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走进铁的世界

2015-05-30尹涛

天天爱科学 2015年8期
关键词:磁石含碳量生铁

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。

铁质的东西能被磁石吸引,用磁石可以收集钉子、回形针甚至是沙子里的铁屑。被磁石吸引的钉子因为含有铁原子也变得有了磁性,但是一旦磁石拿走后,铁钉的磁性就会消失。

(责任编辑 杨朝旭)

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