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Tiě
鐵
別名 黑金、生鐵、鋼鐵、跳鐵、鍒鐵、勞鐵、熟鐵、鑐鐵、柔鐵、烏金
功效作用 鎮心平肝消癰解毒。治驚癇癲狂,癰毒。
英文名 Hematite, Limonite, Magnetite
始載於 神農本草經
毒性 有毒(一說無毒)
歸經 心經肝經腎經
藥性
藥味

鐵是一種化學元素,它的化學符號是Fe,它的原子序數是26,是最常用的金屬。它是過渡金屬的一種。是地殼含量第二高的金屬元素。鐵是人體含量的必需微量元素,人體內鐵的總量約4-5克,是血紅蛋白的重要部分。人體從食物中攝取所需的大部分鐵。

     

目錄

鐵元素

【元素原子量】:55.85

【元素類型】:金屬元素

【質子數】:26

【中子數】:30

【所屬周期】:4

【所屬族數】:VIII

【電子層分布】:2-8-14-2

電離能 :(kJ /mol)

M - M+ 759.3

M+ - M2+ 1561

M2+ - M3+ 2957

M3+ - M4+ 5290

M4+ - M5+ 7240

M5+ - M6+ 9600

M6+ - M7+ 12100

M7+ - M8+ 14575

M8+ - M9+ 22678

M9+ - M10+ 25290

元素在太陽中的含量:(ppm)

1000

元素在海水中的含量:(ppm)

太平洋表面 0.00001

地殼中含量:(ppm)

41000

氧化態:

主要 Fe+2, Fe+3

其餘 Fe-2, Fe-1, Fe0, Fe+1, Fe+4, Fe+5, Fe+6

原子體積:(立方厘米/摩爾):7.1

晶體結構】:面心立方和體心立方

【名稱由來】: 盎格魯-撒克遜語:iron(鐵);元素符號來自於拉丁文「ferrum」(鐵)。

【元素描述】: 柔韌而有延展性的銀白色金屬。在地殼中含量第四(百萬分),在宇宙中含量第九。

【元素來源】: 取自鐵礦。把石灰石、焦炭和鐵礦石分層投入高爐,自底部鼓入高溫氣流,使得焦炭熾熱發紅,於是鐵被從氧化物中還原出來,熔化成液態,從爐底流出。

【分布】鐵是地球上分布最廣的金屬之一。約佔地殼質量的5.1%,居元素分布序列中的第四位,僅次於氧、矽和鋁。

【性狀】鐵是有光澤的銀白色金屬,硬而有延展性,熔點為1535℃, 沸點2750℃,有很強的鐵磁性,並有良好的可塑性和導熱性。比熱容約為0.46*1000J/KG*℃ 

聲音在其中的傳播速率:(m/S)

5120

純鐵密度:7.86g/cm^3  

概述

基本性質

鐵的密度為7.8克/立方厘米。

鐵活潑,為強還原劑,化合價有0、+2、+3、+6,最常見的價態是+2和+3。在室溫下,鐵可緩慢地從水中置換出氫,在500℃以上反應速度增大:

鐵在乾燥空氣中很難跟氧氣反應,但在潮濕空氣中很容易發生電化學腐蝕,若在酸性氣體或鹵素蒸氣氛圍中腐蝕更快。鐵可以從溶液中還原金、鉑、銀、汞、銅或錫電漿。  

鐵元素的分布

鐵是地球上分布最廣的金屬之一,約佔地殼質量的5.1%,居元素分布序列中的第四位,僅次於氧、矽和鋁。

在自然界,游離態的鐵只能從隕石中找到,分布在地殼中的鐵都以化合物的狀態存在。鐵的主要礦石有:赤鐵礦Fe2O3,含鐵量在50%~60%之間;磁鐵礦Fe3O4,含鐵量60%以上,有亞鐵磁性,此外還有褐鐵礦Fe2O3•nH2O、菱鐵礦FeCO3和黃鐵礦FeS2,它們的含鐵量低一些,但比較容易冶煉。中國的鐵礦資源非常豐富,著名的產地有湖北大冶、東北鞍山等。  

鐵的化學性質

[鐵的化學性質之一]

