鐵

本文是關於金屬元素的。對於其他用途，請參閱鐵（歧義）.
鐵，26鐵
Pure iron chips with a high purity iron cube
鐵
同素看鐵的同素
外貌有光澤的金屬和灰色的色調
標準原子重量一個r°（Fe）
  • 55.845±0.002
  • 55.845±0.002（簡略）[1]
鐵在週期表
–
↑
鐵
↓
ru
錳←鐵→鈷
原子數（z）26
團體第8組
時期週期4
堵塞 D塊
電子配置[ar] 3d64s2
每個外殼的電子2、8、14、2
物理特性
階段在STP堅硬的
熔點1811k（1538°C，2800°F）
沸點3134 K（2862°C，5182°F）
密度（靠近R.T.）7.874 g/cm3
當液體時（在M.P.）6.98 g/cm3
融合熱13.81KJ/mol
汽化熱340 kJ/mol
摩爾熱容量25.10 j/（mol·k）
蒸汽壓力
p （PA）1101001 k10 k100 k
在t （k）172818902091234626793132
原子特性
氧化狀態-4，-2，-1、0，+1，[2]+2，+3，+4，+5，[3]+6，+7[4]（一個兩性氧化物）
電負性鮑林量表：1.83
電離能
  • 1：762.5 kJ/mol
  • 第二：1561.9 kJ/mol
  • 第三：2957 kJ/mol
  • （更多的）
原子半徑經驗：126下午
共價半徑低自旋：132±3 pm
高自旋：152±6 pm
范德華半徑194[1]下午
Color lines in a spectral range
光譜線鐵
其他屬性
自然發生原始
晶體結構​以身體為中心的立方體（BCC）
Body-centered cubic crystal structure for iron

一個= 286.65 pm
晶體結構​面部中心立方體（FCC）
Face-centered cubic crystal structure for iron

在1185–1667 K之間；一個= 364.680 pm
聲音的速度細棒5120 m/s（在R.T.）（電解）
熱膨脹11.8 µm/（M·K）（在25°C下）
導熱係數80.4 W/（M·K）
電阻率96.1nΩ·毫米（在20°C下）
居里點1043 k
磁性排序鐵磁
楊的模量211 GPA
剪切模量82 GPA
散裝模量170 GPA
泊鬆比0.29
莫斯硬度4
維克斯硬度608 MPA
Brinell硬度200–1180 MPA
CAS號7439-89-6
歷史
發現前公元前5000年
象徵“ fe”：來自拉丁語渡輪
主要的鐵的同位素
同位素豐富半衰期（t1/2）衰減模式產品
54鐵5.85％穩定的
55鐵syn2.73 yε55Mn
56鐵91.75％穩定的
57鐵2.12％穩定的
58鐵0.28％穩定的
59鐵syn44.6 dβ−59co
60鐵痕跡2.6×106yβ−60co
類別：鐵
|參考

鐵（/ˈAɪən/）是化學元素和象徵鐵（從拉丁：ferrum） 和原子數26.這是一個金屬屬於第一個過渡系列和第8組的週期表。這是，按彌撒，最常見的元素上地球，就在氧（分別為32.1％和30.1％），形成地球的大部分外和內核。這是第四大常見的地殼中的元素.

在金屬狀態下，鐵很少地球的地殼，主要限制為沈積隕石.鐵礦石相比之下，儘管從中提取可用的金屬需要窯或者爐能夠達到1,500°C（2,730°F）或更高，大約500°C（932°F）高於冶煉銅。人類開始掌握這一過程歐亞大陸在此期間公元前第二千年和鐵的使用工具和武器開始移位銅合金，在某些地區，僅公元前1200年。該事件被認為是從青銅時代到鐵器時代。在裡面現代世界，鐵合金，例如鋼，不銹鋼，鑄鐵和特殊鋼，由於其機械性能和低成本，是迄今為止最常見的工業金屬。這鋼鐵工業因此，在經濟上非常重要，鐵是最便宜的金屬，價格為每公斤幾美元或每磅幾美元（請參閱金屬＃使用）。

原始和光滑的純鐵表面是鏡面的銀灰色。但是，鐵很容易做出反應氧和水給黑色呈棕色水合鐵氧化物，通常稱為銹。與其他一些形成的金屬的氧化物不同鈍化層，生鏽的體積比金屬佔據更多的體積，從而剝落了剝落，從而暴露出更多新鮮的表面以進行腐蝕。儘管鐵很容易做出反應，但高純度鐵，稱為電解鐵，具有更好的耐腐蝕性。

成年人的身體含有大約4克（體重0.005％）的鐵，主要是血紅蛋白和肌紅蛋白。這兩個蛋白質扮演基本角色脊椎動物代謝， 分別氧運輸經過血液和氧氣存儲肌肉。為了維持必要的水平，人鐵代謝飲食中需要最少的鐵。鐵也是許多重要的活性位置的金屬氧化還原酶處理細胞呼吸和氧化和還原在動植物中。[5]

化學上，鐵的最常見氧化態是鐵（II）和鐵（III）。鐵擁有其他其他特性過渡金屬，包括另一個第8組元素，釕和鋨。鐵形式化合物範圍很廣氧化狀態，-2至+7。鐵也形成了許多協調化合物;其中一些，例如二新，鐵氧化物， 和普魯士藍，具有實質性的工業，醫學或研究應用。

特徵

同素

主要文章：鐵的同素
在室溫下α鐵的摩爾體積與α鐵的壓力

至少四種鐵的同素（在實體中不同的原子排列）是已知的，通常表示α，γ，δ， 和ε.

低壓相圖純鐵

前三個形式在普通壓力下觀察到。當熔融鐵冷卻其冰點1538°C時，它結晶成其δ同形以身體為中心的立方體（BCC）晶體結構。隨著它進一步冷卻至1394°C，它變為其γ鐵同素原狀，A面部中心立方體（FCC）晶體結構或奧氏體。在912°C及以下時，晶體結構再次成為BCCα-鐵同素異形體。[6]

在非常高的壓力和溫度下鐵的物理特性也得到了廣泛的研究，[7][8]由於它們與關於地球和其他行星岩心的理論相關。高於大約10 GPA和幾百個開爾文的溫度，α鐵變為另一個六角形封閉（HCP）結構，也稱為ε鐵。較高的溫度γ期也會變成ε鐵，但在較高的壓力下進行。

有一些有爭議的實驗證據存在於穩定的β階段的壓力高於50 GPA，溫度至少為1500K。正骨或雙HCP結構。[9]（令人困惑的是，術語“β鐵”有時也被用來指出其庫裡點上方的α鐵，即使它的晶體結構沒有變化，它也會從鐵磁變為順磁性。[6]）

這內核的地球通常假定由鐵組成鎳合金具有ε（或β）結構。[10]

熔化和沸點

鐵的熔化和沸點霧化的焓，低於早期的3D元素鈧至鉻，顯示3D電子對金屬鍵的貢獻減少，因為它們越來越多地吸引了核的惰性核心。[11]但是，它們高於上一個元素的值錳因為該元素具有半填充的3D子殼，因此其D電子不容易被拆除。ruthenium而非osmium也出現了同樣的趨勢。[12]

鐵的熔點在實驗上是針對小於50 GPA的壓力的良好定義。為了獲得更大的壓力，已發布的數據（截至2007年）仍然因數十千萬·卡爾文而有所不同。[13]

磁性特性

9個鐵磁材料的磁化曲線，顯示飽和。1。 鋼板，2。 矽鋼，3。 鑄鋼，4。 鎢鋼，5。 磁鐵鋼，6。 鑄鐵，7。 鎳，8。 鈷，9。 磁鐵礦[14]

在其下方居里點在770°C（1,420°F; 1,040 K）中，α鐵從順磁性至鐵磁： 這旋轉在每個原子中的兩個未配對的電子中，通常與鄰居的旋轉一致，創造了一個總體磁場.[15]發生這種情況是因為這兩個電子的軌道（Dz2和dx2−y2）不要指向晶格中的相鄰原子，因此不參與金屬粘結。[6]

在沒有外部磁場來源的情況下，原子自發劃分為磁域，大約10微米[16]這樣每個域中的原子都有平行的旋轉，但是有些域具有其他方向。因此，一塊宏觀的鐵將具有接近零的總磁場。

