콘텐츠
철의 기원을 숙고 할 때, 당신의 마음은 제철소, 중세 시대의 단조품 또는 어려운 실제 작업과 매우 높은 온도를 특징으로하는 다른 제조 공정의 비전으로 방황 할 것입니다. 그러나 인간 산업에서 다양한 방식으로 사용되는 금속의 유형과는 별도로 철은 화합물이나 합금이 아닌 원소로도 사용되므로 단일 철 원자를 분리 할 수 있습니다. 이것은 가장 친숙한 자료에는 해당되지 않습니다. 예를 들어, 여전히 물이라고 할 수있는 것보다 적은 양의 물은 세 개의 원자, 그중 하나는 산소와 다른 두 개의 수소를 포함합니다.
흥미롭게도 사람들이 지구의 제조 환경에서 철을 비정상적으로 높은 온도와 연관 시키지만 철분의 요소는 너무 뜨겁고 멀리 떨어진 사건에 존재하기 때문에 관련 숫자가 거의 이해되지 않습니다.따라서, 어떻게 철이 만들어 지는지에 대한 연구를 수행하려면 철이 어떻게 생겨 났으며 어떻게 지구에 도달했는지와 지구상의 사람들이 일상적인 활동뿐만 아니라 전문적인 활동을 위해 철을 만들고 사용하는 방법에 대한 두 가지 병렬 프로세스가 필요합니다. 이 주제들은 차례로 생활 시스템에서 그리고 생활 시스템에 의한 철의 사용에 대한 토론과 다양한 요소가 우주 전체에 어떻게 시작되고 확산되는지에 대한 일반적인 견해를 초대합니다.
철의 간략한 역사
철은 기원전 3500 년 이래 또는 5,500 년 전에 인류에게 알려졌습니다. 그 이름은 "아이렌"인 앵글로색슨 버전에서 파생되었습니다. 주기율표 철 기호 Fe는 철에 대한 라틴어 단어에서 유래하는데, 이는 철이다. 약국을 정독하고 철분 보조제를 볼 경우, 대부분의 이름이 "철"이거나 다른 것 (예 : 황산염 또는 글루코 네이트)임을 알 수 있습니다. 화학 반응에서 "철"또는 "철"이라는 단어를 볼 때마다 철이 논의되고 있음을 즉시 인식해야합니다. 훌륭하고 유용한 단어이지만 "비 이론적"은 물리 과학 세계에서 아무런 역할을하지 않습니다.
철에 대한 화학 사실
철 (약칭 된 Fe)은 일상적인 목적뿐만 아니라 원소 주기율표에서도 금속으로 분류됩니다 (대화식 예제는 참고 자료 참조). 이것은 아마도 놀랄 일이 아니지만, 실제로 금속은 자연적으로 비금속보다 수적으로 큰 차이가 있습니다. 실험실 환경에서 인간이 발견하거나 만든 113 개의 원소 중 88 개는 금속으로 분류됩니다.
아시다시피, 원자는 질량이 거의없는 전자의 "구름"으로 둘러싸인 대략 같은 질량의 양성자와 중성자가 혼합 된 핵으로 구성됩니다. 양성자와 전자는 같은 크기의 전하를 가지고 있지만, 전자의 전하는 양인 반면 양성의 전하는 양이다. 철 원자 번호는 26이며, 철은 전기적으로 중성 인 상태에서 26 개의 양성자와 26 개의 전자를 가짐을 의미합니다. 반올림했을 때의 원자 질량은 단순히 합계 또는 양성자와 중성자이며, 몰 당 56 그램으로 부끄러워서 가장 화학적으로 안정적인 형태는 (56-26) = 30 중성자를 포함합니다.
철은 몇 가지 강력한 물리적 성질을 가지고 있습니다. 밀도는 7.87 g / cm입니다.3물보다 8 배나 밀도가 높습니다. (밀도는 단위 부피당 질량이며 물은 1.0g / cm로 정의 됨3 철은 일반적으로 화학 목적으로 "실온"으로 간주되는 20 ° C (68F)의 고체입니다. 녹는 점은 1538C (2800F)로 매우 높으며, 끓는점, 즉 액체 철이 증발하여 가스가되기 시작하는 온도는 2861C (5182F)입니다. 따라서 금속 가공에서 사용되는 용광로의 종류가 엄청나게 강력해야한다는 것은 놀라운 일이 아닙니다.
