鉄 - 科学

鉄は、耐性、粘り強さ、硬度などの特性により、幅広い産業用途を持つ非常に汎用性の高い金属です。鉄の操作技術の発展により、鉄器時代として知られる新たな世界時代が始まりました。現在、鉄鋼分野における鉄の加工・加工は、それをもとに多様な素材を生み出しています。その主な分類は鉄にあります。

キャスト;
白;
グレー;
結節状。

栄養補給を目的とした鉄もあり、ヘム鉄または非ヘム鉄、一方は動物由来、もう一方は植物由来です。鉄は主に、機械、自動車、鉄道、海軍、工具および兵器の製造部門、および土木建築における合金の生産に使用されます。

鉄の性質

記号：Fe.
原子量: 55.845(2) u.
原子番号：26。
電気陰性度：１．８３（ポーリング）。
電子構成: 1s²、2s²、2p ⁶ 、3s²、3p ⁶ 、4s²、3d ⁶ 。
化学系列: 遷移金属。
融点： 1537.85 ℃
沸点： 2860.85 ℃

鉄の特徴

遷移金属、銀白色、展性があり、磁性を備えた鉄は、+2 と +3 の 2 つの酸化状態を持ちます。鉄は地球上で 4 番目に豊富な元素であり、酸素 (O)、ケイ素 (Si) 、アルミニウム (Al)に次いで 2 番目です。地球の核は主にニッケル（Ni）と鉄（Fe）で構成されています。

鉄は反応性元素であり、湿気の多い環境にさらされると酸化して錆びます。 HNO ₃などの化合物は鉄の表面を酸化し、鉄を反応に対して不動態な金属にします。さらに、鉄は酸素の輸送や貯蔵などの重要な生物学的機能を果たします。

鉄の種類

土木および機械建設分野で使用される鉄は、炭素含有量が 2.11% ～ 6.67% の金属合金で構成されており、合金鋼よりも炭素濃度が高くなります。これらの鋳鉄合金には、炭素に加えて、化学的および物理的特性を追加するために、ニッケル、銅、クロム、モリブデンなどの他の元素が含まれる場合があります。鋳鉄は大きく3種類に分類されます。

ねずみ鋳鉄:自動車、海軍、鉄道産業で使用され、構造中に遊離黒鉛が含まれているため、機械加工が容易です (部品のモデリングが容易)。振動を吸収することができ、製造コストも低く抑えられます。
白鋳鉄：主に掘削機など、鉱物や土を採掘するための機器の製造に使用されます。白鋳鉄は、摩擦（摩耗）による摩耗に強く、硬度が高く、機械的衝撃に対して適度な耐性を持っています。
球状鋳鉄:牽引、衝撃、圧縮に対する優れた耐性があり、延性のある材料であり、優れた靭性を備えています。より高い耐衝撃性が要求されるプーリー、ダクト、その他の部品の製造に適用されます。

→ 鉄分の栄養補給

鉄は人体の重要な生物学的プロセスにも関与しています。

代謝プロセス;
酵素反応;
酸素の輸送と貯蔵。

栄養上の鉄には 2 つの分類があります。

非ヘム鉄：野菜に含まれますが、生体利用効率は高くなく、体内への吸収も悪いです。それにもかかわらず、PMS（月経前症候群）の症状を軽減するなど、重要な機能を果たす特性があります。ビタミンC （アスコルビン酸）は非ヘム鉄の吸収を助けます。
ヘム鉄：牛肉、豚肉、鶏肉、魚などの動物由来の食品に含まれています。利用可能性が高く、体への吸収も良好です。

アイロン用途

世界中で入手可能な鉄のほとんどは、自動車部品、産業機械、工具、土木建築要素などを構成する合金に使用されています。
鉄および酸化鉄、塩化鉄、硫化鉄も試薬として使用されます。たとえば、塩化鉄(III)は上下水の処理に使用されます。
栄養補助食品は、体内の鉄欠乏によって引き起こされる病気である貧血を治療するために硫酸鉄 (II) を使用して製造されています。

鉄の歴史

紀元前約 5000 年のエジプトで鉄が使用されたという証拠があります。儀式用の品物に使用される隕石から採取された未加工の鉄です。鉱物から抽出された鉄の出現は紀元前 1500 年頃、小アジア、現在のトルコで記録されています。元素を抽出、適用、使用する技術の発見により、この地域に政治的および経済的力が加わりました。

鉄は約 300 年間秘密にされてきましたが、戦いや領土侵略のさなか秘密が明らかになり、鉄器時代が始まりました。製鉄技術の発展に伴い、青銅は徐々に鉄に取って代わられていきました。この代替品は、青銅の加工に使用される元素である錫 (Sn) の不足にも起因しています。

鉄は、20 世紀半ばに始まった産業革命と本質的に結びついています。 XVIII.この時代には、その展性と耐久性により、鉄とその金属合金、特に鋼が豊富に使用されました。 1778 年に、完全に鉄で作られた最初の橋が建設されました。 1818 年に鉄が海運部門や船舶の製造に使用されるようになり、鉄の使用は世界中の人々のライフスタイルにますます浸透していきました。

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鉄の入手

鉄を得る製鋼プロセスは吸熱的に行われます。炉に鉄鉱石、石炭、石灰石が加えられ、炉は 1600 °C 以上の温度に維持されます。石炭は不完全燃焼反応により熱と一酸化炭素を放出し、その後鉄鉱石と反応して金属鉄と二酸化炭素を生成物として形成します。

石灰石は不純物を除去するために使用されます。石灰石は高温にさらされると二酸化炭素と酸化カルシウムに分解し、後者は不純物（酸化ケイ素：砂）と反応します。これらすべてのプロセスの最後には、鉄に加えて、セメントの製造に使用できるスラグが形成されます。鉄は抽出された後、他の加工プロセスを経て、鋼などの金属合金に変わります。

コークス炭の燃焼: 2C + O ₂ ▯ 2CO
鉄鉱石と一酸化炭素の反応: Fe2O ₃ + 3CO ▯ 2Fe + 3 CO ₂
石灰石の分解反応：CaCO ₃ ▯ CaO + CO ₂
酸化カルシウムと不純物の反応: CaO + SiO ₂ ▯ CaSiO ₃

鉄は非常に多用途で応用可能であるにもかかわらず、その元素を抽出するプロセスは、景観の悪化、森林破壊、発生する廃棄物による土壌と水の汚染など、多くの環境影響を引き起こし、その結果として生物多様性の減少を引き起こします。したがって、この人類学的実践の影響を軽減するために、植林活動と適切な廃棄物処理が重要になります。