外部磁場的應用會導致在相同的一般方向上磁化的域以相鄰的方向生長，這些域是在其他方向上指向的，從而加強了外部場。這種效果是在需要引導磁場以實現設計功能的設備中利用的，例如電動變壓器，磁記錄頭電動機。雜質，晶格缺陷，或穀物和粒子邊界可以在新位置“釘”域，以便即使在外部磁場被去除後仍能持續效果 - 從而將鐵對像變成（永久）磁鐵.[15]

某些鐵化合物（例如鐵礦包括礦物磁鐵礦，混合鐵（II，III）的晶體形式鐵3o4（儘管原子級機制，鐵磁性，有些不同）。具有天然永久磁化的磁鐵礦（磁鐵礦）（Lodestones）提供了最早的指南針導航。磁鐵礦的顆粒被廣泛用於磁記錄介質，例如核心記憶，磁帶，軟盤， 和磁盤，直到他們被取代鈷基於材料。

同位素

主要文章：鐵的同位素

鐵有四個穩定同位素：54Fe（佔天然鐵的5.845％），56鐵（91.754％），，57Fe（2.119％）和58FE（0.282％）。還創建了20-30個人工同位素。這些穩定的同位素57Fe有一個核自旋（ - 1⁄2）。這核素54從理論上講可以經歷雙電子捕獲至54CR，但是從未觀察到該過程，只有3.1×10的半衰期的下限22已經建立了幾年。[17]

60鐵是一個滅絕的放射性核素長半衰期（260萬年）。[18]它在地球上找不到，但其最終衰減產物是其孫女，穩定的核素60你.[17]過去的大部分關於鐵的同位素組成的工作都集中在核合成的60通過研究隕石和礦石形成。在過去的十年中，進步質譜已經允許檢測和量化分鐘，自然發生的變化穩定的同位素鐵。這項工作的大部分是由地球和行星科學社區，儘管對生物和工業系統的應用正在出現。[19]

在隕石的階段Semarkona和Chervony Kut，濃度之間的相關性60妮，孫女的60FE和豐富的穩定的鐵同位素為存在的證據提供了證據60Fe時太陽系的形成。可能是由60FE，以及該釋放26al，有助於重新推銷和分化的小行星在成立46億年前。豐富的60外星材料中存在的NI可能會進一步了解太陽系.[20]

最豐富的鐵同位素56FE對核科學家特別感興趣，因為它代表了最常見的終點核合成.[21]自從56NI（14α顆粒）很容易從較輕的核中產生alpha過程在核反應在超新星（見矽燃燒過程），這是融合鏈的終點極其巨大的星星，由於添加了另一個α粒子，因此60Zn，需要更多的能量。這個56NI的半衰期約為6天，在這些恆星中的數量創建，但很快就會在超新星衰減產品中連續兩次衰減。超新星殘留物氣雲，首先是放射性的56CO，然後穩定56鐵。因此，鐵是最豐富的元素紅色巨人，是最豐富的金屬鐵隕石並在密集的金屬中行星岩心如地球.[22]相對於其他穩定，它在宇宙中也很常見金屬大約相同原子重量.[22][23]鐵是第六的豐富的元素在裡面宇宙，也是最常見的耐火元素。[24]

儘管可以通過合成來提取進一步的微小能量增益62你，其結合能比56FE，恆星中的條件不適合此過程。超新星和地球分佈的元素產生極大地支持鐵比鎳，無論如何，56Fe仍然比每個核的質量低於62NI由於其更高的較輕質子的比例。[25]因此，比鐵重的元素需要一個超新星為了他們的形成，涉及快速中子捕獲通過開始56Fe核。[22]

在裡面遙遠的未來宇宙，假設質子衰變沒有發生，冷融合通過量子隧道會導致普通物質中的光核融合56Fe核。裂變和α粒子發射然後將重核腐爛成鐵，將所有恆星質量物體轉化為純鐵的冷球。[26]

本質上的起源和發生

宇宙發生

鐵的豐富岩石行星就像地球是由於其在失控的融合和類型爆炸期間的大量產量所致IA超新星，將鐵分散到太空中。[27][28]

金屬鐵

一塊拋光且化學蝕刻的鐵隕石，被認為與地球的金屬芯相似，顯示了鐵尼克利合金的單個晶體（widmanstatten模式）

金屬或本地鐵在地球表面很少發現，因為它傾向於氧化。但是，兩個地球的內和外核，據信這佔整個地球質量的35％，主要由鐵合金組成，可能與鎳。據信液體外芯中的電流是地球磁場。另一個陸地行星（汞，金星， 和火星）以及月亮據信具有金屬芯，主要由鐵組成。這M型小行星還被認為部分是由金屬鐵合金製成的。

稀有鐵隕石是地球表面上天然金屬鐵的主要形式。製成的物品冷工從尚未開發鐵冶煉的時候，已經在各種考古遺址中發現了隕石鐵。和因紐特人在格陵蘭據報導使用鐵約克角隕石用於工具和狩獵武器。[29]大約20分之一隕石由獨特的鐵尼克礦物組成taenite（35–80％鐵）和kamacite（90–95％鐵）。[30]在與富含碳富含碳的沉積岩接觸的岩漿中很少發現天然鐵，這些岩漿已經降低了氧氣逃脫足以使鐵結晶。這被稱為矯ric鐵並從幾個地區描述迪斯科島在西格陵蘭，Yakutia在俄羅斯和德國的布爾。[31]

地幔礦物質

鐵磷酸酯（mg，fe）o，一個堅實的解決方案周圍（MGO）和Wüstite（feo），約佔該體積的20％下地幔地球，這使其成為該地區第二大礦相中的第二大礦相矽酸鹽鈣鈦礦（MG，FE）SIO3;它也是下層中鐵的主要宿主。[32]在底部過渡區地幔，反應γ-（MG，FE）2[sio4]↔（mg，fe）[sio3] +（mg，fe）o變換γ-子進入矽酸鹽鈣鈦礦和鐵膠酶的混合物，反之亦然。在文獻中，下地幔的這個礦物相通常被稱為Magnesiowüstite。[33]矽酸鹽鈣鈦礦可能形成多達93％的下幔，[34]和鎂鐵的形式，（MG，FE）SIO3，被認為是最豐富的礦物在地球上，佔其體積的38％。[35]

地球的地殼

ocher路徑魯西隆.

雖然鐵是地球上最豐富的元素，但大部分鐵集中在內和外內核。[36][37]鐵的一部分地球的地殼僅約佔地殼總質量的5％，因此僅是該層中第四大元素（之後氧，矽， 和鋁）。[38]

地殼中的大多數鐵與其他各種元素結合在一起，以形成許多鐵礦物質。一個重要的課是氧化鐵礦物質，例如赤鐵礦（fe2o3），磁鐵礦（fe3o4）， 和鐵礦（Feco3），這是專業鐵礦石。許多火成岩還含有硫化物礦物質黃鐵礦和五角星.[39][40]期間風化，鐵傾向於從硫酸鹽作為硫酸鹽和矽酸鹽沉積物作為碳酸氫鹽浸出。兩者在水溶液中氧化，並在pH值升高時沉澱為鐵（III）氧化物.[41]

明尼蘇達州麥金利公園的帶狀鐵形成。

大量鐵是帶狀鐵層，一種由重複的薄層氧化鐵層組成的岩石頁岩和燧石。帶狀的鐵層在兩者之間放置3,700百萬年前和1,800百萬年前.[42][43]

含有細磨鐵（III）或氧化物羥基的材料，例如赭石，被用作黃色，紅色和棕色顏料自歷史悠久的時期。它們也為各種岩石的顏色做出了貢獻粘土，包括整個地質形成油漆的山丘在俄勒岡州和Buntsandstein（“彩色砂岩”，英國Bunter）。[44]通過Eisensandstein（一個侏羅紀“鐵砂岩”，例如從Donzdorf在德國）[45]和浴石在英國，鐵化合物負責許多歷史建築和雕塑的淡黃色。[46]諺語火星表面的紅色源自富含氧化鐵的Regolith.[47]

