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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]
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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 钢与森林滥伐
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铁元素本身不仅具备了众多优点，还有更重要的特性：例如与其他金属形成具有特殊性能的合金，或者自然形成磁铁等。地球上这些特殊的铁合金数不胜数，本书第九章专门介绍了磁铁所具有的特殊性质。
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铁合金中最重要的材料就是钢，所谓钢其实就是含有0.02%～2%碳的铁。由于碳的存在，铁获得了令人惊异的硬度与韧度，经过锻造延展后，可以变成锋利的武器。日语中“钢”的词源就是“刀口铁”。
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前文提到，赫梯人于公元前15世纪就率先使用了铁制武器，这个说法也不尽正确。在此之前，世界各地已经有了利用陨铁材料锻造刀剑的记录，而且加热、精炼铁矿石能获得海绵铁，利用海绵铁制作各种工具的技术已经极为普遍。但海绵铁过于柔软，无法直接用于制作武器或建材。
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赫梯人却有了重大技术发现：在木炭中加热海绵铁，就能获得坚韧的钢。
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话虽简单，但是仅仅在木炭中加热铁并不能获得钢。正如前文所述，熔化铁需要极高的温度，这就需要不停地输送氧气维持高温火焰持续燃烧。而且当碳含量超过一定范围之后，铁反而发生脆化，稍有外力就会断裂。赫梯人率先开发出了维持炼钢条件的新技术。
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在钢制武器的助力之下，风头一时无两的赫梯人征服了小亚细亚，并且一度攻入今天的叙利亚和埃及地区。可以说，当人类掌握了炼钢技术的那一刻，世界文明就进入了一个全新的发展阶段。
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埃及壁画中赫梯军队的战车
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赫梯人一直严守为他们带来强大战斗力的炼钢技术的秘密，但他们的帝国未能长治久安。大约在公元前1190年，叛乱及外族入侵使强大的赫梯帝国成为历史。但是也有观点认为，赫梯人为了获得炼钢所需的木炭对森林进行滥伐，导致环境遭到严重破坏，这才是赫梯王国灭亡的主要原因。虽然赫梯人掌握了制作精良武器的技术，但是制造业带来的严重环境问题最终也导致了帝国的毁灭。
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还有一种观点认为，赫梯人向东迁徙，后来演变成了鞑靼人，并于5世纪左右将炼钢技术传到了日本，据说这是现代日语“鞑靼钢”一词的词源所在。2015年塔吉克斯坦共和国科学技术部访问日本的岛根县，调查鞑靼钢与日本的渊源。也许，这种观点并非空穴来风。
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学术界的主流观点认为：赫梯人最早掌握了炼钢技术，炼钢技术随着赫梯帝国的灭亡流传至世界各地。到了近年，这种观点开始遭到质疑，因为在赫梯人的文化遗址中确实发现了铁器，但是未能找到异族入侵引发战乱的证据。看样子，这个课题只能留给后人进一步研究了。
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最重要的问题在于保证炼钢所需的木材供应，日本每建造一个炼制鞑靼钢的高炉就需要1 800町步[1]的森林。所以说坐拥广袤森林的日本出云地区，成为鞑靼钢生产基地确实有其原因。