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鉄の起源を熟考するとき、あなたの心は製鉄所、中世の鍛冶屋、またはハードで実践的な仕事と非常に高い温度を特徴とする他の製造プロセスのビジョンにさまよう可能性があります。しかし、人間の産業でさまざまな方法で使用される金属の一種であることに加えて、鉄は化合物または合金ではなく元素としても存在し、鉄の単一原子を分離することが可能です。これは、よく知られているほとんどの資料には当てはまりません。たとえば、まだ水と呼ぶことができる量よりも少ない量の水には、3つの原子が含まれています。1つは酸素で、もう1つは水素です。
興味深いことに、人々はここ地球の製造現場で鉄を異常に高い温度に関連付けていますが、要素としての鉄の存在は、非常に高温で遠く離れているため、関係する数字はほとんど意味をなしません。したがって、鉄の製造方法の研究を行うには、鉄がどのようになり、どのように地球に到達したか、そして地球上の人々がどのように日常的および専門的な活動のために鉄を作り、使用するかを調べる2つの並行プロセスが必要です。これらのトピックは、生命システムにおける鉄の使用に関する議論と、さまざまな要素が宇宙全体にどのように発生し、拡散するかについての一般的な考察を順番に誘います。
鉄の簡単な歴史
鉄は紀元前3500年頃、つまり5,500年以上前から人類に知られています。その名前は、「iren」であったアングロサクソン版に由来します。周期表の鉄の記号Feは、鉄を表すラテン語の鉄に由来します。あなたが薬局を熟読し、たまたま鉄のサプリメントを見ると、その名前のほとんどが「鉄」のようなもの（硫酸塩やグルコン酸など）であることに気付くでしょう。化学詐欺で「鉄」または「鉄」という言葉を目にしたときはいつでも、鉄が議論されていることをすぐに認識する必要があります。 「ironic」は素晴らしく有用な言葉ですが、物理科学の世界では何の役割もありません。
鉄に関する化学的事実
鉄（Feと略す）は、日常の目的だけでなく、元素の周期表でも金属として分類されています（インタラクティブな例については「参考文献」を参照）。これはおそらくほとんど驚きではありませんが、実際、金属は自然界で非金属よりもはるかに多くの差をつけています。人間が実験室で発見または作成した113個の元素のうち、88個は金属に分類されています。
原子は、ご存知かもしれませんが、ほぼ質量のない電子の「雲」に囲まれたほぼ等しい質量の陽子と中性子の混合物を含む核で構成されています。陽子と電子は同じ大きさの電荷を運びますが、陽子の電荷は正ですが、電子の電荷は負です。アイアンの原子番号は26です。つまり、鉄は電気的に中性の状態で26個のプロトンと26個の電子を持っています。四捨五入すると単純に陽子と中性子になりますが、その原子質量は1モルあたり56グラムですので、化学的に最も安定な形には（56-26）= 30個の中性子が含まれます。
鉄にはいくつかの恐るべき物理的性質があります。密度は7.87 g / cm3、水のほぼ8倍の密度にします。 （密度は単位体積あたりの質量であり、水は1.0 g / cmと定義されます3 鉄は、摂氏20度（68 F）で固体であり、化学の目的で一般に「室温」と見なされます。融点は非常に高い1538 C（2800 F）ですが、その沸点（溶鉄が蒸発してガスになり始める温度）は2861 C（5182 F）です。そのため、金属加工では、使用する炉の種類が非常に強力でなければならないのも不思議ではありません。
鉄は、質量で、地球の地殻で4番目に豊富な元素です。ただし、惑星の溶融コアは、主に液化鉄、ニッケル、硫黄で構成されていると考えられているため、地球の鉄の総シェアはかなり大きくなる可能性があります。鉄が採掘作業で地面から抽出されるとき、それは鉱石の形であり、それは元素鉄と1つまたは複数の種類の岩石が混合されています。最も一般的なタイプの鉄鉱石は赤鉄鉱ですが、磁鉄鉱とタコナイトもこの金属の重要な供給源です。
鉄は、他の金属と比較して非常に簡単に錆びたり腐食したりします。現時点では、精製された金属の10分の9に鉄が含まれているため、エンジニアにとって問題が生じます。
鉄の使用
人間が使用するために採掘された鉄のほとんどは、鉄の形になります。 「スチール」は合金であり、金属の混合物を意味します。今日、この製品の人気のある形は炭素鋼と呼ばれますが、炭素はあらゆる形でこの鋼の質量のほんの一部にしか寄与しないため、やや誤解を招きます。炭素鋼の最高炭素形では、炭素が金属の質量の約2パーセントを占めます。この数値は、金属が「炭素鋼」の称号を失うことなく、1パーセントの1/10にまで及ぶ可能性があります。
炭素鋼は、他の金属と戦略的に混ぜ合わせて、特定の望ましい特性を持つ合金を生成することができます。たとえば、ステンレス鋼は、かなりの量のクロムを含む炭素鋼の一種で、質量で10％を超えています。この材料は、その耐久性と、腐食に対する高い耐性により、光沢のある光沢のある外観を長期間維持する傾向があることで有名です。ステンレス鋼は、建築、ボールベアリング、手術器具、食器などで際立っています。純粋な金属表面で反射をはっきりと見ることができれば、一種のステンレス鋼を見ている可能性があります。
