铁（元素）：特性，化学结构，用途 - 化学 - 2025

的铁是属于第8族或周期表的第VIIIB族和过渡金属由化学符号表示的Fe。是金属灰色，韧性，延展性，高强度，在对人类有用的多种应用中使用和社会。

它构成了地壳的5％，它也是仅次于铝的第二大金属。而且，氧气和硅超过了它的丰度。但是，就地核而言，其中35％由金属和液态铁组成。

炼金术士（对话）（www.pse-mendelejew.de）

在地球核心之外，找不到铁的金属形式，因为当暴露于潮湿的空气中时，铁会迅速被氧化。它位于玄武岩，石炭纪沉积物和陨石中。通常与镍合金化，例如在矿物金刚石中。

用于采矿的主要铁矿物如下：赤铁矿（三氧化_二铁，Fe ₂ O ₃），磁铁矿（四氧化三铁，Fe ₃ O ₄），褐铁矿（氢氧化水合氧化亚铁）和菱铁矿（碳酸铁，FeCO ₃）。

人的平均铁含量为4.5克，其中65％为血红蛋白形式。该蛋白质参与血液中氧气的运输及其向不同组织的分布，随后被肌红蛋白和神经球蛋白吸收。

尽管铁对人类有许多好处，但过量的金属仍具有非常严重的毒性作用，尤其是对肝脏，心血管系统和胰腺。遗传性血色素沉着症就是这种情况。

铁是建筑，力量和战争的代名词。另一方面，由于它的丰富性，在开发新材料，催化剂，药物或聚合物时总是要考虑的替代方法。尽管锈色为红色，但它是一种环保绿色金属。

历史

古代

铁已经加工了数千年。然而，由于其易被腐蚀而导致损坏，因此很难找到如此古老的铁质物体。已知最古老的铁器是由陨石中发现的铁器制成的。

在埃及的格扎（Gerzah）发现的一种珠子是在公元前3500年制造的，在图坦卡蒙（Tutankhamun）的墓中发现了一把匕首就是这种情况。铁陨石的特点是镍含量高，因此可以在这些物体中鉴定其出处。