硫化鐵礦物質中發生大量鐵黃鐵礦（fes2），但是很難從中提取鐵，因此沒有被利用。實際上，鐵是如此普遍，以至於生產通常僅集中在其數量很高的礦石上。

根據國際資源小組社會中的金屬股報告，社會中使用鐵的全球庫存為人均2,200公斤。在這方面，較發達的國家與欠發達國家（7,000-14,000，人均2,000公斤）有所不同。[48]

海洋

海洋科學證明了鐵在古老的海洋生物群和氣候中的作用。[49]

化學和化合物

另請參閱：類別：鐵化合物
氧化
狀態		代表性化合物
-2（d10）二鈉四骨纖維酸鹽（Collman的試劑）
-1（d9）鐵
2（CO）2-
8
0（d8）鐵五核
1（d7）環戊二烯基鐵二碳二二聚體（“ fp2”）
2（d6）亞鐵硫酸鹽，二新
3（d5）氯化鐵，鐵氟氟葉植物
4（d4）鐵（腹瀉）
2Cl2+
2，渡輪四氟
5（d3）feo3-
4
6（d2）鉀鐵礦
7（d1）[feo4]–（矩陣隔離，4K）

鐵顯示了特徵化學特性過渡金屬，即形成可變氧化狀態的能力，這些狀態與一個步驟和非常大的協調和有機金屬化學不同：實際上，這是鐵化合物的發現，即二新，這使1950年代的後者領域革命。[50]鐵有時被認為是整個過渡金屬塊的原型，因為它的豐度及其在人類技術進步中所發揮的巨大作用。[51]它的26個電子在配置[ar] 3D64s2，其中3D和4S電子的能量相對接近，因此可能會損失可變數量的電子，並且沒有明確的點使進一步的電離變得無利可圖。[12]

鐵形式化合物主要在氧化狀態+2（鐵（II），“亞屬”）和+3（鐵（III），“鐵”）。鐵也發生在較高的氧化狀態，例如紫色鉀鐵礦（k2feo4），其中含有+6氧化狀態的鐵。雖然鐵（VIII）氧化物（feo4已經聲稱，該報告無法複製，並且從去除先前的惰性氣體構型（至少在其+8氧化狀態下鐵）之外去除該元件的所有電子的物種是不可能的計算。[52]但是，一種陰離子[feo4]–在其+7氧化態的鐵和鐵（V） - 過氧異構體的情況下，在激光燃燒的Fe原子與O混合O的混合物後，通過紅外光譜在4 K處檢測到鐵（V） - 過氧異構體。2/ar。[53]鐵（IV）是許多生化氧化反應中的常見中間體。[54][55]很多的有機球化合物含有+1、0，-1甚至-2的形式氧化態。氧化態和其他鍵合特性通常使用Mössbauer光譜法.[56]許多混合價化合物同時包含鐵（II）和鐵（III）中心，例如磁鐵礦和普魯士藍（鐵4（Fe [CN]6）3）。[55]後者用作傳統的“藍色”藍圖.[57]

鐵是無法達到+8的氧化態的第一個過渡金屬，儘管其較重的同源物luthenium和Osmium can可以，而ruthenium比Osmium更加困難。[6]唯一在其低氧化狀態下表現出水性化學，類似於鐵的水，但osmium卻沒有，有利於其形成陰離子復合物的高氧化狀態。[6]在3D過渡系列的後半部分，垂直相似性與鐵的水平相似之處與鄰居競爭鈷和鎳在元素週期表中，這也是鐵磁性的室內溫度並共享類似的化學反應。因此，鐵，鈷和鎳有時被分組為鐵三合會.[51]

與許多其他金屬不同，鐵不與汞。結果，汞在用鐵製成的標準化76磅燒瓶（34公斤）中進行交易。[58]

鐵是其小組中最具反應性的元素。這是熱情當細微分裂並輕鬆溶解在稀酸中時，給出了Fe2+。但是，它不會與濃縮反應硝酸以及由於形成不透水的氧化物層而導致的其他氧化酸，但仍可以與鹽酸.[6]高純鐵，稱為電解鐵由於其氧化物層，被認為對生鏽具有抗性。

二進制化合物

氧化物和氫氧化物

亞鐵或鐵（II）氧化物，feo
鐵或鐵（III）氧化物鐵2o3
鐵染色或鐵（II，III）氧化物鐵3o4

鐵形成各種氧化物和氫氧化合物;最常見的是鐵（II，III）氧化物（fe3o4）， 和鐵（III）氧化物（fe2o3）。鐵（II）氧化物也存在，儘管在室溫下它不穩定。儘管有名字，但實際上都是非化學計量化合物其成分可能會有所不同。[59]這些氧化物是生產鐵的主要礦石（請參閱綻放和爆炸爐）。它們也用於生產鐵礦，有用磁性存儲計算機和顏料中的媒體。最著名的硫化物是鐵黃鐵礦（fes2），由於其金色的光澤，也稱為愚人的金。[55]它不是鐵（IV）化合物，而是鐵（II）多硫化物包含鐵2+和s2-
2扭曲的離子氯化鈉結構體。[59]

Pourbaix圖鐵

鹵化物

Some canary-yellow powder sits, mostly in lumps, on a laboratory watch glass.
水合鐵（III）氯化物（氯化鐵）

二元亞鐵和鐵鹵化物是眾所周知的。亞鐵鹵化物通常是由用相應處理的鐵金屬而產生的氫甲酸給出相應的水合鹽。[55]

Fe + 2 HX→FEX2+ h2（x = f，cl，br，i）

鐵與氟，氯和溴反應，使相應的鐵鹵化物，氯化鐵是最常見的。[60]

2 Fe + 3 x2→2 fex3（x = f，cl，br）

碘化鐵是一個例外，由於Fe的氧化能力，在熱力學上不穩定3+以及我的高降低力量−：[60]

2 i−+ 2 fe3+→i2+ 2 fe2+（e0= +0.23 V）

碘化鐵，黑色固體，在普通條件下不穩定，但可以通過反應來製備鐵五核和碘和一氧化碳在......的存在下己烷在-20°C溫度下的光，排除氧氣和水。[60]碘化鐵配合物具有一些軟鹼，已知是穩定的化合物。[61][62]

溶液化學

比較鐵酸鹽溶液的顏色（左）和錳酸鹽（正確的）

這標準還原電位在某些常見鐵離子的酸性水溶液中，如下：[6]

鐵2++ 2 e−fee0= -0.447 V
鐵3++ 3 e−fee0= -0.037 V
feo2-
4+ 8 h++ 3 e−		fe3++ 4 h2oe0= +2.20 v

紅紫色四面體鐵礦（vi）陰離子是一種強烈的氧化劑，以至於它在室溫下氧化氮和氨，甚至在酸性或中性溶液中自身氧化：[60]

4feo2-
4+ 10H
2o→4鐵3+
+ 20哦−
+ 3 o2

鐵3+離子具有較大的簡單陽離子化學，儘管蒼白的六葉果離子[fe（h2o）6]3+當pH升高到0以上時，很容易被水解：如下：[63]

[fe（h2o）6]3+⇌[fe（h2o）5（哦）]2++ h+k= 10-3.05摩爾DM-3
[fe（h2o）5（哦）]2+⇌[fe（h2o）4（哦）2]++ h+k= 10-3.26摩爾DM-3
2 [fe（h2o）6]3+⇌[fe（h2o）4（哦）]4+2+ 2H++ 2H2ok= 10-2.91摩爾DM-3
藍綠色鐵（II）硫酸鹽七水合物

隨著pH升高到0以上，上述黃色水解物種形式，並且在2-3以上，紅棕色含水鐵（III）氧化物從溶液中沉澱出來。雖然是Fe3+有d5配置，其吸收光譜不像Mn2+憑藉其弱，旋轉的D – D頻帶，因為Fe3+具有較高的正電荷，並且更偏振，從而降低了其配體對金屬的能量充電轉移吸收。因此，上述所有復合物均具有強烈的顏色，而單一的複合物的顏色是六邊形離子，即使是在近紫外線區域中的電荷轉移主導的頻譜。[63]另一方面，淺綠鐵（II）六葉果離子[fe（h2o）6]2+不接受明顯的水解。二氧化碳在碳酸鹽添加陰離子，而是導致白色鐵（ii）碳酸鹽被沉澱出來。在二氧化碳中過量過多，形成了略微溶於碳酸氫鹽，通常發生在地下水中，但在空氣中迅速氧化以形成鐵（III）氧化物這說明了大量流中存在的棕色沉積物。[64]

