用“铁”书写的传奇

用“铁”书写的传奇

铁这种古老的金属无论从其生产的数量到应用的规模，都堪称各种金属材料之首，难怪被人们誉为“金属之王”。有人认为，钢铁的辉煌已经过去。事实并非如此，因为铁元素的神秘特质为其提供了广阔的应用前景。让我们一起走进铁的世界，从地磁产生、生命色素、钢铁工程、钢铁文化以及尖端科技等方面一睹铁的风采。

比利时布鲁塞尔市海瑟尔公园内的“铁原子塔”，其设计构思是将金属铁原子模型放大1650亿倍，9颗直径18米的圆球代表9个铁原子铁与磁的“缘分”

我国是世界上最早认识磁现象的国家之一，早在公元前4世纪左右成书的《管子》中，就有了“上有慈石者，其下有铜金”的记载，这是我国关于磁现象的最早的文字记载。在东汉以前的古籍中，“磁”一直是写成“慈”的。到了公元前3世纪，在《吕氏春秋》中已经有了“慈石召铁，或引之也”的记载。这说明我国古代劳动人民在很早以前就知道用磁石来找铁矿了。

由于认识到了磁现象，所以古人在许多场合应用了磁现象的独特性质。比如中医的“五石散”，磁石就是其中的重要成分。另外还有传说，秦始皇在建造阿房宫时就使用了一个磁石门，只要有人带着铁器进宫就会被磁石门牢牢地吸住，因此可以防止刺客进入宫中。

人类赖以生存的地球就是一个巨大的磁体，稳定的地磁场对地球生物是一个“保护伞”，阻挡了来自太空的宇宙射线的侵袭。在很早以前人们就知道利用地磁了。指南针是我国古代劳动人民的一项伟大的科技发明，也是地磁利用史上的最光辉成就。

窥视生命的“天书”

动物的血液为什么多是红色的？原来这是因为血液中含有血红素的缘故，而血红素这种化合

物的核心元素就是铁，这是大自然义无反顾的选择。

铁是人体内极其重要的微量元素之一，一个正常的成年人全身含有3克多铁，人体缺铁会引起贫血症。人体血液中的血红蛋白是血红素与蛋白质相结合的产物，其主要功能就是运载氧气。据实验，1克血红蛋白在0℃和1个大气压条件下可以吸收1.35升氧气，从而结合成为氧合血红蛋白，由血液从肺部输送到机体的各个组织中，再分解为血红蛋白和氧气，以维持机体组织的新陈代谢。

有趣的是，自然界生命的色素具有内在的统一性。比如存在于血液中的血红素，与存在于植物叶片叶绿体中的叶绿素在结构上具有惊人的相似性。研究认为，血红素和叶绿素竟奇迹般地同属于吡咯色素这个大家族，构成了吡咯色素的两大天然类别。

它们在结构上的区别主要在于环状结构的侧基和结合的金属不同，血红素是铁卟啉化合物，和蛋白质相结合成为血红蛋白;叶绿素是镁卟啉化合物，和蛋白质相结合成为叶绿体。这种相似性揭示了自然界动植物在渊源上具有的某些联系，并可能在生命色素中隐藏有许多不为人知的秘密。

金属之王的“丰碑”

铁元素在地壳中的含量极其丰富，大约为5.5%，为仅次于铝的金属元素。但是，在自然界却很难找到游离的铁（纯铁）。这是因为自然界的铁一般是以氧化物或硫化物的形式存在的，如磁铁矿、赤铁矿、褐铁矿、黄铁矿等。

纳米比亚的戈巴陨铁重约60吨，是目前世界上已知最大的铁陨石人类在5000多年前就开始用铁了，但那时人类还没有掌握铁的冶炼技术。根据考古学家的考证，人类最早使用的铁取自太空铁陨石。铁陨石的主要成分为铁，又被称为“陨铁”，同时含有钴和镍。在古埃及人看来，陨石是上帝赐予人类的“天石”，将其视为珍宝。20世纪70年代，在河北省藁城县出土了一把商代的青铜钺，年代大约在公元前14世纪左右。青铜钺上有铁质刀刃，出