相對原子質量55.847。鐵有多種同素異形體,如α鐵、β鐵、γ鐵、б鐵等。鐵是比較活潑的金屬,在金屬活動順序表裡排在氫的前面。常溫時,鐵在乾燥的空氣里不易與氧、硫、氯等非金屬單質起反應,在高溫時,則劇烈反應。鐵在氧氣中燃燒,生成Fe3O4,熾熱的鐵和水蒸氣起反應也生成Fe3O4。鐵易溶於稀的無機酸和濃鹽酸中,生成二價鐵鹽,並放出氫氣。在常溫下遇濃硫酸或濃硝酸時,表面生成一層氧化物保護膜,使鐵「鈍化」,故可用鐵製品盛裝濃硫酸或濃硝酸。鐵是一變價元素,常見價態為+2和+3。鐵與硫、硫酸銅溶液、鹽酸、稀硫酸等反應時失去兩個電子,成為+2價。與Cl2、Br2、硝酸及熱濃硫酸反應,則被氧化成Fe3+。鐵與氧氣或水蒸氣反應生成的Fe3O4,可以看成是FeO.Fe2O3,其中有1/3的Fe為+2價,另2/3為+3價。鐵的+3價化合物較為穩定。

[鐵的化學性質之二]

鐵的電子構型為(Ar)3d64s2,氧化態有0、+2、+3、+4、+5、+6。鐵的化學性質活潑,為強還原劑,在室溫條件下可緩慢地從水中置換出氫,在500℃以上反應速率增高:

3Fe+4H2O(g)===Fe3O4+4H2↑

鐵在乾燥空氣中很難與氧發生作用,但在潮濕空氣中很易腐蝕,若含有酸性氣或鹵素蒸氣時,腐蝕更快。鐵可從溶液中還原金、鉑、銀、汞、鉍、錫、鎳或銅電漿,如:

CuSO4+Fe===FeSO4+Cu

鐵溶於非氧化性的酸如鹽酸和稀硫酸中,形成二價鐵離子並放出氫氣;在冷的稀硝酸中則形成二價鐵離子和硝酸銨:

Fe+H2SO4===FeSO4+H2↑

( 2 Fe+6H2SO4(濃)===Fe2(SO4)3+3SO2↑+6H2O)

4Fe+10HNO3===4Fe(NO3)2+NH4NO3+3H2O

鐵溶於熱的或較濃的硝酸中,生成硝酸鐵並釋放出氮的氧化物。在濃硝酸或冷的濃硫酸中,鐵的表面形成一層氧化薄膜而被鈍化。鐵與氯在加熱時反應劇烈(2Fe+3Cl2===2FeCl3)。鐵也能與硫、磷、矽、碳直接化合。鐵與氮不能直接化合,但與氨作用,形成氮化鐵Fe2N。

鐵的最重要的氧化態是+2和+3。二價鐵離子呈淡綠色,在鹼性溶液中易被氧化成三價鐵離子。三價鐵離子的顏色隨水解程度的增大而由黃色經橙色變到棕色。純淨的三價鐵離子為淡紫色。二價和三價鐵均易與無機或有機配位體形成穩定的配位化合物,如 Phen為菲羅林,配位數通常為6。零價鐵還可與一氧化碳形成各種羰基鐵,如Fe(CO)5、Fe2(CO)9、Fe3(CO)12。羰基鐵有揮發性,蒸氣劇毒。鐵也有+4、+5、+6價態的化合物,但在水溶液中只有+6價的。

化合物 主要有兩大類:亞鐵Fe(Ⅱ)和正鐵Fe(Ⅲ)化合物,亞鐵化合物有氧化亞鐵(FeO)、氯化亞鐵(FeCl2)、硫酸亞鐵(FeSO4)、氫氧化亞鐵{Fe(OH)2}等;正鐵化合物有三氧化二鐵(Fe2O3)、三氯化鐵(FeCl3)、硫酸鐵{Fe2(SO4)3}、氫氧化鐵{Fe(OH)3}等。

如在亞鐵氰化鉀K4[Fe(CN)6].3H2O(俗名:黃血鹽)和鐵氰化鉀K3[Fe(CN)6](俗名:赤血鹽)中。鐵與環戊二烯的化合物二茂鐵,是一種具有夾心結構的金屬有機化合物。

