“多才多艺”的铁元素

发布时间：2021-03-10 02:32

　　铁在自然界中含量丰富,化学性质活泼,能够形成多种应用广泛的物质及材料,富有发展潜力。简述了铁元素的发现与性质,并重点介绍了铁的功能与应用。其中铁的应用主要围绕铁及其化合物在医学治疗、能源材料和环境保护领域所发挥的重要作用进行了阐述。 

【文章来源】：化学教育(中英文). 2020,41(20)北大核心

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【部分图文】：

铁制农具

铁的化学性质比较活泼,从地球化学角度来看,铁在自然界中有4种稳定同位素,分别为54Fe、56Fe、57Fe、58Fe,铁能够广泛参与低温和高温地质环境中各类生物或无机氧化还原过程,被看作是地质过程中最重要的氧逸度缓冲剂[4]。从配位化学角度来看,铁原子或铁离子可与无机、有机离子或分子彼此结合形成不同配位化合物,比如为印墨和涂料工业所大量采用的廉价深蓝色无机颜料普鲁士蓝,又名亚铁氰化铁,化学式为Fe4[Fe(CN)6]3,见图3。它被认为是最早见于记录的配合物,与黄色颜料铬酸铅以某种比例混合后形成铅铬绿的绿色油漆颜料。从磁化学角度来看,铁及铁形成的合金与化合物均具有磁性,这一性质也称为“铁磁性”,例如含铁类矿石中最普遍的矿物——磁铁矿,主要成分为Fe3O4。颜色为铁黑色,具有强磁性,在中国古代典籍中被称为“磁石”。再比如采用磁屏蔽方法解决无线电能传输系统中的磁泄漏问题,与铝相比,锰锌铁氧体(铁的复合氧化物,一种软磁铁氧体)屏蔽材料可显著提高系统传输效率,减少漏磁现象的产生[5]。3 铁的功能与应用

铁为元素周期表中的第26号元素,位于第四周期,Ⅷ族。化学符号为Fe,原子外层电子排布为3d64s2,相对原子质量为55.85。铁是历史上最早发现的元素之一,来自于天空掉落的陨石,其中铁陨石中铁的质量分数为90.85%。美国“好奇号”火星车曾在火星上发现具有独特形状和表面光泽的巨大铁陨石,这块铁陨石被命名为“黎巴嫩”,见图1。应用微波消解/电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)检测陨石中的微量元素,与石陨石(主要成分是硅酸盐)相比,铁陨石中的重金属元素和稀土元素的含量远高于石陨石[1]。铁在古埃及时期被看作是神妙莫测的宝贵金属,那时的埃及人干脆将铁称为“天石”。关于铁元素的名称用字,由于在我国古代文献《汉书食货志》《说文解字》《神农本草经》等中有过记录,因而被确立为“铁(Fe)”[2]。铁在自然界中分布较广泛,元素含量在地壳中处于第4位,仅次于氧、硅、铝。而在人类早期发现和利用铁时,却遇到一些困难,因为纯净的生铁(银白色)很容易被氧化,表面常常会覆盖一层黑色“保护膜”(主要成分为四氧化三铁),这也是铁元素在工业上被称为“黑色金属”的由来。为了在生产中更好地利用铁,随着青铜冶铸技术的成熟,铁的冶炼技术也开始逐渐发展,标志着人类发展史中“铁器时代”随之到来。目前世界上发现最早的铁器为公元前2500年左右在古代小亚细亚地域(现今土耳其)的赫梯人陵墓中出土的铜柄铁刃匕首。随着冶铁技术向外传播,自公元前800年至公元前500年,冶铁技术由伊朗传播到中国[3]。在我国,中原区域居民的人工冶铁技术约萌芽于西周晚期到春秋早期,之后从战国时期到东汉初年,使用铁器开始普遍,比如铁制农具得到发展,见图2。铁在当时成为我国最主要的金属,以上就是我国冶铁技术的起源。时至今日,人类生活中用量最多的金属也非铁莫属,比如日常生活中常见的栅栏、门锁、铁壶、工具等,这也体现出铁在实际生活中具有十分重要的使用价值。


本文编号：3073902