土时已全部锈成氧化铁，并含有2.5%的氧化镍和0.24%的氧化钴。科学家认为，这把青铜钺上的铁质刀刃使用的便是陨铁。

尽管地壳中含有极其丰富的铁元素，但由于铁的熔点（1539℃）很高，明显高于铜的熔点（1083℃），还原铁要比还原铜难得多，因此铜器时代先于铁器时代。大约在公元前1500年左右，冶铁业开始在古埃及、两河流域等地兴起。我国的冶铁业大约兴起于西周时期，而开始使用铁制工具则是在春秋时期。到了明朝，我国铁的年产量高达4.5万吨，位居世界第一。由于铁制品非常坚硬，取代了铜来作为制造兵器和工具的主要材料。

铁和钢也是两个不同的概念，主要区别在碳的含量上。一般把含碳量小于0.2%的铁合金叫纯铁，把含碳量大于2.0%的铁合金叫生铁，而把含碳量介于0.2%～2.0%的铁合金叫钢。它们在性能方面也存在显著的差别，如生铁性脆而硬，没有韧性，不能锻造，而能铸造;而钢性韧而硬，韧性很好，适于锻铸轧等加工。钢铁作为人类社会生产和生活的重要物质资源，始终是国家经济实力和科技水平的重要标志。目前，我国钢产量已重回世界首位。

与时俱进的“铁文化”

在世界工业革命的背景下，应运而生的“机器文明”就是以钢铁的应用为代表的，不仅极大地提升了劳动效率，而且也让人们更多地享受到了钢铁文明的恩惠。用7000吨钢铁建成的埃菲尔铁塔，一改几千年来的石构建筑传统，促成了现代建筑的诞生。埃菲尔铁塔不仅昭示了当时钢铁工业的技术成果，而且也反映了建筑结构科学和施工技术发展的水平。

埃菲尔铁塔屹立在巴黎市中心的塞纳河畔，高达320多米，相当于100层楼高，是当时世界上第一座钢铁结构的高塔。埃菲尔铁塔采用交错式结构，用4条带有混凝土水泥台基的铁柱支撑着高耸入云的塔身，并使用了1500多根巨型预制梁架、150万颗铆钉和12000个钢铁铸件。埃菲尔铁塔向世人展示了钢结构的巨大建筑能力，无疑是世界建筑史上的一个里程碑。

“鸟巢”是2008年北京奥运会主体育场，它采用了世界上独一无二的钢结构工程，使用的是为其量身定制的国产Q460高强钢板。那么，什么是Q460钢呢？原来，Q460钢是一种低合金高强度钢。其中，Q代表钢材的强度，460代表460兆帕。Q460的含义是钢材受力强度达到460兆帕时才会发生塑性变形，这个强度要比一般的钢材大。

“鸟巢”用独特的钢铁结构传达了“亲近自然”的时代理念，从而把“铁文化”升华到了一个崭新的高度。“鸟巢”不仅是一座独特的具有历史意义的标志性建筑，而且也为21世纪的世界建筑发展提供了一个历史见证。

超导走进“铁时代”

科学家把超导体称为当代科学的“明珠”，因此吸引了世界顶级科学家为之不懈努力。我国科学家在铁基超导领域取得了重大突破，为超导材料的广泛应用开辟了广阔前景，标志着超导技术进入了“铁时代”。

超导性是物质处于某种特殊状态下的导电行为，即物质在某一温度下电子在输运过程中不存在任何电阻，这个温度就被称为是“转变温度”。早在1911年荷兰物理学家就在实验室里首次发现汞在4.2K（约合268.8℃）下出现了超导性能，并把这种导体的“零电阻效应”称为超导态。此后，科学家们一直在致力于探索高临界温度的超导材料。但由于科学家们始终把目光锁定在金属材料上，因而一直没有突破。直到1930年，科学家发现了一种化合物——氧化铝在15K的温度下能产生超导性，科学家的目光从此豁然开朗。

此后，科学家相继发现了一系列具有超导性的化合物。1986年，瑞士物理学家首先发现了铜氧化物的超导性，并因此获得了诺贝尔物理学奖。不过，20年来超导体一直局限在铜基材料上。由于铜基材料稀缺昂贵，制造低温条件难度大，因此超导技术难于被推广应用。2006年，日本科学家发现了铁基材料在26K温度下的超导性，这一发现让全世界的科学家