公元前3000-2700年之间，在叙利亚的阿斯玛，美索不达米亚和泰勒查加尔巴扎尔也发现了铸铁的证据，尽管铸铁始于青铜时代，但取代铸铜花费了几个世纪的时间。

另外，在印度，公元前1800年至1200年，以及在黎凡特，大约在公元前1500年发现了铸铁文物，人们认为铁器时代始于公元前1000年，因为其生产成本降低了。

它出现在公元前700至500年的中国，可能是通过中亚运输的。在中国江苏六合发现了第一批铁器。

欧洲

欧洲通过使用所谓的嘎拉锻造来生产锻铁。该过程需要使用煤作为燃料。

中世纪的高炉高3.0 m，由耐火砖制成，空气由手动风箱供应。1709年，亚伯拉罕·达比（Abraham Darby）建立了焦炭高炉来生产铁水，代替木炭。

廉价铁的供应是导致工业革命的因素之一。在此期间，开始将生铁提炼成锻铁，用于建造桥梁，轮船，仓库等。

钢

钢铁比锻铁使用更高的碳浓度。钢铁于公元前1000年在波斯的卢里斯坦（Luristan）生产。工业革命期间设计了无碳铁棒的新生产方法，后来被用于生产钢。

在1850年代后期，亨利·贝塞默（Henry Bessemer）设计将空气吹入熔融的生铁中以生产低碳钢，这使钢铁生产更加经济。这导致锻铁产量减少。

物产

出现

金属光泽，带淡灰色调。

原子重量

55,845个

原子序数（Z）

26

熔点

1,533摄氏度

沸点

2,862摄氏度

密度

-环境温度：7.874g / mL。

-熔点（液体）：6.980g / mL。

熔化热

13.81 kJ /摩尔

汽化热

340 kJ /摩尔

摩尔热容量

25.10 J /（摩尔K）

电离能

-第一电离能级：762.5 kJ / mol（Fe ⁺气态）

-第二电离水平：1,561.9 kJ / mol（Fe ²⁺气态）

-第三电离水平：2.957，kJ / mol（Fe ³⁺气态）

电负性

鲍林标度为1.83

原子无线电

经验的126 pm

导热系数

80.4瓦/（mK）

电阻率

96.1Ω·m（在20ºC时）

居里点

约770℃。在此温度下，铁不再是铁磁性的。

同位素

稳定同位素：⁵⁴ Fe，丰度为5.85％；铁⁵⁶，丰度91.75％；⁵⁷ Fe，丰度为2.12％; 和⁵⁷的Fe，具有丰富的0.28％。由于⁵⁶ Fe是最稳定和最丰富的同位素，因此铁的原子量非常接近56 u也就不足为奇了。

放射性同位素为：⁵⁵ Fe，⁵⁹ Fe和⁶⁰ Fe。

结构和电子配置

-农作物

室温下的铁在以人体为中心的立方结构（bcc）中结晶，这也称为α-Fe或铁素体（在冶金术语中）。由于铁可以根据温度和压力采用不同的晶体结构，因此铁是同素异形金属。

异素体密件抄送是普通的铁（铁磁），人们很了解这种铁，并且被磁铁吸引。当加热到771ºC以上时，它变为顺磁性，尽管其晶体仅膨胀，但这种“新相”以前被认为是β-Fe。铁的其他同素异形体也是顺磁性的。

在910ºC和1,394ºC之间，发现铁是奥氏体或γ-Fe合金，其结构为面心立方fcc。奥氏体和铁素体之间的转化对炼钢有重要影响；因为碳原子比铁素体更易溶于奥氏体。

然后，在高于1394ºC的温度直至其熔点（1538ºC）时，铁恢复为bcc结构，即δ-Fe。但是与铁氧体不同，这种同素异形体是顺磁性的。

厄普西隆铁

通过在几百摄氏度的温度下将压力增加到10 GPa，α或铁素体同素异形体会演变为ε异形素，ε，其特征是在紧凑的六角形结构中结晶。即具有最紧密的铁原子。这是铁的第四种同素异形体形式。

一些研究对在这样的压力下甚至在更高的温度下可能存在的其他同素异形铁进行了理论分析。

-金属链接

不论铁同素异形体和“摇动”其Fe原子的温度，还是压紧它们的压力，它们都以相同的价电子彼此相互作用。这些是在其电子配置中显示的：

3d ⁶ 4s ²

因此，有八个电子参与金属键，无论在同素异形跃迁期间是弱还是强。同样，正是这八个电子定义了铁的性质，如铁的导热性或导电性。

-氧化数字

铁最重要（也是最常见）的氧化数是+2（Fe ²⁺）和+3（Fe ³⁺）。实际上，常规术语仅考虑这两个数字或状态。但是，在某些化合物中，铁可能会获得或失去其他数量的电子。即，假定存在其他阳离子。

例如，铁还可以具有+1（Fe ⁺），+ 4（Fe ⁴⁺），+ 5（Fe ⁵⁺），+ 6（Fe ⁶⁺）和+7（Fe ^{7 +}）。阴离子高铁酸盐物种FeO ₄ ^2-具有氧化值为+6的铁，因为四个氧原子已将其氧化到这种程度。

同样，铁可以具有负的氧化数。如：-4（FE ^4-），-2（铁^2-）和-1（铁^- ）。但是，具有铁中心并具有这些电子增益的化合物非常罕见。这就是为什么尽管在这方面它超过了锰，但后者以其氧化态范围形成了更稳定的化合物。

结果，出于实际目的，考虑Fe ²⁺或Fe ³⁺就足够了；其他阳离子则保留一些特定的离子或化合物。

如何获得？

钢制装饰品，最重要的铁合金。资料来源：Pxhere。

原料收集

我们必须继续寻找最合适的矿物来开采铁。最常用的矿物有：赤铁矿（Fe ₂ O ₃），磁铁矿（Fe ₃ O ₄），褐铁矿（FeO·OH·nH ₂ O）和菱铁矿（FeCO ₃）。