【鐵的化學性質之三種狀態】

鐵的電子構型為(Ar)3d64s2,氧化態有0、+2、+3、+4、+5、+6。鐵的化學性質活潑,為強還原劑,在室溫條件下可緩慢地從水中置換出氫,在500℃以上反應速率增高: 3Fe+4H2O(g)===Fe3O4+4H2↑

鐵在乾燥空氣中很難與氧發生作用,但在潮濕空氣中很易腐蝕,若含有酸性氣或鹵素蒸氣時,腐蝕更快。鐵可從溶液中還原金、鉑、銀、汞、鉍、錫、鎳或銅電漿,如: CuSO4+Fe===FeSO4+Cu

鐵溶於非氧化性的酸如鹽酸和稀硫酸中,形成二價鐵離子並放出氫氣;在冷的稀硝酸中則形成二價鐵離子和硝酸銨:

Fe+H2SO4===FeSO4+H2↑ 4Fe+10HNO3===4Fe(NO3)2+NH4NO3+3H2O

【鐵的化學性質之四----工業製取】

C+O2===(點燃)CO2(提供熱量和CO2)

CO2+C===(高溫)2CO

Fe2O3+3CO===(高溫)2Fe+3CO2

CaCO3+SiO2===(高溫)CaCO3+CO2↑    

鐵的用途

在我們的生活里,鐵可以算得上是最有用、最價廉、最豐富、最重要的金屬了。鐵是碳鋼、鑄鐵的主要元素,工農業生產中,裝備製造、鐵路車輛、道路、橋樑、輪船、碼頭、房屋、土建均離不開鋼鐵構件,我國年產鋼材4億多噸、鑄件3350萬噸。鋼鐵的年產量代表一個國家的現代化水平。

對於人體,鐵是不可缺少的微量元素。在十多種人體必需的微量元素中鐵無論在重要性上還是在數量上,都屬於首位。一個正常的成年人全身含有3g多鐵,相當於一顆小鐵釘的質量。人體血液中的血紅蛋白就是鐵的配合物,它具有固定氧和輸送氧的功能。人體缺鐵會引起貧血症。只要不偏食,不大出血,成年人一般不會缺鐵。

所謂煤氣中毒一氧化碳中毒),也是由於血紅素中鐵原子核心被一氧化碳氣體分子緊緊地包圍住,喪失了吸收氧分子的能力,使人窒息中毒而死亡。

鐵還是植物製造葉綠素不可缺少的催化劑。如果一盆花缺少鐵,花就會失去艷麗的顏色,失去那沁人肺腑的芳香,葉子也發黃枯萎。一般土壤中也含有不少鐵的化合物。鐵是土壤中的一個重要組分,其在土壤中的比例從小於1%至大於20%不等,平均是3.2% . 鐵主要以鐵氧化物的形式存在,其中既有二價又有三價鐵, 大多數鐵氧化物在土壤顆粒中以不同程度的微結晶形式存在。  

營養學中的鐵

一、人類對鐵的認識

缺鐵性貧血世界衛生組織確認的四大營養缺乏症之一。

18世紀,Menghini用磁鐵吸附在乾燥血中的顆粒,注意到了血液中含有鐵。

1892年,Bunge注意到嬰幼兒容易缺乏鐵。

1928年,Mackay最早證明鐵缺乏是倫敦東區嬰幼兒貧血盛行的原因。她還以為提供鐵強化的奶粉可緩解貧血。

1932年,Castle及其同事確證無機鐵可用於血紅蛋白合成。

二、鐵的分布

鐵是人體含量的必需微量元素,人體內鐵的總量約4-5克,是血紅蛋白的重要部分,人全身都需要它,這種礦物質而已存在於向肌肉供給氧氣的紅細胞中,還是許多酶和免疫系統化合物的成分,人體從食物中攝取所需的大部分鐵,並小心控制著鐵含量。

吸收代謝

成人體內鐵的總量約為4-5g,其中72%以血紅蛋白、3%以肌紅蛋白、0.2%以其他化合物形式存在;其餘則為儲備鐵,以鐵蛋白的形式儲存於肝臟脾臟和骨髓的網狀內皮系統中,約佔總鐵量的25%。