協調化合物

由於其電子結構，鐵具有非常大的配位和有機金屬化學。

他們倆對映體鐵氧化離子

許多鐵的配位化合物是已知的。典型的六坐標陰離子是六氯甲酸（III），[FECL6]3-，在混合鹽四氯酸甲氯甲酸酯（III）氯化物甲基氯甲基.[65][66]具有多個二齒配體的複合物具有幾何異構體。例如，反式-氯羥基甲烷（二苯基磷酸）乙烷（II）複合物用作具有的化合物的起始材料fe（DPPE）2部分.[67][68]三個草酸鹽配體（右圖）顯示螺旋手性帶有兩個標籤Λ（lambda）用於左手螺釘軸和Δ（三角洲）對於右手螺釘軸，與IUPAC慣例一致。[63]鐵氧化鉀用於化學肌病法以及它的鈉鹽經歷光電量應用於老式的攝影過程。這二水合的鐵（II）草酸鹽有個聚合如下所示，具有在鐵中心之間與結晶的水之間橋接的結構，如下所示。[69]

鐵（II）草酸二水合物的晶體結構，顯示鐵（灰色），氧（紅色），碳（黑色）和氫（白色）原子。
鐵（III）的血紅紅硫氰酸酯檢測

鐵（III）配合物與鉻（iii）除了鐵（iii）對o-donor而不是n - 配體。後者往往比鐵（II）複合物更不穩定，並且經常在水中解離。許多Fe -O綜合體顯示強烈的顏色，並用作測試苯酚或者烯醇。例如，在鐵氯化鐵試驗，用於確定酚的存在，鐵（III）氯化物與苯酚反應形成深紫色的複合物：[63]

3 AROH + FECL3→FE（槳）3+ 3 HCl（ar =芳基）

在鹵化物和偽荷甲化合物中，鐵（III）的氟配合物是最穩定的，無色[FEF5（H2o）]2-是水溶液中最穩定的。Chloro複合物不穩定，偏愛四面體配位，如[FECL4]−; [febr4]−和[fei4]−輕鬆減少到鐵（II）。硫氰酸鹽是鐵（III）的常見測試，因為它形成了血紅2o）5]2+。像錳（ii）一樣，大多數鐵（III）配合物都是高旋轉的，例外是那些配體高的配體光譜化學系列如氰化物。低自旋鐵（III）複合物的一個例子是[Fe（CN）6]3-。氰化物配體很容易在[Fe（CN）中分離6]3-因此，這種複合物是有毒的，與鐵（II）複合物不同[Fe（CN）6]4-在普魯士藍色中發現[63]沒有釋放氰化氫除了添加稀酸時。[64]鐵顯示各種各樣的電子自旋狀態，包括從0（diamagnetic）到D塊元件的所有可能的自旋量子數值5⁄2（5個未配對的電子）。該值始終是未配對電子的一半。具有零至兩個未配對電子的複合物被認為是低自旋的，而四個或五個的複合物被認為是高旋轉的。[59]

鐵（II）配合物不如鐵（III）配合物穩定，但偏愛o-donor配體的標記較少，因此[Fe（NH3）6]2+已知[Fe（NH3）6]3+不是。它們具有被氧化為鐵（III）的趨勢，但可以通過低pH和所使用的特定配體進行調節。[64]

有機金屬化合物

鐵五角
羰

有機體化學是研究有機金屬化合物鐵，碳原子共價結合到金屬原子。他們很多，都有多種多樣，包括氰化物配合物，羰基複合體，三明治和半桑德維奇化合物.

普魯士藍

普魯士藍或“鐵氰化鐵”，fe4[Fe（CN）6]3，是一種古老而眾所周知的鐵烯化複合物，在其他幾種應用中廣泛用作顏料。它的形成可以用作簡單的濕化學測試，以區分Fe的水溶液2+和鐵3+當他們分別（分別）與鐵氰化鉀和苯烷鉀形成普魯士藍色。[55]

一個有機體化合物的另一個舊例子是鐵五核，fe（CO）5，其中中性鐵原子與五個碳原子結合一氧化碳分子。該化合物可用於製造羰基鐵粉末，一種高反應性的金屬鐵。熱解鐵五核的Triiron Dodecacarbonyl，鐵3（CO）12，一個核心的複合物，其核心是三個鐵原子。科爾曼的試劑，二鈉四​​骨纖維酸鹽，是有機化學的有用試劑；它在-2氧化態中含有鐵。環戊二烯基鐵二碳二二聚體在稀有的+1氧化態中含有鐵。[70]

二革新和粉末樣品的結構公式

該領域的地標是1951年的發現很穩定三明治化合物二新fe（c5H5）2，由Pauson和Kealy[71]並由米勒及其同事獨立[72]僅一年後，其令人驚訝的分子結構才確定伍德沃德和威爾金森[73]和菲舍爾.[74]二封末仍然是該類最重要的工具和模型之一。[75]

以鐵為中心的有機金屬物種用作催化劑。這knölker綜合體例如，是轉移氫化催化劑酮.[76]

工業用途

行業最大規模生產的鐵化合物是鐵（II）硫酸鹽（feso4·7H2o） 和鐵（III）氯化物（Fecl3）。前者是鐵（II）最容易獲得的來源之一，但對空中氧化的穩定性不如空中氧化。莫爾的鹽（（NH4）2fe（如此4）2·6H2o）。鐵（II）化合物傾向於將空氣中的鐵（III）化合物氧化。[55]

歷史

主要文章：冶金史的史

鐵冶金的開發

鐵無疑是古代世界所熟知的元素之一。[77]它已經工作了，或者鍛，幾千年。然而，由於鐵腐蝕的易用性，大年齡段的鐵偽像比金或銀製成的物體要稀有得多。[78]這項技術發展緩慢，即使發現了冶煉廠，鐵仍花了數百年的歷史來代替銅管作為工具和武器的首選金屬。

氣象鐵

鐵魚叉格陵蘭。鐵邊緣覆蓋了獨角星象牙魚叉使用隕石鐵約克角隕石，最大的鐵隕石之一。

由珠子製成隕石在公元前3500年或更早的gerzeh，G.A.埃及溫賴特。[79]珠子含有7.5％的鎳，這是像徵起源的標誌，因為在地殼中發現的鐵通常只有微小的鎳雜質。

由於其起源於天堂，隕石被高度重視，並且經常被用來偽造武器和工具。[79]例如，匕首在墳墓中發現了隕石圖坦漢，包含與在該地區發現的隕石相似的鐵，鈷和鎳的比例，該地區由古老的流星淋浴沉積。[80][81][82]埃及人可能是由鐵製成的物品的歷史可追溯至公元前3000至2500年。[78]

隕石鐵具有相當柔軟的延展性且容易冷鍛造但是由於鎳內容。[83]

鍛鐵

主要文章：鍛鐵
更多信息：古代鐵生產
A circle, with a short, simple arrow shape extending diagonally upwards and rightwards from its edge
符號火星自古代以來已被用來代表鐵。
A pillar, slightly fluted, with some ornamentation at its top. It is black, slightly weathered to a dark brown near the base. It is around 7 meters (23 feet) tall. It stands upon a raised circular base of stone, and is surrounded by a short, square fence.
這德里的鐵柱是印度早期的鐵提取和加工方法的一個例子。

第一個鐵生產始於中青銅時代，但花了幾個世紀的時間才取代青銅。樣本冶煉鐵來阿斯瑪，敘利亞北部的美索不達米亞和高大的夏加爾集市在公元前3000至2700年之間。[84]這赫梯人在中北部建立了一個帝國安納托利亞公元前1600年左右。他們似乎是第一個從其礦石中了解鐵生產的人，並在其社會中高度重視它。[85]這赫梯人公元前1500年至1200年之間開始聞到鐵，這種做法在公元前1180年帝國倒下後傳播到近東的其餘部分。[84]隨後的期間稱為鐵器時代.

