有4克铁，70%存在于血红蛋白于肌红蛋白中，25%分布于肝、肾、骨髓。含铁较多的食物为蛋黄、动物肝、肾、谷类、豆类及绿色蔬菜、海带、木耳等。动物性食品中的铁较易吸收，吸收率可达20%，植物性食品因含植物酸而影响铁的吸收，吸收率一般在5%左右。膳食中的蛋白质和维生素C能提高铁的吸收率。

　　根据我国膳食特点，建议4岁以下儿童每日应给予铁5—15毫克，4岁以上到成人每日9—27毫克，妊娠期或哺乳期妇女每日18—60毫克，以预防缺铁的发生。治疗缺铁性贫血应在补充铁剂的同时查明病因，以利于早日康复。

为什么称铁为黑色金属？
　　纯净的铁是银白色的，为什么把铁划为黑色金属呢？这主要是因为：铁在潮湿的空气中很容易生锈，铁锈的主要成分是黑色的四氧化三铁、棕红色的三氧化二铁等的混合物，它们附着在铁的表面，看上去是黑色的，所以人们就称铁是黑色金属，通常听说的“黑色冶金工业”，主要是指钢铁工业，而合金钢中最常见的是锰钢和铬钢，这样，锰与铬也受铁的连累而背上了“黑锅”。

我国铁矿石的分布
　　铁元素在地壳中分布的量，以原子百分数计是1.5%，按在地壳中分布的量来说，在金属中铁仅次于铝而居第二位，并且由于炼铁比铝容易，因此铁遂成为对人类实用价值最大的金属。今天我们正生活在铁的世纪里。

　　因为铁是一种最重要的金属，因此铁矿也被看成是一个国家的财富，我国最丰富的铁矿有湖北的大冶，东北的鞍山和本溪，最近在内蒙和甘肃又探得了两个极大的良质铁矿，这两个良质铁矿开采以后，包头和酒泉将与鞍山和大冶一样成为我国重要的钢铁基地。另外河北的宣化，山西的平定和晋城，海南岛以及湖南，河南，福建，山东等省也都有较大的铁矿。我国铁矿的储量仅次于前苏联而居世界第二位。随着我国地質勘探工作的发展，在我国广大的土地上将会发现更多的优良铁矿。铁的主要矿石是赤铁矿(Fe₂O₃)、褐铁矿(2Fe₂O₃·3H₂O)、磁铁矿(Fe₃O₄)和菱铁矿(FeCO₃)。

　　铁矿石里除含铁的化合物外，还含有脉石（主要成分是SiO₂）和硫、磷等杂质。

微量元素与健康
　　人和生物不断从自己生存的环境中获得生长、发育和繁殖所需要的能量和物质。宇宙间的一切物质包括生物体及人都是由化学元素组成的，体内的化学物质分宏量元素和微量元素两类，宏量元素如氧、氢、碳、氮、钠、钾、磷、氯等占体重的99.95%，微量元素指人体内含量少于体重万分之一的元素，其中必需微量元素是生物体不可缺少的元素，如铁、铜、锌、钴、铬、锰、硒等它们必须来自生物体生存的外环境，机体不能制造。

　　微量元素在人体内含量虽然极微小，但具有强大的生物学作用，它们参与酶、激素、维生素和核酸的代谢过程，其生理功能如下：

  　　*  协助输送宏量元素。如含铁的血红蛋白运输氧气等。

  　　*  作为酶的组成成分或激活剂。

  　　*  在激素和维生素中起独特作用。如甲状腺激素中的碘和维生素B12中的钴等。

  　　*  影响核酸代谢。

返回页首