鉄の起源を考えるとき、あなたの心はおそらく中世の製鉄所のビジョンに迷い込んでいます 鍛造またはその他の製造プロセスは、ハードで実践的な作業と非常に高いことを特徴としています 温度。 しかし、人間の産業でさまざまな方法で使用される金属の一種であることに加えて、鉄は化合物や合金ではなく元素としても使用されます。つまり、鉄の単一の原子を分離することが可能です。 これは、ほとんどの身近な資料には当てはまりません。 たとえば、まだ水と呼ぶことができるよりも少ない量の水には、3つの原子が含まれ、そのうちの1つは酸素で、他の2つは水素です。
興味深いことに、人々はここの製造現場で鉄を異常に高い温度と関連付けていますが 元素としての地球、鉄は、その存在を非常に熱く遠く離れた出来事に負っているので、関係する数はほとんどありません センス。 したがって、鉄がどのように作られるかを研究するには、2つの並行プロセスが必要です。 そしてそれがどのように地球に到達したか、そして地球上の人々がどのように日常的にそして専門的に鉄を作りそして使用するか 活動。 これらのトピックは、次に、生命システム内および生命システムによる鉄の使用についての議論を招き、さまざまな要素がどのように発生し、宇宙全体に広がるかについての一般的な見方を示します。
鉄の簡単な歴史
鉄は紀元前3500年頃から、または5、500年以上前から人類に知られています。 その名前は、「イレン」であったアングロサクソン人のバージョンに由来しています。 周期表の鉄の記号Feは、鉄を意味するラテン語の鉄に由来します。 あなたが薬局を熟読していて、たまたま鉄サプリメントを見た場合、それらの名前のほとんどが「鉄」の何か（硫酸塩やグルコン酸塩など）であることに気付くでしょう。 化学の文脈で「鉄」または「第二鉄」という言葉を目にしたときはいつでも、鉄が議論されていることをすぐに認識する必要があります。 「皮肉な」という言葉は素晴らしく有用な言葉ですが、物理科学の世界では何の役割も果たしていません。
鉄についての化学の事実
鉄（略してFe）は、日常の目的だけでなく、元素の周期表でも金属として分類されます（インタラクティブな例については、「参考文献」を参照してください）。 これはおそらく驚くことではありませんが、実際には、金属は本質的に非金属を大幅に上回っています。 人間が実験室で発見または作成した113の元素のうち、88は金属に分類されます。
ご存知かもしれませんが、原子は、ほぼ質量のない電子の「雲」に囲まれた、ほぼ等しい質量の陽子と中性子の混合物を含む原子核で構成されています。 陽子と電子は同じ大きさの電荷を帯びていますが、陽子の電荷は正であり、電子の電荷は負です。 鉄の原子番号は26です。これは、鉄が電気的に中性の状態で26個の陽子と26個の電子を持っていることを意味します。 その原子量は、四捨五入すると単純に陽子と中性子の合計になりますが、1モルあたり56グラムの恥ずかしがり屋です。つまり、最も化学的に安定した形には（56-26）= 30個の中性子が含まれます。
鉄はいくつかの手ごわい物理的性質を持っています。 密度は7.87g / cmです。3、水の密度のほぼ8倍になります。 （密度は単位体積あたりの質量です。 水の量は1.0g / cmと定義されています3 慣例により。）鉄は摂氏20度（68 F）の固体であり、化学の目的では一般に「室温」と見なされます。 その融点は非常に高い1538C（2800 F）ですが、その沸点、つまり溶鉄が蒸発してガスになり始める温度は、灼熱の2861 C（5182 F）です。 したがって、金属加工では、使用される炉の種類が非常に強力でなければならないのも不思議ではありません。
鉄は、質量で、地球の地殻で4番目に豊富な元素です。 しかし、惑星の溶融コアが主に液化鉄、ニッケル、硫黄で構成されていると考えられていることを考えると、地球の鉄の総シェアはかなり大きい可能性があります。 採掘作業で地面から鉄が抽出されるとき、それは鉱石の形になります。これは、1つまたは複数の種類の岩石と混合された元素鉄です。 最も一般的なタイプの鉄鉱石は赤鉄鉱ですが、磁鉄鉱とタコナイトもこの金属の重要な供給源です。
鉄は他の金属に比べて非常に簡単に錆びたり腐食したりします。 現在、精製される金属の10分の9に鉄が含まれているため、これはエンジニアにとって問題となります。
鉄の使用
人間が使用するために採掘された鉄のほとんどは、鋼の形になります。 「鋼」は合金であり、金属の混合物を意味します。 今日この製品の人気のある形態は炭素鋼と呼ばれ、炭素はすべての形態でこの鋼の質量のごく一部にしか寄与しないため、多少誤解を招く可能性があります。 炭素鋼の最高炭素形態では、炭素は金属の質量の約2パーセントを占めます。 この数字は、金属が「炭素鋼」の称号を失うことなく、1パーセントの1/10まで及ぶ可能性があります。
次に、炭素鋼を他の金属と戦略的に混ぜ合わせて、特定の望ましい特性を備えた合金を生成することができます。 たとえば、ステンレス鋼は、10質量パーセントを超えるかなりの量のクロムを含む炭素鋼の一種です。 この材料は、その耐久性と、耐食性が高いため、光沢のある光沢のある外観を長期間維持する傾向があることで有名です。 ステンレス鋼は、建築、ボールベアリング、手術器具、食器で際立って機能します。 純粋な金属の表面で反射がはっきりと見える場合は、一種のステンレス鋼を見ている可能性があります。