在印度約會從1800到公元前1200年[86]在黎凡特大約公元前1500年（建議冶煉安納托利亞或者高加索）。[87][88]所謂的參考（比較南亞冶金史）在印度人中鐵吠陀經已被用於分別在印度早期使用鐵的索賠，以迄今為止。這里格維達學期Ayas（金屬）是指銅，而鐵被稱為ŚyāmaAyas，從字面上看“黑銅”，首先在骨化後提及Atharvaveda.[89]

一些考古證據表明鐵在津巴布韋和東南非洲早在公元前八世紀。[90]介紹了鐵的工作希臘在公元前11世紀後期，它在整個歐洲迅速傳播。[91]

來自古希臘的鐵鐮刀。

中部和西歐的鐵工的傳播與凱爾特人擴張。根據普林尼長者，鐵使用很常見羅馬時代。[79]在現在被認為是中國的土地上，鐵似乎公元前700 - 500年。[92]鐵冶煉可能已通過中亞引入中國。[93]最早使用的證據高爐在中國的公元1世紀，[94]和沖天爐早在交戰狀態期（公元前403 - 221年）。[95]在爆炸和沖天爐的使用情況下，唐和歌曲王朝。[96]

在英國的工業革命期間，亨利·科特開始從中煉鐵生鐵至鍛鐵（或鋼鐵鐵）使用創新的生產系統。1783年，他為水坑過程用於精煉鐵礦石。後來得到了其他人的改進，包括約瑟夫·霍爾.[97]

鑄鐵

主要文章：鑄鐵

鑄鐵是最初生產的中國在公元前5世紀，[98]但直到中世紀一直在歐洲。[99][100]最早的鑄鐵工件是由考古學家發現了現在現代的盧縣，江蘇在中國。使用鑄鐵古代中國用於戰爭，農業和建築。[101]在此期間中世紀時期，在歐洲發現了用鑄鐵生產鍛鐵的手段（在這種情況下生鐵） 使用服裝。對於所有這些過程，木炭是作為燃料需要的。[102]

夜晚的Coalbrookdale，1801年。爆炸爐照明鐵製造小鎮Coalbrookdale.

中世紀高爐大約10英尺（3.0 m）高，由防火磚製成；通常由手動的波紋管提供強制空氣。[100]現代的爆炸爐的生長要大得多，直徑為14米的壁爐使它們每天生產數千噸鐵，但基本上的運行方式與中世紀時期幾乎相同。[102]

1709年，亞伯拉罕·達比（Abraham Darby I）建立可樂 - 燃燒的爆炸爐以生產鑄鐵，以取代木炭，儘管繼續使用爆炸爐。隨之而來的廉價鐵的可用性是導致工業革命。到18世紀末，鑄鐵開始以某些目的取代鍛鐵，因為它便宜。直到18世紀，鐵中的碳含量才被認為是鍛鐵，鑄鐵和鋼的性質差異的原因。[84]

由於鐵變得更便宜，更豐富，因此它也成為創新後的主要結構材料第一鐵橋在1778年，這座橋仍然是鐵在工業革命中扮演的角色的紀念碑。此後，將鐵用於軌道，船隻，船隻，渡槽和建築物，以及在鐵缸中蒸汽機.[102]鐵路一直是現代性和進步思想形成的核心[103]以及各種語言（例如法語，西班牙語，意大利語和德語）將鐵路稱為鐵路.

鋼

主要文章：鋼
也可以看看：鋼製

鋼（碳含量比生鐵較小，但比鍛鐵還多），首先是使用古代生產的綻放。鐵匠進來盧里斯坦在西波斯，在公元前1000年製造出優質的鋼。[84]然後改進版本，沃茲鋼由印度和大馬士革鋼分別在公元前300年和公元500年開發。這些方法是專門的，因此鋼直到1850年代才成為主要商品。[104]

通過滲碳鐵桿膠結過程是在17世紀設計的。在裡面工業革命，設計了生產無木炭鐵的新方法，然後將其應用於生產鋼。在1850年代後期，亨利·貝塞默（Henry Bessemer）發明了一種新的鋼製造工藝，涉及通過熔融生鐵的吹氣，以產生碳鋼。這使鋼變得更加經濟，從而導致不再大量生產鍛鐵。[105]

現代化學基礎

1774年，Antoine Lavoisier使用水蒸汽與白熾鐵管內的金屬鐵的反應來產生氫在他的實驗中，導致了質量守恆，這有助於將化學從定性科學變成定量科學。[106]

象徵性的角色

"金色gabiChfür艾森“ - “我為鐵贈了”。德國裔美國人來自第一次世界大戰的胸針。

鐵在神話中扮演一定的角色，並發現了各種用法作為一個隱喻並在民俗學。這希臘語詩人hesiod工作和日子（第109–201行）列出了不同的人的年齡以金屬，銀，青銅和鐵等金屬的命名，以說明人類的連續年齡。[107]鐵器時代與羅馬和奧維德的變態

美德在絕望中退出了地球。人的墮落變得普遍和完整。那時硬鋼成功了。

- Ovid，變態，第一本書，鐵器時代，第160行FF

可以在1813年的德國運動.弗雷德里克·威廉三世委託然後第一個鐵十字作為軍事裝飾。柏林鐵珠寶1813年至1815年，當時普魯士人達到了高峰生產王室敦促公民捐贈黃金和銀珠寶以進行軍事資金。銘文金色gabiChfür艾森（我為鐵提供了黃金）在後來的戰爭努力中也被使用了。[108]

金屬鐵的生產

鐵粉
俄亥俄州哥倫布的鐵爐，1922年

實驗室路線

出於一些有限的目的，在需要時，通過用氫還原純氧化物或氫氧化物，在實驗室中生產純鐵，或形成鐵五核酸鐵並將其加熱至250°C，以使其分解以形成純鐵粉。[41]另一種方法是將氯化亞鐵解釋到鐵陰極上。[109]

主要工業路線

也可以看看：鐵礦
鐵生產2009（百萬噸）[110]
國家鐵礦生鐵直接鐵鋼
 中國1,114.9549.4573.6
 澳大利亞393.94.45.2
 巴西305.025.10.01126.5
 日本66.987.5
 印度257.438.223.463.5
 俄羅斯92.143.94.760.0
 烏克蘭65.825.729.9
 韓國0.127.348.6
 德國0.420.10.3832.7
世界1,594.9914.064.51,232.4

如今，鐵或鋼的工業生產由兩個主要階段組成。在第一階段，鐵礦石是減少和可樂在一個高爐，熔融金屬與總雜質分開矽酸鹽礦物質。這個階段產生合金 - 生鐵 - 含有相對較大的碳。在第二階段，用氧化降低了生鐵中的碳量以產生鍛鐵，鋼或鑄鐵。[111]可以在此階段添加其他金屬以形成合金鋼.

17世紀的中國插圖在爆炸爐中的工人插圖，用生鐵製作鍛鐵[112]
19世紀如何提取鐵

爆炸爐加工

主要文章：高爐

爆炸爐裝有鐵礦石，通常赤鐵礦鐵2o3或者磁鐵礦鐵3o4，以及可樂（煤炭已分別烘烤以去除揮發性組件）和磁通（石灰石或者白雲石）。預熱至900°C的空氣“爆炸”（有時具有氧氣富集）被混合物吹入，足夠量將碳變成一氧化碳：[111]

該反應將溫度提高到約2000°C。一氧化碳將鐵礦石降低到金屬鐵[111]

爐的高溫下部區域中的一些鐵直接與可樂反應：[111]

磁通清除礦石中的矽膠礦物，否則會堵塞爐子：爐子的熱量將碳酸鹽分解為氧化鈣，與多餘的反應二氧化矽形成一個礦渣由...組成的矽酸鈣卡西奧3或其他產品。在爐的溫度下，金屬和爐渣均熔融。它們作為兩個不混溶的液體層（頂部的爐渣）在底部收集，然後很容易分離。[111]該爐渣可以用作材料路建造或改善礦物質的土壤農業.[100]

因此，煉鋼仍然是CO的最大工業貢獻者之一2世界上的排放。[113]