然后，提取的第一步是用铁矿石收集岩石。这些岩石被压碎成小块。随后，就是用铁矿石选择岩石碎片的阶段。

选择时遵循两种策略：使用磁场和在水中沉淀。岩石碎片受到磁场的作用，而矿物碎片在其中定向，因此能够被分离。

在第二种方法中，岩石碎块被倾倒入水中，而含铁的碎块由于较重而沉降在水底，而由于其重量较轻，则将煤the石留在水的上部。

高炉

生产钢铁的高炉。资料来源：

铁矿石被运送到高炉，在那里与焦煤一起倾倒，焦煤起着燃料和碳供应者的作用。另外，添加石灰石或石灰石，其起到助熔剂的作用。

将高炉和先前的混合物一起注入温度为1000ºC的热空气。铁通过煤的燃烧而熔化，使温度达到1800ºC。一旦变成液体，就称为生铁，它会堆积在烤箱底部。

将生铁从熔炉中取出，倒入容器中，然后运到新的铸造厂。炉渣是位于生铁表面的杂质，被丢弃。

通过使用钢包将生铁与石灰石熔剂一起倒入转炉中，并在高温下引入氧气。因此，碳含量降低，精炼生铁将其转变为钢。

随后，将钢通过电炉以生产特殊钢。

应用领域

-金属铁

英格兰的铁桥，是用铁或其合金制成的众多建筑之一。资料来源：未提供机器可读的作者。Jasonjsmith假定（基于版权主张）。

由于它是一种低成本，可延展，易延展的金属，具有抗腐蚀性能，因此已成为人类最有用的金属，其形式多样：锻造，铸造和钢种。

铁用于建造：

-桥梁

-建筑基础

-门和窗户

-船体

-不同的工具

-饮用水管道

-用于收集废水的管

-花园家具

-家庭安全格栅

它也用于生产家用电器，例如锅，平底锅，刀，叉。此外，它还用于制造冰箱，火炉，洗衣机，洗碗机，搅拌机，烤箱，烤面包机。

简而言之，铁存在于围绕人类的所有物体中。

纳米粒子

金属铁也被制备为纳米颗粒，其具有高反应性并保留了宏观固体的磁性。

这些Fe球（及其多种其他形态）用于纯化有机氯化合物的水，并作为药物载体通过施加磁场传递到身体的特定区域。

它们还可以在碳键CC断裂的反应中用作催化载体。

-铁化合物

氧化物

氧化亚铁FeO用作晶体颜料。氧化铁Fe ₂ O ₃是从黄色到红色（称为威尼斯红）的多种颜料的基础。红色形状称为胭脂，用于抛光贵重金属和钻石。

氧化铁铁Fe ₃ O ₄用于铁氧体，具有高磁性和电阻率的物质，可用于某些计算机存储器和磁带涂层。它也已被用作颜料和抛光剂。

硫酸盐

七水硫酸亚铁FeSO ₄ ·7H ₂ O是最常见的硫酸亚铁形式，称为绿色硫酸或铜亚铁。它用作还原剂，并用于制造油墨，肥料和农药。它也可用于电镀铁。

硫酸铁Fe ₂（SO ₄）₃用于获得明矾铁和其他铁化合物。它在废水净化中用作凝结剂，在纺织品染色中用作媒染剂。

氯化物

氯化亚铁FeCl ₂用作媒染剂和还原剂。同时，氯化铁FeCl ₃被用作金属（银和铜）和某些有机化合物的氯化剂。

用六氰基高铁酸根离子^--4处理Fe ³⁺会产生蓝色沉淀，称为普鲁士蓝，用于油漆和清漆。

铁食品

蛤是铁的丰富食物来源。资料来源：Pxhere。

通常，建议每天摄入18 mg铁。在日常饮食中提供的食物包括：

贝类提供血红素形式的铁，因此在肠中对铁的吸收没有抑制作用。每100克蛤最多提供28毫克铁。因此，这种蛤lam的数量足以满足铁的日常需求。

菠菜每100克含3.6毫克铁。牛肉器官肉，例如小牛肉肝，每100克含6.5毫克铁。血肠的贡献可能会更高。血肠由小肠部分组成，里面塞满了牛肉血。

每198克豆类（例如小扁豆）含6.6毫克的铁。红肉每100克含有2.7毫克的铁。南瓜籽每28克含4.2毫克。藜麦每185克含铁2.8毫克。土耳其黑肉每100克含有2.3毫克。西兰花每156毫克含2.3毫克。