철분은 지구 표면에서 네 번째로 많은 원소입니다. 그러나 행성의 용융 코어가 주로 액화 철, 니켈 및 황으로 구성되어 있다고 가정하면, 철의 총 점유율은 상당히 클 수 있습니다. 채굴 작업에서지면에서 철이 추출 될 때, 철은 하나 이상의 유형의 암석과 혼합 된 원소 철인 광석 형태이다. 철광석의 가장 일반적인 유형은 적철광이지만 자철광과 타코 나이트도이 금속의 중요한 공급원입니다.
철 녹 또는 부식은 다른 금속에 비해 매우 쉽습니다. 현재 정제 된 금속의 9/10이 철을 포함하기 때문에 엔지니어에게는 문제가됩니다.
철의 용도
인간을 위해 채굴 된 대부분의 철은 강철 형태로 감겨 있습니다. "강철"은 금속의 혼합물을 의미하는 합금입니다. 오늘날이 제품의 인기있는 형태는 탄소강이라고하며, 이는 탄소가 모든 형태로이 철강 질량의 작은 부분 만 차지하기 때문에 다소 오해의 소지가 있습니다. 탄소 함량이 가장 높은 탄소강에서 탄소는 금속 질량의 약 2 %를 차지합니다. 이 수치는 금속이 "탄소강"이라는 제목을 잃지 않으면 서 1 %의 1/10까지 감소 할 수 있습니다.
탄소강은 다른 금속과 전략적으로 간통하여 특정 바람직한 특성을 갖는 합금을 생성 할 수있다. 예를 들어, 스테인리스 강은 10 질량 %를 초과하는 상당한 양의 크롬을 갖는 탄소강 형태입니다. 이 소재는 내구성이 뛰어나고 부식에 대한 높은 저항력으로 인해 광택이 있고 윤기 나는 외관을 오랫동안 유지하는 경향이 있습니다. 스테인레스 스틸은 건축, 볼 베어링, 수술기구 및 식기류에서 두드러집니다. 순수한 금속 표면에서 반사를 명확하게 볼 수 있다면 일종의 스테인레스 스틸을보고있을 가능성이 높습니다.
니켈, 바나듐, 텅스텐 및 망간과 같은 많은 양의 금속이 강철에 통합되면 이미 단단한 물질을 더욱 단단하게 만듭니다. 따라서 이러한 합금강은 교량, 절단 장비 및 전기 그리드 구성 요소에 포함하기에 적합합니다.
주철이라고 불리는 비 강철 유형의 철에는 다량의 탄소가 포함됩니다 (적어도 철 금속 가공 표준에 따르면) : 3-5 %. 주철은 강철만큼 강하지는 않지만 상당히 저렴하기 때문에 강철에서 주철로 이동하는 경우, 갈비뼈에서 70 % 마른 햄버거로 갈 때와 같은 일반적인 균형을 유지해야합니다.
철은 어떻게 만들어 집니까?
지구상의 철은 철광석에서 만들어 지거나보다 적절하게 추출됩니다. 철광석의 "바위"부분은 광석의 종류에 따라 다양한 양의 산소, 모래 및 점토를 포함합니다. 철 공장은 초기에 공장이 불렀던 것처럼 철을 남기면서 가능한 많은 암석과 그릿을 제거하는 것이 원칙입니다. 땅콩 껍질을 벗기거나 오렌지 껍질을 벗겨서 좋은 결과를 얻는 것과는 약간 다릅니다. 철광석의 경우를 제외하고는 철은 단순히 일회용 재료로 둘러싸여 있지는 않다. 그것과 섞여 있습니다.
끔찍한 기온과 철제 작업의 전반적인 육체적 도전에도 불구하고 인간은 이미 기독교 이전 시대에 그것을 사용하고있었습니다. 철공은 기원전 5 세기에 유럽 대륙과 서아시아를 거쳐 영국 제도에 처음으로 도달했습니다. 그 당시 철은 숯, 점토 및 광석 자체 만 사용하여 원치 않는 물질과 물리적으로 최대한 분리되어 뒤 따르는 온도에 비해 적당한 온도로 가열되었습니다. 어쨌든 제련은 기원전 1500 년까지 진행되었지만 거의 30 세기 후인 1400 년대에 고로가 발명되어 "산업"(예를 들어)이 급진적이고 영원히 바뀌 었습니다.