鐵礦石顆粒將用於鋼生產。

鋼製

主要文章：鋼製和鐵工廠
用來製造鋼的一鍋熔融鐵

高爐工藝生產的生鐵含有多達4–5％的碳（按質量），含量少量雜質，例如硫，鎂，磷和錳。這種高水平的碳使其相對較弱和脆弱。將碳的量減少到0.002–2.1％鋼，可能比純鐵硬。然後可以通過冷工作，熱滾動，鍛造，加工等等。除了生鐵中去除雜質，但留下2-4％的碳，導致鑄鐵，由鑄造廠進入爐灶，管道，散熱器，燈柱和軌道等文章。[111]

鋼鐵通常會經歷各種熱處理鍛造後。退火包括將它們加熱到700–800°C幾個小時，然後逐步冷卻。它使鋼製柔軟，更可行。[114]

直接減鐵

由於環境問題，已經開發了替代的加工鐵方法。“直接減鐵"減少鐵礦石到一個叫做的腫塊“海綿”鐵或適合鋼製的“直接”鐵。[100]兩個主要反應包括直接減少過程：

天然氣被部分氧化（用熱和催化劑）：[100]

然後，用這些氣體在爐中處理鐵礦石，產生固體海綿鐵：[100]

二氧化矽通過添加一個石灰石如上所述的通量。[100]

熱點過程

主要文章：熱力

鋁粉和氧化鐵混合物的點火通過熱反應：

或者，可以將生鐵鐵製成鋼（最多約2％碳）或鍛鐵（商業上純鐵）。為此使用了各種過程，包括服裝，布丁爐，Bessemer轉換器，開放的壁爐爐，基本氧氣爐， 和電弧爐。在所有情況下，目標是將某些或全部碳以及其他雜質氧化。另一方面，可以添加其他金屬以製成合金鋼。[102]

申請

作為結構材料

鐵是所有金屬中最廣泛使用的，佔全球金屬生產的90％以上。其低成本和高強度通常使其成為承受壓力或發射力的首選材料，例如機械和機械的構建機械工具，鐵軌，汽車，船體，混凝土鋼筋，以及建築物的負載框架。由於純鐵非常柔軟，因此最常見的是與合金元素結合使用以製成鋼。[115]

機械性能

特徵值抗拉強度（TS）和Brinell硬度（BH）各種形式的鐵。[116][117]
材料TS
（MPA）		BH
（布里爾）
鐵鬍鬚11000
胎（硬化）
鋼		2930850–1200
馬氏體鋼2070600
貝恩氏鋼1380400
珠鋼1200350
冷工鐵690200
小穀物鐵340100
含碳的鐵14040
純單晶鐵103

鐵及其合金的機械性能與它們的結構應用非常相關。這些屬性可以通過各種方式進行評估，包括Brinell測試， 這羅克韋爾測試和維克斯硬度測試.

純鐵的特性通常用於校準測量或比較測試。[117][118]然而，鐵的機械性能受到樣品純度的顯著影響：純，鐵的單晶實際上比鋁柔軟，[116]最純粹的工業生產的鐵（99.99％）的硬度為20–30 Brinell。[119]純鐵（99.9％～99.999％），尤其是稱為電解鐵，工業生產電解精煉.

碳含量的增加將導致鐵的硬度和拉伸強度顯著增加。最大硬度65 rc儘管合金具有低拉伸強度，但以0.6％的碳含量實現。[120]由於鐵的柔軟度，與其重量更容易工作要容易得多同類物釕和鋨.[12]

鐵碳相圖

鋼和合金的類型

也可以看看：鋼

α鐵是一種相當軟的金屬，只能溶解少量的碳（在910°C下質量不超過0.021％）。[121]奧氏體（γ鐵）類似地具有柔軟和金屬性，但可以溶解更多的碳（在1146°C時質量為2.04％）。這種鐵用於不銹鋼用於製作餐具，醫院和食品服務設備。[16]

根據純度和豐富的添加劑對市售鐵進行分類。生鐵有3.5–4.5％的碳[122]並包含不同量的污染物，例如硫，矽和磷。生鐵不是可售的產品，而是鑄鐵和鋼的生產中的中間步驟。對材料特性（例如硫和磷）負面影響的生鐵中污染物的還原劑，產生含有2-4％碳，1-6％矽和少量的鑄鐵錳.[111]生鐵有一個熔點在1420–1470 K的範圍內，該範圍比其兩個主要組件中的任何一個都低，並且使其成為將碳和鐵一起加熱時首先熔化的產品。[6]它的機械性能差異很大，並取決於碳在合金中的形式。[12]

“白色”鑄鐵以碳的形式含有水泥岩，或鐵碳化物（Fe3C）。[12]這種堅硬的脆性化合物主導著白色鑄鐵的機械性能，使它們艱難，但毫不動搖。白色鑄鐵的破碎表面充滿了破碎的鐵碳化物的細小面，這是一種非常蒼白，銀色，閃亮的材料，因此稱呼。將鐵與0.8％碳的混合物冷卻低於723°C的混合物至室溫，從而形成了單獨的膠去膠石和α-鐵的交替層，它們是柔軟且可延展的，被稱為珠光體為了外觀。另一方面，快速冷卻不允許時間進行這種分離，並造成堅硬而脆弱的馬氏體。然後可以通過將溫度加熱到兩者之間的溫度來調節鋼，從而改變珍珠岩和馬氏體的比例。低於0.8％的碳含量的最終產物是珍珠石-αFE混合物，而碳含量高於0.8％的碳含量是珍珠岩污垢岩的混合物。[12]

在灰鐵碳作為單獨的細片存在石墨，並且由於產生的石墨薄片而導致材料變脆應力濃度材料中的站點。[123]灰鐵的較新變體，稱為延性鐵，專門用痕量的鎂為了改變石墨的形狀到球體或結節，降低了應力濃度，並大大增加了材料的韌性和強度。[123]

鍛鐵含有小於0.25％的碳，但大量爐渣具有纖維狀特徵。[122]這是一種堅硬的，可延展的產品，但不如生鐵那麼熔。如果磨練邊緣，它會很快失去。鍛鐵的特徵是存在優質纖維礦渣陷入金屬。鍛鐵比鋼更具耐腐蝕性。它幾乎被完全取代了軟鋼用於傳統的“鍛鐵”產品和鍛造.

低碳鋼比鍛鐵更容易腐蝕，但更便宜且廣泛使用。碳素鋼含有2.0％或更少的碳[124]少量錳，硫，磷和矽。合金鋼包含不同數量的碳和其他金屬，例如鉻，釩，鉬，鎳，鎢等等。它們的合金含量提高了成本，因此通常僅用於專業用途。但是，一種常見的合金鋼是不銹鋼。亞鐵冶金的最新發展產生了越來越多的微合同鋼，也稱為“HSLA'或高強度的低合金鋼，其中包含很小的添加，可產生高強度，並且通常以最低的成本以壯觀的韌性。[124][125][126]

A graph of attenuation coefficient vs. energy between 1 meV and 100 keV for several photon scattering mechanisms.
光子質量衰減係數鐵。

具有高純度元素化妝的合金（例如電解鐵）特別增強了屬性，例如延性，抗拉強度，韌性，疲勞強度，耐熱性和耐腐蝕性。

除傳統應用外，鐵還用於防止電離輻射。儘管它比另一種傳統的保護材料輕，但是帶領，機械上要強得多。輻射的衰減與能量的函數顯示在圖中。[127]

鐵和鋼的主要缺點是純鐵，大多數合金，遭受了嚴重的痛苦銹如果沒有以某種方式受到保護，則成本佔全球經濟的1％以上。[128]繪畫，鍍鋅，鈍化，塑料塗層和藍色全部用於通過排除水和氧氣或陰極保護。鐵生鏽的機制如下：[128]

陰極：3 O2+ 6 h2o + 12 e−→12哦−
陽極：4 Fe→4 Fe2++ 8 e−; 4 fe2+→4 Fe3++ 4 e−
總體：4 Fe + 3 O2+ 6 h2O→4 FE3++ 12哦−→4 FE（哦）3或4 Feo（OH） + 4 h2o

電解質通常是鐵（II）硫酸鹽在城市地區（大氣時形成二氧化硫攻擊鐵）和海邊大氣中的鹽顆粒。[128]

鐵化合物

儘管鐵在冶金中的主要用途，但鐵化合物在工業中也普遍存在。鐵催化劑傳統上是Haber -Bosch過程用於生產氨和Fischer -Tropsch過程用於將碳一氧化碳轉化為碳氫化合物用於燃料和潤滑劑。[129]在酸性溶劑中的粉狀鐵在減少Bechamp減少硝基苯至苯胺.[130]基於鐵的催化劑在將生物基的原材料轉化為有價值的散裝方面起著至關重要的作用[131] - 和細化學物質，[132][133]在燃料電池中[134]以及去除危險化學物質。[135][136][137][138]

鐵（III）氧化物夾雜鋁可以點燃粉末以創建一個熱反應，用於焊接大鐵零件（例如鐵軌）和淨化礦石。鐵（III）氧化物和氧氧化物被用作紅色和ocher顏料.

