铁元素探秘之一,起源的故事

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在门捷列夫元素周期表中,任何一种元素都没有象铁这样与人类文明史发生如此密切联系的了。考古证据表明,人类使用铁至少有年的历史。

铁的概论

铁的拉丁名是ferrum,这是它的原子符号Fe的来源。这个词来自盎格鲁-撒克逊语的“iren”。“iren”在古语里有“神圣的金属”的意思,因为它被用来制造十字军东征中使用的剑。

铁元素

铁是所有金属中最便宜和最丰富的一种,占了近5.6%的地壳和几乎所有的地核。铁主要从赤铁矿(Fe2O3)和磁铁矿(Fe3O4)中获得,褐铁矿(FeO(OH)·nH2O)和菱铁矿(FeCO3)是重要来源之二。

铁是一种易碎、坚硬的物质,在元素周期表上被归为第8类金属。它是所有金属中含量最丰富的一种,纯铁是一种相当柔软的具有延展性灰白色金属,是良好的电和热导体。它很活泼,非常容易被腐蚀或生锈。铁有四种不同的同素异形体,这意味着它有四种不同的结构形式,其中原子以不同的方式结合。在常温下,铁最稳定的形式是铁素体。

按重量计算,铁也是地球地壳中第四常见的元素。地球的固体内核和液体内核主要由铁组成(按重量计算分别约占85%和80%)。美国宇航局称,液态铁产生的电流产生了保护地球的磁场。

铁是宇宙中第六大最丰富的元素。除了在地球上普遍存在外,在太阳和其它行星中也大量存在。火星表面是红色的,就是由于火星表面有大量的氧化铁,火星地壳中氧化铁的含量是地球的两倍多。

铁元素

古代最贵金属

事实上,人类已知的最古老的一些铁实际上是从天上掉下来的。年《考古科学》(JournalofarchaeologicalScience)发表的一篇文章中,科学家检测了来自公元前年左右的古埃及铁珠,发现它们是由铁陨石制成的。《圣经》旧约也多次提到了铁。

一些古人把铁珍藏起来,认为它比黄金还要珍贵。在古罗马,很多结婚戒指也是铁制的。很多贵族把铁制的装饰品戴在身上来炫耀自己的富有,要知道,这些耐磨的装饰品可不是所有贵族都能负担得起的。即便在近代,一些落后的部族仍然心甘情感地为铁支付高得简宜荒唐可笑的价钱。十八世纪著名的英国探险家詹姆斯.科克(JamesCook)描述了波利尼西亚土著人对铁的态度:“没有任何东西像铁这种金属那样对我们船上的那些来客更富有吸引力了,他们最渴望得到铁,他们认为最贵重的商品也是铁。”科克手下的人用一枚生锈的铁钉换来了一头猪。

钢铁是怎样炼成的

根据英国皇家化学学会的数据,目前提炼的所有金属中,90%是铁。其中大部分被用来制造钢铁——铁和碳的合金。钢的含碳量一般在0.3%到1.5%之间,具体取决于所需的特性。

其他元素的加入能使钢具有其他有用的性能,最常见的不锈钢,含有至少10.5%的铬,具有高度耐腐蚀的特性,被广泛用于生活里的餐具、电器和炊具,如不锈钢锅和厨房刀具。

在钢铁里加入镍可以增加钢的耐久性和耐热、耐酸能力;加入锰可以增加钢的强度和耐磨性;加入钼可以增加钢的强度和耐热性;加入钨可以让钢在高温下仍保持硬度;加入钒可以增加钢的强度和弹性。

钢铁既可以用来制作小小的回形针,也被用来支撑起摩天大楼的钢筋。而铁对于生命来说,更是不可或缺,请看明天的文章《铁元素探秘之二》。

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