오늘날 철은 고로에서 적철광 또는 자철광을 "코크스"라고하는 탄소 형태와 탄산 칼슘 (CaCO)과 함께 가열함으로써 만들어집니다.3), 석회석으로 더 잘 알려져 있습니다. 이로 인해 약 3 %의 탄소 및 기타 간음 제를 함유 한 화합물이 생성됩니다. 품질이 좋지 않지만 강철을 만들기에 충분합니다. 매년 전 세계적으로 약 13 억 미터 톤 (약 14 억 3 천만 파운드, 또는 거의 3 조 파운드)의 조강이 생산됩니다.
철은 어디에서 왔습니까?
스테인리스 스틸 식기 세척기 나 나무 난로의 철이 나오는 곳은 아마도 우주에서 철이 어떻게 존재하게되었는지보다 훨씬 흥미로운 질문 일 것입니다. 철은 무거운 원소로 간주되며이 유형의 원소는 초신성이라고하는 치명적인 "별 죽음"사건에서만 만들 수 있습니다. 대부분의 별들은 수소의 연료 공급을 통해 타면서 흐리지 만, 일부 별들은 문자 그대로 강타를합니다.
이것은 통계적으로 드문 사건으로, 은하계 전체, 천천히 천천히 회전하는 별과 인간이 집으로 부르는 물질의 전체 범위에서 수백 년에 몇 번 발생합니다. 그러나 그들은 또한 매우 중요합니다. 그것들이 없으면, 크기가 작은 더 작은 원소들이 충돌에 합쳐지고 철, 구리, 수은, 금, 요오드 및 납과 같은 더 큰 원소들을 만들어내는 데 필요한 힘이 존재하지 않습니다. 그리고 항상,이 원소들 중 일부는 우주를 통해 먼 거리를 여행하고 때로는 운석 타격의 형태로 지구에 정착합니다.
자연에서 요소는 어떻게 형성됩니까?
철은 일반적인 별-연소 공정에 의해 생성 될 수있는 요소 (이러한 과정 자체가 어떤 방식 으로든 "일반적인"것처럼)와 초신성에 의해서만 생성 될 수있는 요소의 관점에서 대략적인 차단 점을 나타내는 것으로 생각됩니다.
별이 수소 공급을 소진하기 시작하면 대부분의 원소 (산소, 원자 번호 8, 아마도 철, 원자 번호 26 포함)는 만들어집니다. 별이 "화상"하는 이유는 수소가 다른 수소 원자와 충돌하여 가장 작은 원소 (원자 번호 1)와 함께 무수한 핵융합 반응을 지속적으로 겪고 있기 때문에 헬륨 (원자 번호 2)이기 때문입니다. 결국, 별의 가장 안쪽 부분에서 헬륨 원자는 그룹으로 충돌하여 탄소를 형성합니다 (원자 번호 6).
인체의 철
식품 제조업체의 광고 주장만을 근거로 철분이 사람의 식단에 필수적인 것으로 인식하고있을 것입니다 ( "이 곡물에는 미국의 일일 철 권장량 100 %가 포함되어 있습니다!"). 그러나 이것이 왜 그런지 모를 수도 있습니다.
결과적으로 전형적인 인체에는 약 4g의 원소 철분이 포함되어 있습니다. 그것은 큰 소리처럼 들리지 않지만 왜 몸에 금속이 필요합니까? 실제로, 철은 적혈구 (RBC)에서 발견되는 산소 결합 단백질 인 헤모글로빈의 필수 부분입니다. RBC는 폐에서 조직으로 산소를 운반하여 세포 호흡에 사용됩니다.
식이 섭취 부족 (철분은 육류, 특히 육류, 특정 곡물에서 발견됨) 또는 전신 질환 상태로 인해 철분이 부족 해지면 RBC가 제대로 일을 할 수 없습니다. 빈혈이라 불리는이 상태에서 사람들은 적당한 양의 노력으로 호흡이 곤란 해지고 종종 피로, 두통 및 전반적인 약점으로 고통받습니다. 심한 경우에는 빈혈을 교정하기 위해 수혈이 필요할 수 있지만, 일반적으로 철 함유 알약과 액체를 보충하여 교정이 이루어집니다.