鐵（III）氯化物發現在水淨化和污水處理，在布的染色中，作為油漆中的著色劑，作為動物飼料中的添加劑，作為一個託法為了銅製造印刷電路板.[139]它也可以溶於酒精中以形成鐵的tin劑，用作藥物以停止流血金絲雀.[140]

鐵（II）硫酸鹽用作其他鐵化合物的前體。它也習慣了減少水泥中的鉻酸鹽。它用於強化食物和治療缺鐵性貧血.鐵（III）硫酸鹽用於在儲罐水中解決微小的污水顆粒。鐵（ii）氯化物用作還原絮凝劑，在鐵配合物和磁鐵的形成中以及有機合成中的還原劑。[139]

生物學和病理角色

主要文章：鐵中的鐵

鐵是生命所必需的。[5][141][142]這鐵 - 硫簇無處不在，包括氮酶，負責生物學的酶氮固定。含鐵蛋白參與氧氣的運輸，儲存和使用。[5]鐵蛋白參與電子轉移.[143]

結構血紅素b;在蛋白質中配體（S）將附加到FE。

較高生物體中含鐵蛋白的實例包括血紅蛋白，細胞色素（看高價鐵）， 和過氧化氫酶.[5][144]成年人的平均體重約為鐵的體重約0.005％，或大約四克，其中四分之三在血紅蛋白中 - 儘管每天只有大約一毫克鐵被吸收，但仍保持恆定的水平，但[143]因為人體將其血紅蛋白回收為鐵含量。[145]

鐵（II）的氧化或鐵（III）的氧化可以幫助微生物生長。[146]

生物化學

鐵採集對有氧生物構成了一個問題，因為鐵鐵在中性pH值附近可溶。因此，這些生物已經開發出一種吸收鐵作為複合物的方法，有時會吸收鐵鐵，然後將其氧化回鐵鐵。[5]特別是，細菌已進化出非常高親和力的隔離劑稱為鐵載體.[147][148][149]

吸收人類之後細胞，鐵存儲受到精確調節。[5][150]該調節的主要組成部分是蛋白質轉鐵蛋白，結合了從中吸收的鐵離子十二指腸並將其帶入血液到細胞。[5][151]轉鐵蛋白包含Fe3+在扭曲的八面體的中間，粘合到一個氮，三個氧和螯合碳酸鹽捕獲鐵的陰離子3+離子：它有很高的穩定性常數它在接收FE方面非常有效3+離子甚至來自最穩定的複合物。在骨髓，轉鐵從Fe減少3+和鐵2+並存儲為鐵蛋白摻入血紅蛋白中。[143]

最常見和研究的生物無機鐵化合物（生物鐵分子）是血紅素蛋白：示例是血紅蛋白，肌紅蛋白， 和細胞色素P450.[5]這些化合物參與運輸氣體，建造酶和轉移電子.[143]金屬蛋白是一組具有金屬離子的蛋白質輔因子。鐵金屬蛋白的一些例子是鐵蛋白和Rubredoxin.[143]許多對生命至關重要的酶都包含鐵，例如過氧化氫酶，[152]脂氧酶，[153]和ire-bp.[154]

血紅蛋白是發生在紅細胞並貢獻其顏色，將動脈中的氧氣從肺部傳遞到轉移到的肌肉肌紅蛋白，將其存儲到需要它的代謝氧化需要直至葡萄糖，產生能量。[5]在這裡，血紅蛋白結合到二氧化碳，當氧化葡萄糖時產生，該葡萄糖通過血紅蛋白通過靜脈傳輸（主要是碳酸氫鹽）回到呼氣的肺部。[143]在血紅蛋白中，鐵在四個血紅素小組，有六個可能的協調站點；四個被氮原子佔據卟啉戒指，第五咪唑氮組氨酸連接到血紅素基團的蛋白質鏈之一的殘留物，第六次保留用於它可以可逆地結合的氧分子。[143]當血紅蛋白不連接到氧氣（然後稱為脫氧血紅蛋白）時，Fe2+離子血紅素組（在疏水蛋白內部）在A中高自旋配置。因此，它太大而無法安裝在卟啉環內，而卟啉環將其彎曲成Fe的圓頂2+離子上方約有55個皮儀。在這種配置中，為氧氣保留的第六個配位站點被另一個組氨酸殘基阻塞。[143]

當脫氧血紅蛋白拾取氧分子時，該組氨酸殘基會移開並恢復氧氣後，將氧氣牢固地固定在形成A氫鍵用它。這導致了FE2+離子切換到低自旋構型，導致離子半徑下降20％，因此現在可以適合卟啉環，該卟啉環成為平面。[143]（此外，這種氫鍵導致氧分子的傾斜，導致Fe – O -O鍵角約120°，避免了Fe – O – Fe或Fe – O的形成2 - 將導致電子轉移的Fe橋，Fe的氧化2+到鐵3+，以及血紅蛋白的破壞。）這會導致所有蛋白質鏈的運動，從而導致血紅蛋白的其他亞基變化形狀，形成具有較大氧親和力的形式。因此，當脫氧血紅蛋白吸收氧氣時，其對更多氧氣的親和力，反之亦然。[143]另一方面，肌紅蛋白僅包含一個血紅素群，因此不可能發生這種合作效應。因此，儘管在肺中發現的高氧氣壓力中，血紅蛋白幾乎被氧氣飽和，但其對氧氣的親和力遠低於肌紅蛋白的氧氣，即使在肌肉組織中發現的低氧氣壓力下，肌紅蛋白也會氧氣氧氣。[143]如玻爾效應（而得名克里斯蒂安·博爾（Christian Bohr）， 的父親Niels Bohr），在存在二氧化碳的情況下，血紅蛋白的氧親和力減少。[143]

人類的血紅素單位羧基血紅蛋白，顯示羰基配體在頂端，反式到組氨酸殘基[155]

一氧化碳和三氟化磷對人類有毒，因為它們與血紅蛋白結合，類似於氧氣，但強度更大，因此不能再在整個體內運輸氧氣。與一氧化碳結合的血紅蛋白稱為羧基血紅蛋白。這種效果在毒性中也起著較小的作用氰化物，但主要的效果是迄今為止其乾擾電子傳輸蛋白的正確功能細胞色素a.[143]細胞色素蛋白也涉及血紅素基團，並參與氧的代謝氧化。然後，第六個配位站點被另一個咪唑氮或A佔據蛋氨酸硫，使這些蛋白在很大程度上呈氧氣 - 除了細胞色素A以外，該蛋白直接粘合到氧氣中，因此很容易被氰化物中毒。[143]在這裡，電子轉移發生時，由於鐵保持低自旋，但+2和+3氧化狀態之間的變化。由於每個步驟的降低電勢略大於前一個步驟，因此逐步釋放能量，因此可以存儲在三磷酸腺苷。細胞色素A略有不同，因為它發生在線粒體膜上，直接與氧結合，並運輸質子和電子，如下所示：[143]

4 CYTC2++ o2+ 8H+
裡面→4 CYTC3++ 2 h2O + 4H+
外部

儘管血紅素蛋白是最重要的含鐵蛋白，但鐵 - 硫蛋白也非常重要，參與電子轉移，這是可能的，因為鐵可以在+2或+3氧化狀態下穩定存在。這些具有一個，兩個，四個或八個鐵原子，每個原子大約是四面體協調到四個硫原子的。由於這種四面體協調，它們始終具有高旋轉鐵。最簡單的化合物是Rubredoxin，只有一個鐵原子與四個硫原子協調半胱氨酸周圍肽鏈中的殘留物。另一類鐵 - 硫蛋白是鐵蛋白，具有多個鐵原子。轉鐵蛋白不屬於這兩個類中的任何一個。[143]