ニッケル、バナジウム、タングステン、マンガンなどの適切な量の金属が鋼に組み込まれると、すでに硬い物質がさらに硬くなります。 したがって、これらの合金鋼は、橋、切断器具、および電気グリッドコンポーネントに含めるのに適しています。
鋳鉄と呼ばれる非鋼タイプの鉄には、（少なくとも鉄の金属加工の基準では）大量の炭素が含まれています：3〜5パーセント。 鋳鉄は鋼ほど丈夫ではありませんが、かなり安いので、鋼から鋳造に移行する際に アイアン、プライムリブから70％リーンに移行するときと同じ一般的なトレードオフを行います ハンバーガー。
鉄はどのように作られていますか？
地球上の鉄は、鉄鉱石から作られているか、より適切に抽出されています。 鉄鉱石の「岩」部分には、鉱石の種類に応じてさまざまな量の酸素、砂、粘土が含まれています。 初期のそのような工場が呼ばれたように、製鉄所の仕事は、鉄を残しながら、岩や他の砂利をできるだけ取り除くことです-少し違います 原則として、ピーナッツを殻から取り出すか、オレンジを剥がして良い部分に到達します。ただし、鉄鉱石の場合、鉄は単に使い捨てで囲まれているだけではありません。 材料; それはそれにぴったりと混ざっています。
鉄工所の困難な気温と全体的な物理的課題にもかかわらず、人間はすでにキリスト教以前の時代にそれらを使用していました。 製鉄業は、紀元前5世紀にヨーロッパ本土と西アジアを経由してイギリス諸島に最初に到達しました。 当時、鉄は物理的に分離されていました 木炭、粘土、鉱石自体のみを使用して、可能な限り不要な材料を、使用する温度と比較して適度な温度に加熱します。 フォローしてください。 いずれにせよ、製錬は紀元前1500年までに進行していましたが、30世紀近く後、1400年代に高炉が発明され、「産業」（当時のような）が根本的かつ永遠に変化しました。
今日、鉄は高炉でヘマタイトまたはマグネタイトを「コークス」と呼ばれる炭素と炭酸カルシウム（CaCO）とともに加熱することによって作られています。3）、石灰岩としてよく知られています。 これにより、約3％の炭素とその他の偽和物を含む化合物が生成されます。品質は理想的ではありませんが、鋼を製造するには十分です。 毎年、世界中で約13億メートルトン（約14.3億米トン、または約3兆ポンド）の原油が生産されています。
鉄はどこから来たのですか？
ステンレス製の食器洗い機や薪ストーブの鉄がどこから来るのかは、そもそも宇宙のどこにでも鉄が存在するようになった経緯よりも、おそらくはるかに興味深い質問ではありません。 鉄は重元素と見なされており、このタイプの元素は、超新星と呼ばれる壊滅的な「星の死」イベントでのみ作成できます。 ほとんどの星は水素の燃料供給を通して燃え尽きるときに一種の不完全核爆発を起こしますが、いくつかの星は文字通り強打で消えます。
これらは統計的にまれなイベントであり、範囲全体で100年ごとに数回しか発生しません。 天の川銀河全体の中で、ゆっくりと回転する巨大な星の山や、人間が呼ぶ他の物質 家。 しかし、それらは非常に重要でもあります。 それらがなければ、かなり小さな元素を衝撃で融合させ、鉄、銅、水銀、金、ヨウ素、鉛などのさらに大きな元素を作り出すのに必要な力は存在しなかったでしょう。 そして常に、これらの要素の特定の部分が宇宙を長距離移動し、時には隕石の衝突の形で地球に定着します。
自然界ではどのように元素が形成されていますか？
鉄は、通常の元素で生成できる元素の観点から、おおよそのカットオフポイントを表すと考えられています 星の燃焼プロセス（これらのプロセス自体が何らかの形で本当に「普通」であるかのように）および作成することしかできないプロセス 超新星によって。
ほとんどの元素（酸素、原子番号8から、おそらく鉄を含まない、原子番号26）は、星が水素供給を使い果たし始めると作られます。 星が「燃える」理由は、水素との無数の核融合反応を絶えず受けているからです。 最も軽い元素（原子番号1）が他の水素原子と衝突してヘリウム（原子番号）を形成します 2). 最終的に、星の最も内側の部分で、ヘリウム原子がグループで衝突して炭素を形成します（原子番号6）。
人体の鉄
あなたはおそらく、鉄が人間の食事に不可欠であると認識しているのは、 食品メーカー（「このシリアルには、米国が推奨する1日あたりの許容量の100％が含まれています。 鉄！"）。 ただし、これがなぜなのかわからない場合があります。
実は、典型的な人体には約4グラムの元素鉄が含まれています。 それは大したことのように聞こえないかもしれませんが、なぜあなたの体はそれに金属を必要とするのでしょうか？ 実際、鉄は赤血球（RBC）に見られる酸素結合タンパク質であるヘモグロビンの重要な部分です。 RBCは、酸素を肺から組織に輸送し、そこで細胞呼吸に使用します。
食事摂取量が不足しているために人々が鉄分を不足するようになると（鉄分は肉に含まれていますが、 特に内臓肉、および特定の穀物）または全身性の病状、それらのRBCはそれらを行うことができません 適切に仕事。 貧血と呼ばれるこの状態では、人々は適度な労作の後に息切れし、倦怠感、頭痛、全身の脱力感に苦しむことがよくあります。 重症の場合、貧血を矯正するために輸血が必要になることがありますが、通常、矯正は鉄を含む錠剤や液体の補給を使用して行われます。