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本多光太郎
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那么，铁是如何登上材料之王的宝座的呢？这不仅仅因为铁具有硬而韧的特性。其实，纯粹的铁是银白色的柔软金属，在后文中会详细介绍，铁与其他元素形成合金之后，性质会出现巨大的改变，但硬度依旧远逊于钨合金之类的材料。
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而且铁属于极易氧化的金属，相信不少在化学课上苦苦背诵金属活动性顺序表的读者应该很清楚这一点。简而言之，这个金属活动性顺序表其实就是金属容易氧化程度的排序。金属活动性顺序表选取了具有代表性的16种金属，而铁处于其中的第8位。也就是说与金、银、铜及铅相比，铁更容易被氧化而出现性能劣化的现象。作为一种材料来说，铁的这个特征是一个巨大的缺陷。
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而且，铁的加工难度也比较大，高达1 535℃的熔点，导致炼铁必须使用鼓风机持续送入新鲜空气才能保证铁水的温度，这就需要高超的技术才能得以实现。有历史学家认为，世界各地的古代文明中，青铜器时代先于铁器时代的原因在于，青铜的熔点一般不超过950℃，比铁器更容易炼制。
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那么，铁到底有什么优点呢？答案是：地壳的铁元素含量较高。地壳丰度指的是地球表面元素含量百分比排序，铁元素以其4.7%的比例雄踞第四位，在金属当中仅次于铝，见表4-1。但是，铝因为具有极强的氧化性导致精炼难度极高，所以作为材料的利用历史远远短于铁，详见第十章。
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表4-1 地壳元素丰度表[1]
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但是，地壳丰度表只是反映了地壳中的元素比例，也就是说这仅仅代表了构成我们人类认知能力范围之内的物质。其实地球内部的内核与外核还有极其丰富的铁，如果按地球整体质量计算，铁元素的含量高达32.1%！由于铁元素的比重大，在地球诞生初期，大部分处于熔融状态的铁元素沉入地球内部，留在地表的是极少的部分。即便这样，这极少量的铁元素也在地壳元素丰度表内位列第四，可见地球所含有的铁元素是何等丰富！真可以说，我们就居住在主要由铁元素构成的行星上。
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著名的科普作家卡琳·菲茨杰拉德在《铁的传奇》一书中提到过一个观点：民主主义之所以能实现，关键在于这个世界中铁元素无处不在。制造青铜的原料矿石极为罕见，容易被少数统治阶级垄断。但是铁矿石分布非常广泛，只要掌握炼制的技术，社会大众都能获得铁。因此，掌权者无法垄断强大的铁制武器，民众的力量得以强化。
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改变人类历史的材料大体可分为两类：一类是所有人都想占有的稀缺性材料，另外一类是能大量生产、廉价销售的材料。第一章介绍的黄金属于前者，而铁则是后者的代表性元素。
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[1] 由于不同资料来源及估计方式不同，各元素丰度是大致参考值。此处丰度值为质量百分比。
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奇妙的材料：改变世界的12种化学物质和它们背后的科学传奇 [:1700541975]
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奇妙的材料：改变世界的12种化学物质和它们背后的科学传奇 重物质的归宿——铁
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现在问题来了，为什么地球上铁元素的含量雄踞金属类元素的首位呢？这个问题的答案涉及核物理学领域的知识。
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不同种元素互相组合就可以形成新的物质，为了获得有用的物质，生物学家和化学家们日夜操劳，各自进行元素组合尝试——化学反应。但是，单凭化学反应，烧瓶里不会出现原料中没有的元素，也不可能凭空产生全新的元素。第一章阐述过炼金术士们历经数千年的奋斗，连一粒金沙都没“炼”出来。
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我们的身体也是由各种元素构成的，这些碳、氧、铁等物质到底是从哪里来的呢？答案就存在于宇宙的星空之中。类似太阳之类的恒星内部温度超过1 000万℃，在这种超高温的环境下，原子核之间相互融合，从而产生了全新的元素。现在，我们的太阳正处在将氢原子融合成更大粒子的过程中。
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在巨型的老龄恒星内部，正进行着将质量更大的元素融合成重元素的步骤。不过，元素的质量并非无限增大，超过一定质量之后元素的原子核处于不稳定状态，导致新元素的产生陷于停顿状态。这条分界线就是铁元素，26个质子和30个中子组成的铁原子核是元素中最稳定的结构之一，小于铁或大于铁的原子核均不稳定。这就是地球上铁元素含量远远高于其他金属类元素的最大原因。
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老龄巨型恒星截面图
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那么，比铁元素更重的元素是怎样产生的呢？关于这一点，过去的学术观点认为，当巨型恒星到了生命的最后时刻就会发生大爆炸，也就是在超新星爆炸时会产生大量比铁元素重的元素。近年的研究成果认为，像中子星这样的高密度星体发生碰撞、融合之际会产生比铁元素更重的物质。也就是说，今天地球上的金、银以及我们体内的锌、碘等重要元素，均来自远古的星尘。
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据说，宇宙诞生到现在历经了约138亿年，整个宇宙中氢元素占93%以上，加上排名第二的氦元素，总体占宇宙元素的99.8%。不过，在未来历经漫长的数百亿、数千亿年之后，铁元素的比重会越来越大。有些科学家认为，如同百川入海一般，所有元素的最终归宿就是铁。当然，早在那一天来临之前，宇宙中的一切生命体就已经悄然消失，最终宇宙会变成一个无人守望的冷寂空间。
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奇妙的材料：改变世界的12种化学物质和它们背后的科学传奇 [:1700541976]