食物中的鐵主要以Fe(OH)3絡合物的形式存在,在胃酸作用下,還原成亞鐵離子,再與腸內容物中的維生素C、某些糖及胺基酸形成絡合物,在十二指腸空腸吸收。

鐵在體內代謝中可反覆被身體利用。一般情況下,除腸道分泌和皮膚、消化道尿道上皮脫落可損失一定數量外,幾乎不存在其它途徑損失。

膳食中存在的磷酸鹽、碳酸鹽、植酸、草酸、鞣酸等可與非血紅素鐵形成不溶性的鐵鹽而阻止鐵的吸收。胃酸分泌減少也影響鐵的吸收。

四、人體每日適宜的攝取量

年齡 每日入量 孕婦

0—0.5歲 0.3mg 早期 15mg

0.5歲—1歲 10mg 中期 25mg

1歲—4歲 12mg 後期 35mg

4歲—7歲 12mg 乳期 25mg

7歲—11歲 12mg

11歲—14歲 男 16mg 女 18mg

14歲—18歲 男 20mg女 25mg

18歲—50歲 男 15mg女 20mg

50歲 15mg

五、鐵的生理功能

1、鐵是血紅蛋白的重要部分,而血紅蛋白功能是向細胞輸送氧氣,並將二氧化碳帶出細胞。血紅蛋白中4個血紅素和4個球蛋白連結的結構提供一種有效機制,即能與氧結合而不被氧化,在從肺輸送氧到組織的過程中起著關鍵作用。

2、肌紅蛋白是由一個血紅素和一個球蛋白鏈組成,僅存在於肌肉組織內,基本功能是在肌肉中轉運和儲存氧

3、細胞色素是一系列血紅素的化合物,通過其在粒線體中的電子傳導作用,對呼吸能量代謝有非常重要的影響,如細胞a、b和c是通過氧化磷酸化作用產生能量所必需的。

4、其它含鐵酶中鐵可以是非血素鐵,台參與能量代謝的NAP脫氫酶琥珀脫氫酶,也有含血紅素鐵的對氧代謝副產物分子起反應的氫過氧化物酶,還有多氧酶(參與三羥酸循環),磷酸烯醇丙酮酸羥激酶(糖產生通路限速酶),核苷酸還原酶(DNA合成所需的酶)。

5、鐵元素催化促進β-胡蘿卜素轉化為維生素A、嘌呤與膠原的合成,抗體的產生,脂類從血液中轉運以及藥物在肝臟的解毒等。鐵與免疫的關係也比較密切,有研究表明,鐵可以提高機體的免疫力,增加中性白細胞吞噬細胞的吞噬功能,同時也可使機體的抗感染能力增強。阿膠是我國傳統的補血配方,乳酸亞鐵是很好的二價補鐵製劑,市場上很多補血產品將它們單獨作為配方來用。而鐵之緣片是將乳酸亞鐵、阿膠和蛋白鋅都作為功效成分,補鐵、生血加營養三效合一,能更好的預防和改善貧血,增強人體免疫力。

六、缺乏症状與後果

1、貧血:嚴重時可增加兒童和母親死亡率,使機體工作能力明顯下降。

2、行為和智力方面:鐵缺乏可引起心理活動和智力發育的損害及行為改變。鐵缺乏(尚未出現貧血時的缺乏)還可損害兒童的認知能力,而且在以後補充鐵後也難以恢復。動物試驗表明,短時期缺乏可使幼小動物腦中鐵含量下降。以後補充鐵可糾正身體內鐵儲存,但對腦中鐵沒有作用。長期鐵缺乏會明顯影響身體耐力。Finch等進行動物實驗表明,鐵缺乏對動物跑的能力的損害與血紅蛋白的水平無關,而是因為鐵缺乏肌肉中氧化代謝受損所至。

