铁
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| 铁 Tiě |
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|---|---|
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| 别名 | 黑金、生铁、钢铁、跳铁、鍒铁、劳铁、熟铁、鑐铁、柔铁、乌金 |
| 功效作用 | 镇心平肝，消痈解毒。治惊痫，癫狂，痈毒。 |
| 英文名 | Hematite， Limonite， Magnetite |
| 始载于 | 《神农本草经》 |
| 毒性 | 有毒（一说无毒） |
| 归经 | 心经、肝经、肾经 |
| 药性 | 凉 |
| 药味 | 辛 |
铁是一种化学元素，它的化学符号是Fe，它的原子序数是26，是最常用的金属。它是过渡金属的一种。是地壳含量第二高的金属元素。铁是人体含量的必需微量元素，人体内铁的总量约4-5克，是血红蛋白的重要部分。人体从食物中摄取所需的大部分铁。
目录 |
铁元素
【元素原子量】：55.85
【元素类型】：金属元素
【质子数】：26
【中子数】：30
【所属周期】：4
【所属族数】：VIII
【电子层分布】：2-8-14-2
【电离能 】：(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
元素在太阳中的含量:(ppm)
1000
元素在海水中的含量:(ppm)
太平洋表面 0.00001
地壳中含量：（ppm）
41000
氧化态：
主要 Fe+2, Fe+3
其余 Fe-2, Fe-1, Fe0, Fe+1, Fe+4, Fe+5, Fe+6
原子体积:(立方厘米/摩尔)：7.1
【晶体结构】：面心立方和体心立方
【名称由来】： 盎格鲁-撒克逊语：iron（铁）；元素符号来自于拉丁文“ferrum”（铁）。
【元素描述】： 柔韧而有延展性的银白色金属。在地壳中含量第四（百万分），在宇宙中含量第九。
【元素来源】： 取自铁矿。把石灰石、焦炭和铁矿石分层投入高炉，自底部鼓入高温气流，使得焦炭炽热发红，于是铁被从氧化物中还原出来，熔化成液态，从炉底流出。
【分布】铁是地球上分布最广的金属之一。约占地壳质量的5.1%，居元素分布序列中的第四位，仅次于氧、硅和铝。
【性状】铁是有光泽的银白色金属，硬而有延展性，熔点为1535℃， 沸点2750℃，有很强的铁磁性，并有良好的可塑性和导热性。比热容约为0.46*1000J/KG*℃
声音在其中的传播速率：（m/S）
5120
纯铁密度:7.86g/cm^3
概述
基本性质
铁的密度为7.8克/立方厘米。
铁活泼，为强还原剂，化合价有0、+2、＋3、＋6，最常见的价态是+2和+3。在室温下，铁可缓慢地从水中置换出氢，在500℃以上反应速度增大：
铁在干燥空气中很难跟氧气反应，但在潮湿空气中很容易发生电化学腐蚀，若在酸性气体或卤素蒸气氛围中腐蚀更快。铁可以从溶液中还原金、铂、银、汞、铜或锡等离子。
铁元素的分布
铁是地球上分布最广的金属之一，约占地壳质量的5.1%，居元素分布序列中的第四位，仅次于氧、硅和铝。
