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用“铁”书写的传奇(1)
http://www.100md.com 2015年5月15日 《百科知识》 2015年第10期
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。
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    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。
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    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。
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    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。, 百拇医药(苏更林)
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