埃菲尔铁塔、磁铁、铁轨、你的身体，你猜哪个真是铁做的？

博

徐欣宇2025年07月22日约 5 分钟

若论我们最熟悉的金属元素，那肯定非铁莫属：楼房的钢筋、汽车的外壳、家用电器、锅碗瓢盆……几乎无处不见铁。就连我们人类，也可以说是铁打的牛马！

五十年代的鞍钢钢铁厂

跟铁都那么熟了，它有什么好介绍的？诶，可能啥是铁，啥听着是铁但不是铁，你还分不清呢。

人类天生就“铁血”？

在中国古代，人们用金木水火土这“五行”，来命名夜空中肉眼可见的五颗行星。其中赤红如火、亮度和位置变幻莫测的一颗称为火星，又名“荧惑”，被视为象征战乱的灾星。无独有偶，古代欧洲人也用好斗的战神玛尔斯（Mars），来给火星命名。

看上去很危险的火星

让人联想起战乱血腥的“火星红”，源于火星土壤中富含的氧化铁（Fe₂O₃，也就是铁锈、赤铁矿的化学成分）。而铁与血的联系，也远不止钢铁兵器——我们血液的红色，就来自红细胞中的铁元素！

我国西南和全球热带、亚热带地区常见的“红壤”也富含铁、铝氧化物，但含铁量通常不如火星土壤高。

作为向身体各处运送氧气的“快递员”，红细胞既要能牢牢抓住氧分子，也要在适当的时候迅速释放它。为此，红细胞的关键成分——血红蛋白中，有一种含铁的血红素（上期讲铜的时候说到有些动物是用含铜的血蓝蛋白）。这些铁主要以亚铁离子（Fe²⁺）的形式存在，能迅速与氧分子结合、分离。人体能正常运转，全靠这自带的“铁血属性”。

动画《工作细胞》中的红细胞拟人形象。血液的红色来自红细胞，而红细胞的红色又来自含铁的血红素。

地球处处都有铁

铁是元素周期表第26号元素，位于第四周期、第VIII族，相对原子质量55.845。其元素符号Fe源自拉丁文Ferrum，这是古罗马人对铁的叫法。

铁是地球上含量最多的元素，约占地球总重量的32.1%。尽管铁在地壳中的含量少于氧、硅和铝，但地球深处含铁更多。通常认为，地球的核心，就是一大团熔融的铁。

被水包裹的铁球

不同于前几期介绍的金、银、铜，铁的金属活动性算是“中等活泼”，尤其是很容易与氧气结合。因此纯铁（铁单质）在地壳中极其少见，铁多以氧化物、碳酸盐等形态存在于矿物中，组成了声势浩大的“铁矿家族”。

含铁矿物种类多，还因为铁有个独特能力——变价。与不同的元素、离子结合时，铁会呈现多种“化合价”，最常见的是+2价（Fe²⁺，通常称为“亚铁”）和+3价（Fe³⁺）。光是铁的常见氧化物，就有氧化亚铁（FeO）、氧化铁（Fe₂O₃）和四氧化三铁（Fe₃O₄）三种！如果按照化学性质来“元素拟人”，铁的“人设”或许不是耿直死硬，而是灵活善变……

从铁到钢，百变配方

大约从公元前1200年开始，亚欧大陆各文明陆续进入“铁器时代”。从此铁取代了铜，成为陪伴我们最多的金属，直到今天。

铁在地层中虽然常见，但多以化合物形态存在于铁矿石中，需要高温熔炼才能获得。铁的熔点高达1538℃，古代很难达到如此高温；炼铁时往往只能得到含有大量杂质的“块炼铁”，再把杂质一点点捶打出去。而中国早在战国时期就发明了鼓风炉，其温度足以让铁熔化成容易铸造的液态铁水，从而实现了规模化炼铁。

春秋战国时期的铁器主要是农具

俗话常说“恨铁不成钢”，因为纯铁硬度不高，需要一位“老朋友”——碳的相助，才能脱胎换骨、坚不可摧！我们平时接触的钢铁，都是把铁、碳两种元素按照不同比例融合，形成的合金。

根据含碳量从高到低，大致可把钢铁家族分为生铁、钢、熟铁三大类。其中钢的含碳量适中，强度和韧性兼备，使用范围最广。

铁轨实际上都是钢，才能弯弯曲曲的好铺设

钢与钢之间，性能差别相当大。现代钢材除了含碳，还会加入不同比例的锰、铬、镍、硅、硫、磷等多种金属和非金属元素，以满足不同的用途。高强度的装甲钢、耐腐蚀的不锈钢、抗压抗拉的螺纹钢……每一类钢材，都有种类繁多、不断升级的“配方”。

	生铁	钢	熟铁
含碳量	2%~4.3%	0.03%~2%	＜0.03%
性质	又脆又硬，不易加工	兼具硬度和韧性	容易塑形，但质地软、强度低

著名的巴黎埃菲尔铁塔，建筑材料是含碳量低、质地软韧的熟铁。它1887~1889年修建时，现代炼钢技术才起步，铁桥、轮船、火车大都由熟铁制造。

埃菲尔铁塔也在生锈，就是一直刷

磁铁是铁吗？

我们小时候都玩过磁铁，它们颜色黑亮，摸起来像铁，还有神奇的“吸铁”能力——能产生磁场，把钢铁制品（以及同样有磁性的钴、镍制品）牢牢吸住。

我们平时见到的小块磁铁（吸铁石），主要是天然磁铁，也就是磁铁矿。它的主要成分为四氧化三铁（Fe₃O₄），属于铁的氧化物，不是金属铁。除它之外，20世纪以来人类还研发了稀土磁铁、钕磁铁等新的磁铁材料，如今已广泛用于多种现代电器和工业设备。

锈蚀，铁的宿命？

博物馆里的古代铁器，周身锈蚀朽烂，不复当年光彩；旧房子里闲置的铁锅、铁罐，历经风霜早已朽坏不堪；汽车坟场里成片的报废汽车，更是“废土感”直接拉满……难道再好的钢铁，也终将以锈烂为结局？

化学性质“中等活泼”的铁，容易与氧气和水反应，被氧化成棕红色的铁锈（氧化铁Fe₂O₃）。铁锈质地疏松，如同“门户大开”，无法阻挡氧气、水分的持续攻势，让整块钢铁从外到内完全锈蚀。

首钢园的时代印记

铁氧化生锈是自然规律，没法避免，只能设法减缓。比如给钢铁制品涂上油漆，或用“烤蓝”工艺在其表面生成一层致密氧化膜，以减少钢铁接触空气和水的频率。在钢材中大量加入铬元素（占比10.5%以上），还能造出抗腐蚀性较强的“不锈钢”。

“烤蓝”工艺

然而问题没这么简单，钢铁面对的除了化学腐蚀，还有同样凶险的“电化学腐蚀”——作为铁与碳的合金，钢铁材料在水中会形成天然原电池，位于负极的铁会不断发生电化学腐蚀，悄悄折损消失。日常泡在水里的轮船、钻井平台、水坝闸门等，都在不断忍受钢铁电化学腐蚀的困扰。为此，人们在船底加装更活泼的锌，让锌取代铁充当电化学反应的“耗材”；给水坝闸门安装外接电源，让电化学腐蚀不在铁表面发生。