在自然界，游离态的铁只能从陨石中找到，分布在地壳中的铁都以化合物的状态存在。铁的主要矿石有：赤铁矿Fe2O3，含铁量在50%~60%之间；磁铁矿Fe3O4，含铁量60%以上，有亚铁磁性，此外还有褐铁矿Fe2O3•nH2O、菱铁矿FeCO3和黄铁矿FeS2，它们的含铁量低一些，但比较容易冶炼。中国的铁矿资源非常丰富，著名的产地有湖北大冶、东北鞍山等。
铁的化学性质
[铁的化学性质之一]
相对原子质量55.847。铁有多种同素异形体，如α铁、β铁、γ铁、б铁等。铁是比较活泼的金属，在金属活动顺序表里排在氢的前面。常温时，铁在干燥的空气里不易与氧、硫、氯等非金属单质起反应，在高温时，则剧烈反应。铁在氧气中燃烧，生成Fe3O4，炽热的铁和水蒸气起反应也生成Fe3O4。铁易溶于稀的无机酸和浓盐酸中，生成二价铁盐，并放出氢气。在常温下遇浓硫酸或浓硝酸时，表面生成一层氧化物保护膜，使铁“钝化”，故可用铁制品盛装浓硫酸或浓硝酸。铁是一变价元素，常见价态为+2和+3。铁与硫、硫酸铜溶液、盐酸、稀硫酸等反应时失去两个电子，成为+2价。与Cl2、Br2、硝酸及热浓硫酸反应，则被氧化成Fe3+。铁与氧气或水蒸气反应生成的Fe3O4，可以看成是FeO.Fe2O3，其中有1／3的Fe为+2价，另2/3为+3价。铁的+3价化合物较为稳定。
[铁的化学性质之二]
铁的电子构型为(Ar)3d64s2，氧化态有0、+2、+3、+4、+5、+6。铁的化学性质活泼，为强还原剂，在室温条件下可缓慢地从水中置换出氢，在500℃以上反应速率增高：
3Fe+4H2O（g）===Fe3O4+4H2↑
铁在干燥空气中很难与氧发生作用，但在潮湿空气中很易腐蚀，若含有酸性气或卤素蒸气时，腐蚀更快。铁可从溶液中还原金、铂、银、汞、铋、锡、镍或铜等离子，如：
CuSO4+Fe===FeSO4+Cu
铁溶于非氧化性的酸如盐酸和稀硫酸中，形成二价铁离子并放出氢气；在冷的稀硝酸中则形成二价铁离子和硝酸铵：
Fe+H2SO4===FeSO4+H2↑
（ 2 Fe+6H2SO4（浓）===Fe2（SO4）3+3SO2↑+6H2O）
4Fe+10HNO3===4Fe(NO3)2+NH4NO3+3H2O
铁溶于热的或较浓的硝酸中，生成硝酸铁并释放出氮的氧化物。在浓硝酸或冷的浓硫酸中，铁的表面形成一层氧化薄膜而被钝化。铁与氯在加热时反应剧烈（2Fe+3Cl2===2FeCl3）。铁也能与硫、磷、硅、碳直接化合。铁与氮不能直接化合，但与氨作用，形成氮化铁Fe2N。
铁的最重要的氧化态是+2和+3。二价铁离子呈淡绿色，在碱性溶液中易被氧化成三价铁离子。三价铁离子的颜色随水解程度的增大而由黄色经橙色变到棕色。纯净的三价铁离子为淡紫色。二价和三价铁均易与无机或有机配位体形成稳定的配位化合物，如 Phen为菲罗林，配位数通常为6。零价铁还可与一氧化碳形成各种羰基铁，如Fe(CO)5、Fe2(CO)9、Fe3(CO)12。羰基铁有挥发性，蒸气剧毒。铁也有+4、+5、+6价态的化合物，但在水溶液中只有+6价的。
化合物 主要有两大类：亚铁Fe（Ⅱ)和正铁Fe（Ⅲ）化合物，亚铁化合物有氧化亚铁(FeO)、氯化亚铁(FeCl2)、硫酸亚铁（FeSO4）、氢氧化亚铁｛Fe(OH)2｝等；正铁化合物有三氧化二铁(Fe2O3)、三氯化铁(FeCl3)、硫酸铁｛Fe2(SO4)3｝、氢氧化铁｛Fe(OH)3｝等。