免疫力和抗感染能力方面,人及動物實驗皆記實缺鐵的一項特點是抗感染能力降低。

1、體溫調節方面,缺鐵性貧血的另一特點是在寒冷環境中保持體溫的能力受損。

2、鉛中毒方面,動物和人體實驗證明缺鐵會增加鉛的吸收。

3、有的妊娠後果,汗多滸病學研究表明妊娠早期貧血為早產、低出生體重兒及胎兒死亡有關。

4、鐵缺乏症症状包括皮膚蒼白,舌部發痛,疲勞無力,食慾不掁以及噁心

鐵缺乏對免疫系統的影響:

1.抵抗病原微生物入侵的能力減弱。

2.降低免疫細胞從靜止---臨戰的反應速度。

3.使抗氧化生化酶活性降低。

4.抗體的生產停止或以很慢的速度進行。

5.缺鐵性貧血,細胞供氧不足。其結果是整天無精打采,疲勞而倦怠,比較容易被感染

血液里流動的太多的自由鐵不僅無助於抵抗能力,不能保護人的肌體,反而會被細菌吞噬,成為細菌的美食,並且細菌會因此而大量地繁殖。這就是為什麼必須加倍小心給孩子補充鐵質的原因。

七、鐵過量表現

通過各種途徑進入體內的鐵量的增加,可使鐵在人體內貯存過多,因而可引致鐵在體內潛在的有害作用,體內鐵的貯存過多與多種疾病心臟和肝臟疾病、糖尿病、某些腫瘤有關。

肝臟是鐵儲存的主要部位,鐵過量也常累及肝臟,成為鐵過多誘導的損傷的主要靶器官。肝鐵過載導致:1、肝纖維化甚至肝硬化;2、肝細胞瘤

鐵過量與心臟疾病關係的探討,已見諸多報導。許多作者認為,鐵通過催化自由基的生成、促進脂蛋白脂質和蛋白質部分的過氧化反應、形成氧化LDL等作用,參與動脈粥樣硬化的形成。

鐵過多誘導的脂質過氧化反應的增強,導致機體氧化和抗氧化系統失衡,直接損傷DNA,誘發突變,與肝、結腸直腸、肺、食管膀胱等多種器官的腫瘤有關。

八、補鐵

鐵在食物中主要存在兩種形式:一是非血紅素鐵,主要以Fe(OH)3絡合物形式存在於食物中。這種形式的鐵必須在胃酸作用下,還原成亞鐵離子後才能被吸收。影響其吸收因素較多:如飲食中含有較多植酸鹽、草酸鹽、碳酸基,則可與鐵形成不溶性鐵,抑制鐵的吸收。穀類中鐵的吸收率低,原因就在於此。服用過多的抗酸藥物,亦不利於鐵離子的釋出,阻礙鐵的吸收。

此外也有很多因素對鐵的吸收有益。維生素C可與鐵形成可溶性螯合物,使鐵在高PH條件下亦能呈溶解狀態有利於鐵的吸收。動物蛋白質如牛肉豬肉、肝臟、魚等存在肉類因子,亦可促進鐵的吸收。牛奶、蛋類無此作用。在有充足膳食鈣存在時,可除去抑制鐵吸收的磷酸根、草酸根,亦有利於鐵的吸收。二是血紅素鐵,是與血紅蛋白、肌紅蛋白中卟啉結合的鐵。它以卟啉鐵形式直接被腸粘膜上皮細胞吸收。此類型鐵既不受植酸根等抑制因素影響,亦不受維生素C等促進因素影響,使胃粘膜分泌的內因子有促進其吸收作用。

總的看來植物性食物鐵的吸收率較低,多在10%以下,動物性食物吸收率較高,但牛奶為貧鐵食物,蛋類中由於存在卵黃高磷蛋白鐵吸收率亦較低。為了防止缺鐵的形成,日常膳食中應多搭配動物肝臟、動物全血、肉類、魚類。多食鐵強化食品,如強化鐵的食鹽、奶粉,中國預防醫學科學

九、鐵的主要食物來源

豐富來源:動物血、肝臟、雞胗、牛腎大豆、黑木耳、芝麻醬、牛肉、羊肉蛤蜊牡蠣

良好來源:瘦肉、紅糖、蛋黃、豬腎羊腎、乾果(杏干、葡萄乾),啤酒酵母菌、海草、赤糖糊及麥。

一般來源:魚、穀物、菠菜、扁豆豌豆芥菜葉、蠶豆瓜子南瓜、西葫蘆等種子)

微量來源:奶製品、蔬菜各水果

此外用鑄鐵鍋煮番茄或其它酸性食物,也可增添鐵質,鍋會把有益於健康的鐵深入食物內。

看似很多食物中含有鐵,但中國仍有很多人嚴重缺乏鐵,主要集中在婦女、兒童和老人,每日科學補鐵,必不可少!  