豆腐每126克含有3.6毫克。同时，黑巧克力每28克含3.3毫克。

生物作用

铁具有许多功能，特别是在脊椎动物中。据估计，超过300种酶需要铁才能发挥其功能。在使用它的酶和蛋白质中，以下被命名为：

-具有血红素基团且不具有酶促活性的蛋白质：血红蛋白，肌红蛋白和神经红蛋白。

-涉及血红素基团的酶参与电子传输：细胞色素a，b和f，以及细胞色素氧化酶和/或氧化酶活性；亚硫酸氧化酶，细胞色素P450氧化酶，髓过氧化物酶，过氧化物酶，过氧化氢酶等

-与氧化还原酶活性有关的含铁硫蛋白，涉及能量产生：琥珀酸脱氢酶，异柠檬酸脱氢酶和乌头酸酶，或涉及DNA复制和修复的酶：DNA聚合酶和DNA螺旋酶。

使用铁作为辅酶的非血红素酶具有催化活性：苯丙氨酸水解酶，酪氨酸水解酶，色氨酸水解酶和赖氨酸水解酶。

非铁血红蛋白负责铁的运输和存储：铁蛋白，转铁蛋白，触珠蛋白等

风险性

毒性

暴露于过量铁中的风险可能是急性的，也可能是慢性的。急性铁中毒的一个原因可能是过量摄入铁片，形式包括葡萄糖酸盐，富马酸盐等。

铁会刺激肠粘膜，其不适感在摄入后立即显现，并在6至12小时后消失。吸收的铁沉积在不同的器官中。这种积累会引起代谢紊乱。

如果摄入的铁量有毒，可能会引起腹膜炎而引起肠穿孔。

在心血管系统中，它会导致血容量不足，这可能是由胃肠道出血以及铁释放的血管活性物质（例如5-羟色胺和组胺）引起的。最终，会发生肝脏大量坏死和肝衰竭。

血色素沉着症

血色素沉着症是一种遗传性疾病，其表现出体内铁调节机制的改变，表现为血液中铁的浓度增加及其在不同器官中的积累。包括肝脏，心脏和胰腺。

该病的最初症状如下：关节痛，腹痛，疲劳和无力。具有以下症状和疾病的后续征兆：糖尿病，性欲减退，阳imp，心力衰竭和肝衰竭。

血铁症

顾名思义，铁血黄素沉着病的特征是铁血黄素在组织中的积累。这不会引起组织损伤，但会演变为类似于血色素沉着症的损伤。

铁血黄素沉着病可能由以下原因引起：饮食中铁的吸收增加，溶血性贫血使红细胞释放铁，以及过多的输血。

血统铁血和血色症可能是由于铁调素铁的功能不足引起的，铁调素是肝脏分泌的一种激素，参与人体铁的调节。

参考文献

1. 颤抖和阿特金斯。（2008）。无机化学。（第四版）。Mc Graw Hill。
2. Foist L.（2019年）。铁的同素异形体：类型，密度，用途和事实。研究。摘自：study.com
3. Jayanti S.（nd）。铁的同素异形体：热力学和晶体结构。冶金。从以下网站恢复：engineeringenotes.com
4. Nanoshel。（2018）。铁纳米电源。从以下网址恢复：nanoshel.com
5. 维基百科。（2019）。铁。从以下位置恢复：en.wikipedia.org
6. 萨罗普郡历史。（sf）。铁性能。从以下位置恢复：shropshirehistory.com
7. Dough Stewart博士。（2019）。铁元素的事实。从以下地址恢复：chemicool.com
8. Franziska Spritzler。（2018年7月18日）。11种富含铁的健康食品。从以下网站恢复：healthline.com
9. Lenntech。（2019）。元素周期表：铁。从以下网址恢复：lenntech.com
10. 大英百科全书的编辑。（2019年6月13日）。铁。不列颠百科全书。从以下位置恢复：britannica.com