如在亚铁氰化钾K4[Fe(CN)6].3H2O（俗名：黄血盐）和铁氰化钾K3[Fe(CN)6]（俗名：赤血盐）中。铁与环戊二烯的化合物二茂铁，是一种具有夹心结构的金属有机化合物。
【铁的化学性质之三种状态】
铁的电子构型为(Ar)3d64s2，氧化态有0、+2、+3、+4、+5、+6。铁的化学性质活泼，为强还原剂，在室温条件下可缓慢地从水中置换出氢，在500℃以上反应速率增高： 3Fe+4H2O(g)===Fe3O4+4H2↑
铁在干燥空气中很难与氧发生作用，但在潮湿空气中很易腐蚀，若含有酸性气或卤素蒸气时，腐蚀更快。铁可从溶液中还原金、铂、银、汞、铋、锡、镍或铜等离子，如： CuSO4+Fe===FeSO4+Cu
铁溶于非氧化性的酸如盐酸和稀硫酸中，形成二价铁离子并放出氢气；在冷的稀硝酸中则形成二价铁离子和硝酸铵：
Fe+H2SO4===FeSO4+H2↑ 4Fe+10HNO3===4Fe(NO3)2+NH4NO3+3H2O
【铁的化学性质之四----工业制取】
C+O2===(点燃)CO2(提供热量和CO2)
CO2+C===(高温)2CO
Fe2O3+3CO===(高温)2Fe+3CO2
CaCO3+SiO2===(高温)CaCO3+CO2↑
铁的用途
在我们的生活里，铁可以算得上是最有用、最价廉、最丰富、最重要的金属了。铁是碳钢、铸铁的主要元素，工农业生产中，装备制造、铁路车辆、道路、桥梁、轮船、码头、房屋、土建均离不开钢铁构件，我国年产钢材4亿多吨、铸件3350万吨。钢铁的年产量代表一个国家的现代化水平。
对于人体，铁是不可缺少的微量元素。在十多种人体必需的微量元素中铁无论在重要性上还是在数量上，都属于首位。一个正常的成年人全身含有3g多铁，相当于一颗小铁钉的质量。人体血液中的血红蛋白就是铁的配合物，它具有固定氧和输送氧的功能。人体缺铁会引起贫血症。只要不偏食，不大出血，成年人一般不会缺铁。
所谓煤气中毒（一氧化碳中毒），也是由于血红素中铁原子核心被一氧化碳气体分子紧紧地包围住，丧失了吸收氧分子的能力，使人窒息中毒而死亡。
铁还是植物制造叶绿素不可缺少的催化剂。如果一盆花缺少铁，花就会失去艳丽的颜色，失去那沁人肺腑的芳香，叶子也发黄枯萎。一般土壤中也含有不少铁的化合物。铁是土壤中的一个重要组分，其在土壤中的比例从小于1%至大于20%不等，平均是3.2% . 铁主要以铁氧化物的形式存在，其中既有二价又有三价铁, 大多数铁氧化物在土壤颗粒中以不同程度的微结晶形式存在。
营养学中的铁
一、人类对铁的认识
18世纪，Menghini用磁铁吸附在干燥血中的颗粒，注意到了血液中含有铁。
1892年，Bunge注意到婴幼儿容易缺乏铁。
1928年，Mackay最早证明铁缺乏是伦敦东区婴幼儿贫血盛行的原因。她还以为提供铁强化的奶粉可缓解贫血。
1932年，Castle及其同事确证无机铁可用于血红蛋白合成。
二、铁的分布
铁是人体含量的必需微量元素，人体内铁的总量约4-5克，是血红蛋白的重要部分，人全身都需要它，这种矿物质而已存在于向肌肉供给氧气的红细胞中，还是许多酶和免疫系统化合物的成分，人体从食物中摄取所需的大部分铁，并小心控制着铁含量。
三、吸收代谢
成人体内铁的总量约为4-5g，其中72%以血红蛋白、3%以肌红蛋白、0.2%以其他化合物形式存在；其余则为储备铁，以铁蛋白的形式储存于肝脏、脾脏和骨髓的网状内皮系统中，约占总铁量的25%。