食物中的鐵

食物中的鐵有兩種形式:

非血紅素鐵。主要以三價鐵與蛋白質和有機酸結合成絡合物。這種形式的鐵必須與有機部分分開,並還原成二價鐵後才能被吸收。如果膳食中有較多的植酸或磷酸,將與鐵形成不溶性鐵鹽,而影響被吸收。抗壞血酸半胱氨酸能將三價鐵還原成二價鐵,有利於鐵的吸收。

鐵(Fe)是體內血紅蛋白,肌紅蛋白和許多酶的成分。血紅素鐵,主要存在於動物性產品中,比非血紅素鐵吸收好得多,非血紅素鐵在平均飲食中占鐵的85%以上。但是,當它與動物性蛋白質和維生素一起攝入時可提高非血紅素鐵的吸收。

鐵需要量,鐵代謝和缺鐵性貧血在第127節紅細胞生成缺乏引起的貧血中討論。鐵過負性疾病在第127節討論。

缺乏 缺鐵能引起貧血是世界上最為常見的營養缺乏症。某些嬰兒,青春期少女和妊娠婦女因鐵攝入量不足引起缺鐵性貧血。任何人失血可產生缺鐵。所有缺鐵的人需要鐵補充。

中毒 過量的鐵是有毒的,可引起嘔吐腹瀉和腸損害。當一個人給以鐵治療過量或時間太長,或反覆接受輸血,或有慢性酒精中毒,鐵即可在體內蓄積。鐵過負疾病(血色素沉著症)是一種可能致命但能治療的遺傳性疾病,該病吸收鐵太多;它波及100萬國人。  

植物中的鐵

鐵是光合作用、生物固氮和呼吸作用中的細胞色素和非血紅素鐵蛋白的組成。鐵在這些代謝方面的氧化還原過程中都起著電子傳遞作用。由於葉綠體的某些葉綠素-蛋白複合體合成需要鐵,所以缺鐵時會出現葉片葉脈間缺綠。與缺鎂症状相反,缺鐵發生於嫩葉,因鐵不易從老葉轉移出來,缺鐵過甚或過久時,葉脈也缺綠,全葉白化,華北果樹的「黃葉病」就是植株缺鐵所致。  

缺鐵徵兆

主婦症候群

國外有人做過調查,發現在25—50歲育齡婦女中,有40%—60%可有全身乏力,無精打采,早上不想起床而晚上又輾轉難眠,情緒易波動、鬱悶不樂,常突然不能自禁的流淚哭泣、記憶力減退、注意力不集中等症状。究其原因系缺鐵,但常常化驗無明顯貧血,僅血清鐵偏低。因多發生於家庭主婦,所以稱之為「主婦症候群」。補充鐵劑後,上述症状可顯著改善。

婦女冷感症

缺鐵的婦女體溫較正常婦女高13%,鞏膜發藍,因為鐵是合成膠原的一個重要輔助因子,所以當體內缺鐵後,阻斷了膠原的合成,而使膠原纖維構成的鞏膜變成十分薄弱,其下部的色素膜就會顯出藍色,因此,我們看到的白眼球偏藍色,也是缺鐵的表現。

異食癖

缺鐵還可以引起異食癖,即對正常飲食不感興趣,卻對粉筆、漿糊、泥土、石灰、布、紙、蠟燭等異物有癖好,吃得津津有味。現研究發現,異食癖者缺鐵、缺鋅明顯,補充鐵、鋅後可迅速好轉。缺鐵引起的異食癖形式多樣,最為多見的是嗜食冰,大冷天也喜食冰塊。

其他

有研究發現嬰兒缺鐵時常常不愛笑精神萎靡不振、平時不合群、不愛活動、愛哭鬧而且智商也顯著低於正常兒。

參看

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