走进铁的世界

2015-05-30尹涛

天天爱科学 2015年8期

尹涛

看看你的身边都有哪些东西是铁构成或做成的。铅笔刀、叉子、汤勺、剪刀、回形针、电梯、建筑工地上的钢筋、路上行驶的汽车……我想你是列不完的，铁作为一种金属，已经完全渗透到我们的生活中了。铁元素是地球上分布最广的金属之一，约占地壳质量的5.1%，仅次于氧、硅和铝元素，居第四位。

铁元素虽然在自然界中分布极为广泛，但人类发现和利用铁却比铜要晚很多。这是因为天然的单质状态的铁在地球上非常稀少，大部分铁是以化合物的形式存在于铁矿石中。另外，由于铁的熔点（1538℃）又比铜（1084.6℃）高得多，就使得它比铜更难于熔炼。人类最早发现的铁是从天空落下来的铁陨石，铁陨石中含铁的百分比很高，是铁、镍、钴等金属的混合物。在熔化铁矿石的方法问世之前，人类不可能大量地获得单质铁的时候，铁一直被视为一种带有神秘性的最珍贵的金属。

从距今至少5000年起，埃及人开始使用铁。到公元前1000年左右，铁制器物才取代了铜制器物在日常用具中占统治地位。铁的发现和大规模使用，是人类发展史上的一个光辉里程碑，它把人类从石器时代、青铜器时代带进铁器时代，推动了人类文明的发展。在今天的日常生活里，铁可以算是最有用、最廉价、最丰富、最重要的金属。在现代工业中，铁的用途更为广泛，一个国家的钢铁年产量代表了该国的工业现代化水准。

铁不仅仅在人们的日常生活以及工业生产中广泛存在，而且它还存在于人的身体中，并起着非常重要的作用。人体内的血红细胞中含有铁原子，这个铁原子像一个邮递员，把氧气从肺携带到心脏和大脑，然后把二氧化碳带回肺中呼出。

能提炼出铁的铁矿石有赤铁矿、磁铁矿、褐铁矿、菱铁矿和黄铁矿，前三种矿石铁含量高，而后两种含铁量则比较低。

铁的优点很多，但它有一个缺点让它饱受诟病，那就是生锈。铁生锈在日常生活中随处可见，例如下水道的井盖、操场上的体育设施等。铁生锈不仅仅是让铁制品变得难看，更重要的是铁制品会慢慢地被腐蚀（吃掉）。据估算，全球每年因为铁生锈要损失数十亿美元。

为了防止铁生锈，人们想出了很多办法，例如给铁制品表面涂刷阻锈剂或油漆。另外，还有一种办法是给铁表面遮镀上一层其他金属，如镀锌、镀锡和镀铬等。这些金属保护了里面的铁，让它不与水和氧气接触，避免生锈。

根据铁中含碳量的不同，铁分为生铁、熟铁和钢。生铁含碳量高，坚硬耐磨，但没有延展性，不能锻造；熟铁含碳量低，韧性很强，可以锻打成形，但硬度不够；钢的含碳量适中，兼具生铁和熟铁的优点，既刚硬又强韧，成为现代工业重要的材料，譬如建造跨海的钢铁大桥。