ニッケル、バナジウム、タングステン、マンガンなどの適切な量の金属が鋼に組み込まれると、すでに硬い物質がさらに硬くなります。したがって、これらの合金鋼は、橋、切断器具、および電気グリッド部品に含めるのに適しています。
鋳鉄と呼ばれる鉄以外の鉄には、（少なくとも鉄金属加工の基準では）3〜5％の大量の炭素が含まれています。鋳鉄は鋼ほどタフではありませんが、かなり安価であるため、鋼から鋳鉄に移行する場合、プライムリブから70％リーンハンバーガーに行くときと同じ一般的なトレードオフを行います。
鉄の作り方
地球上の鉄は、鉄鉱石から作られるか、より適切に抽出されます。鉄鉱石の「岩」部分には、鉱石の種類に応じてさまざまな量の酸素、砂、粘土が含まれています。鉄工場の仕事は、そのような工場が最も早く呼ばれたように、鉄を残したまま、できるだけ多くの岩石やその他の砂を取り除くことです。一部、ただし鉄鉱石の場合、鉄は単に使い捨て材料で囲まれているだけではありません。それと混ざり合っています。
困難な温度と鉄工所の全体的な物理的課題にもかかわらず、人間はすでにキリスト教以前にそれらを使用していました。鉄の働きは、紀元前5世紀にヨーロッパ本土と西アジアを経由してイギリス諸島に初めて到達しました。当時は、木炭、粘土、鉱石のみを使用して、鉄を不要な物質から可能な限り最大限に物理的に分離し、その後に比べて適度な温度に加熱していました。ともあれ、紀元前1500年には製錬が進行していましたが、30世紀近く後の1400年代に高炉が発明され、「産業」（など）が根本的に永遠に変わりました。
今日、鉄は高炉でヘマタイトまたはマグネタイトを「コークス」と呼ばれる形態の炭素および炭酸カルシウム（CaCO3）、石灰岩として知られています。これにより、約3パーセントの炭素と他の不純物を含むコンパウンドが生成されます。品質は理想的ではありませんが、鋼を製造するには十分です。毎年、世界中で約13億トン（約14億3千万トン、約3兆ポンド）の粗鋼が生産されています。
鉄はどこから来たの？
ステンレス製の食器洗い機やwoodストーブの鉄がどこから「来る」のかは、そもそも宇宙のどこに鉄が存在するようになったのかよりも、それほど興味深い質問ではありません。鉄は重い元素と考えられており、このタイプの元素は、超新星と呼ばれる壊滅的な「星の死」イベントでのみ作成できます。ほとんどの星は、燃料の水素を燃やして燃え尽きるのと同じように燃え上がりますが、一部の星は文字通りバタンと消えます。
これらは統計的にまれな出来事であり、天の川銀河全体にわたってゆっくりと回転する大量の星や人間が故郷と呼ぶ他の物質の全体にわたって百年ごとに数回しか発生しません。しかし、それらも非常に重要です。それらがなければ、衝撃でかなり小さな要素を融合させ、鉄、銅、水銀、金、ヨウ素、鉛などのさらに大きな要素を作成するのに必要な力は存在しません。そして、常に、これらの要素の特定の部分は宇宙を長距離移動し、地球に落ち着きます。sometimes石の衝突の形で時々起こります。
自然の中で要素はどのように形成されますか？
鉄は、通常の星燃焼プロセスによって生成される可能性のある要素（これらのプロセス自体が何らかの形で本当に「普通」である場合）および超新星によってのみ作成可能な要素に関して、近似的なカットオフポイントを表すと考えられています。
ほとんどの元素-酸素、原子番号8から、おそらく鉄を含まない、原子番号26-は、星がその水素供給を使い果たし始めると作られます。星が「燃える」理由は、最も軽い元素（原子番号1）が他の水素原子と衝突してヘリウム（原子番号2）を形成する水素との無数の核融合反応を常に受けているためです。最終的に、星の最内部では、ヘリウム原子がグループに衝突して炭素を形成します（原子番号6）。
人体の鉄
おそらく、食品メーカーの宣伝文句のみに基づいて、人間の食事に鉄が不可欠であると認識しているでしょう（「この穀物には、米国が推奨する鉄の1日あたりの許容量が100％含まれています！」）。ただし、これがなぜなのかわからないかもしれません。
結局のところ、典型的な人体には約4グラムの元素鉄が含まれています。それは大したことではないように聞こえるかもしれませんが、どうしてあなたの体には金属が必要なのでしょうか？実際、鉄は赤血球（RBC）に含まれる酸素結合タンパク質であるヘモグロビンの必須部分です。 RBCは酸素を肺から組織に輸送し、そこで細胞呼吸に使用します。
食事摂取が不十分なために鉄分が不足すると（鉄は肉、特に臓器肉、特定の穀物に含まれます）、または全身性の病気の状態になると、RBCは仕事を正しく行えません。貧血と呼ばれるこの状態では、人々は適度な労作の後に息切れし、しばしば疲労、頭痛、および一般的な衰弱に苦しみます。重度の場合、貧血を是正するために輸血が必要になる場合がありますが、通常、鉄を含む丸薬と液体を補充して是正します。