海的能力青口貝通過使用，可以維持對海洋岩石的控制有機金屬富含蛋白質的鐵基鍵表皮。基於合成複製品，這些結構中鐵的存在增加了彈性模量770次，抗拉強度58次，並且韌性92次。永久損壞它們所需的壓力增加了76次。[156]

營養

飲食

鐵無處不在，但特別豐富的飲食來源包括紅肉，生蠔，扁豆，豆子，家禽，魚，葉蔬菜，豆瓣，豆腐，鷹嘴豆，黑眼豆豆， 和黑色種植糖蜜.[5]麵包和早餐穀物有時會特別強化鐵。[5][157]

提供的鐵膳食補充劑經常被發現鐵（ii）富馬酸， 雖然鐵（II）硫酸鹽便宜，吸收也很好。[139]元素鐵或降低鐵，儘管僅在效率（相對於硫酸鐵）的三分之一至三分之二中被吸收，但[158]經常被添加到早餐穀物或富集的小麥粉等食物中。鐵在身體上最可用時螯合到氨基酸[159]並且也可以用作常見鐵補充.甘氨酸，最便宜的氨基酸通常用於生產糖粉補充劑。[160]

飲食建議

美國醫學研究所（IOM）在2001年更新了估計的平均需求（EAR）和推薦的飲食津貼（RDA）。[5]14-18歲女性的鐵耳耳朵為7.9毫克/天，在19-50歲和5.0歲時（更年期後）為8.1。對於男性來說，19歲及以上的年齡為6.0毫克/天。RDA為15-18歲，在19-50和8.0的婦女中為15.0 mg/天。對於男性，19歲及以上的8.0毫克/天。RDA高於耳朵，以確定將覆蓋高於平均需求的人的數量。懷孕的RDA為27毫克/天，泌乳為9 mg/天。[5]對於1-3歲的兒童7毫克/天，4-8歲的兒童為10歲，年齡在9-13歲。至於安全，IOM也設置可耐受的攝入水平（ULS）在證據足夠的情況下進行維生素和礦物質。在鐵的情況下，UL設置為45 mg/天。總共將耳朵，RDA和ULS稱為飲食參考攝入量.[161]

這歐洲食品安全局（EFSA）將集體信息集作為飲食參考值，以人口參考攝入量（PRI）而不是RDA，而不是平均需求而不是耳朵。AI和UL定義與美國相同。對於女性，PRI的年齡為13毫克/天15-17歲，年齡較大的婦女為16毫克/天，絕經前和11毫克/天的絕經後。對於懷孕和泌乳，16毫克/天。對於男性，PRI為11 mg/天15歲以上。對於1至14歲的兒童，PRI從7毫克/天增加到11毫克。除懷孕外，PRI高於美國RDA。[162]EFSA審查了同樣的安全問題並未建立UL。[163]

如果嬰兒是奶牛牛奶，則可能需要鐵補充劑。[164]頻繁獻血者處於低鐵水平的風險，通常建議補充其鐵攝入量。[165]

出於美國食品和飲食補充標籤的目的，該份量中的數量表示為每日價值的百分比（％DV）。出於鐵標籤的目的，每日價值的100％為18毫克，截至2016年5月27日18毫克保持不變。[166][167]在參考每日攝入量.

不足

主要文章：缺鐵

鐵缺乏是最常見的營養缺乏在世界上。[5][168][169][170]當鐵損失無法通過足夠的飲食鐵攝入量充分補償時，潛在的鐵缺乏發生，隨著時間的流逝導致缺鐵性貧血如果未治療，則其特徵是紅細胞數量不足和血紅蛋白量不足。[171]孩子們，絕經前婦女（育齡婦女）和飲食不佳的人最容易受到這種疾病的影響。大多數鐵缺陷性貧血的病例是溫和的，但如果沒有治療，可能會引起快速或不規則心跳，懷孕期並發症以及嬰兒和兒童的生長延遲。[172]

過量的

主要文章：鐵超負荷

鐵吸收受人體的嚴格調節，該人體沒有排泄鐵的受調節的生理手段。由於粘膜和皮膚上皮細胞的裂縫，每天僅損失少量鐵，因此對鐵水平的控制主要是通過調節攝取來實現的。[173]由於某些人，某些人受到了損害鐵的調節遺傳缺陷該映射到HLA-H基因區域染色體6並導致異常低水平肝素，是鐵進入哺乳動物循環系統的關鍵調節劑。[174]在這些人中，鐵攝入過多會導致鐵超負荷障礙，在醫學上被稱為血色素沉著病.[5]許多人沒有診斷出對鐵超負荷的遺傳敏感性，並且不知道該問題的家族史。因此，除非遭受苦難，否則不應服用鐵缺鐵並諮詢了醫生。據估計，血色素症是高加索人所有代謝性疾病的0.3至0.8％的原因。[175]

過量攝入的鐵會導致血液中過量的游離鐵。高血液的自由鐵鐵與過氧化物產生高反應性自由基那會損壞脫氧核糖核酸，蛋白質，脂質和其他細胞成分。當細胞含有游離鐵時，鐵毒性就會發生，當鐵水平超過可用性時，通常會發生這種毒性轉鐵蛋白結合鐵。損壞細胞的胃腸道還可以防止它們調節鐵吸收，從而進一步增加血液水平。鐵通常會損壞細胞心，肝在其他地方，造成不利影響包括昏迷，代謝性酸中毒，震驚，肝衰竭，凝血病，長期器官損壞，甚至死亡。[176]當鐵每公斤體重超過20毫克時，人類會經歷鐵毒性；每公斤60毫克被認為致命劑量.[177]鐵的過量，通常是兒童吃大量的結果亞鐵硫酸鹽用於成人食用的片劑是六歲以下兒童中最常見的毒理學死亡原因之一。[177]這飲食參考攝入量（DRI）將成人的可耐受攝入量（UL）設置為45 mg/天。對於14歲以下的兒童，UL為40毫克/天。[178]

鐵毒性的醫療管理很複雜，可以包括使用特定的螯合經紀人打電話脫鐵胺結合併排出多餘的鐵。[176][179][180]

多動症

一些研究表明低丘腦鐵水平可能在病理生理中起作用多動症.[181]一些研究人員發現，補充鐵可以是有效的不專心的亞型疾病。[182]一項研究還表明，鐵可能能夠降低用多動症藥物治療期間心血管事件的風險。[183]

2000年代的一些研究人員提出，血液中鐵和多動症的低水平之間有聯繫。2012年的一項研究發現沒有這種相關性。[184]

癌症

鐵在癌症防禦中的作用可以描述為“雙刃劍”，因為它在非病理學過程中存在普遍存在。[185]人們有化學療法可能會出現鐵缺乏症和貧血，為此靜脈鐵治療用於恢復鐵水平。[186]鐵超載，這可能是由於紅肉的高消耗而發生的[5]可以發起瘤生長並增加對癌症發作的敏感性，[186]特別是結直腸癌.[5]

海洋系統

鐵在海洋系統中起著至關重要的作用，可以充當浮游活性的限制營養素。[187]因此，鐵的降低過多可能導致浮游植物（如矽藻）的生長速率降低。[188]在鐵較高和低氧氣的條件下，鐵也可以被海洋微生物氧化。[189]

鐵可以通過毗鄰的河流進入海洋系統，直接從大氣中進入海洋系統。一旦鐵進入海洋，就可以通過海洋混合和通過在細胞水平上回收在整個水柱中分佈。[190]在北極，海冰在海洋中的儲藏和分佈中起著重要作用，在冬季凍結時會耗盡海洋鐵，並在夏季解凍時將其釋放回水中。[191]鐵循環可以使鐵的形式從水性變為顆粒形式，從而改變了鐵對主要生產者的可用性。[192]升高和溫暖增加了主要生產者可用的形式的鐵量。[193]

也可以看看

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參考書目

進一步閱讀

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  • R.F. Tylecote，冶金史（材料研究所，倫敦，1992年）。
  • R.F.Tylecote，J。Day和R.F.的“工業革命中的鐵”Tylecote，金屬工業革命（1991年材料研究所），200-60。

外部鏈接