食物中的铁主要以Fe(OH)3络合物的形式存在，在胃酸作用下，还原成亚铁离子，再与肠内容物中的维生素C、某些糖及氨基酸形成络合物，在十二指肠及空肠吸收。
铁在体内代谢中可反复被身体利用。一般情况下，除肠道分泌和皮肤、消化道及尿道上皮脱落可损失一定数量外，几乎不存在其它途径损失。
膳食中存在的磷酸盐、碳酸盐、植酸、草酸、鞣酸等可与非血红素铁形成不溶性的铁盐而阻止铁的吸收。胃酸分泌减少也影响铁的吸收。
四、人体每日适宜的摄取量
年龄 每日入量 孕妇
0—0.5岁 0.3mg 早期 15mg
0.5岁—1岁 10mg 中期 25mg
1岁—4岁 12mg 后期 35mg
4岁—7岁 12mg 乳期 25mg
7岁—11岁 12mg
11岁—14岁 男 16mg 女 18mg
14岁—18岁 男 20mg女 25mg
18岁—50岁 男 15mg女 20mg
50岁 15mg
五、铁的生理功能
1、铁是血红蛋白的重要部分，而血红蛋白功能是向细胞输送氧气，并将二氧化碳带出细胞。血红蛋白中4个血红素和4个球蛋白链接的结构提供一种有效机制，即能与氧结合而不被氧化，在从肺输送氧到组织的过程中起着关键作用。
2、肌红蛋白是由一个血红素和一个球蛋白链组成，仅存在于肌肉组织内，基本功能是在肌肉中转运和储存氧
3、细胞色素是一系列血红素的化合物，通过其在线粒体中的电子传导作用，对呼吸和能量代谢有非常重要的影响，如细胞a、b和c是通过氧化磷酸化作用产生能量所必需的。
4、其它含铁酶中铁可以是非血素铁，台参与能量代谢的NAP脱氢酶和琥珀脱氢酶，也有含血红素铁的对氧代谢副产物分子起反应的氢过氧化物酶，还有多氧酶（参与三羟酸循环），磷酸烯醇丙酮酸羟激酶（糖产生通路限速酶），核苷酸还原酶（DNA合成所需的酶）。
5、铁元素催化促进β-胡萝卜素转化为维生素A、嘌呤与胶原的合成，抗体的产生，脂类从血液中转运以及药物在肝脏的解毒等。铁与免疫的关系也比较密切，有研究表明，铁可以提高机体的免疫力，增加中性白细胞和吞噬细胞的吞噬功能，同时也可使机体的抗感染能力增强。阿胶是我国传统的补血配方，乳酸亚铁是很好的二价补铁制剂，市场上很多补血产品将它们单独作为配方来用。而铁之缘片是将乳酸亚铁、阿胶和蛋白锌都作为功效成分，补铁、生血加营养三效合一，能更好的预防和改善贫血，增强人体免疫力。
六、缺乏症状与后果
1、贫血：严重时可增加儿童和母亲死亡率，使机体工作能力明显下降。
2、行为和智力方面：铁缺乏可引起心理活动和智力发育的损害及行为改变。铁缺乏（尚未出现贫血时的缺乏）还可损害儿童的认知能力，而且在以后补充铁后也难以恢复。动物试验表明，短时期缺乏可使幼小动物脑中铁含量下降。以后补充铁可纠正身体内铁储存，但对脑中铁没有作用。长期铁缺乏会明显影响身体耐力。Finch等进行动物实验表明，铁缺乏对动物跑的能力的损害与血红蛋白的水平无关，而是因为铁缺乏肌肉中氧化代谢受损所至。
免疫力和抗感染能力方面，人及动物实验皆记实缺铁的一项特点是抗感染能力降低。
1、体温调节方面，缺铁性贫血的另一特点是在寒冷环境中保持体温的能力受损。
2、铅中毒方面，动物和人体实验证明缺铁会增加铅的吸收。
3、有的妊娠后果，汗多浒病学研究表明妊娠早期贫血为早产、低出生体重儿及胎儿死亡有关。
4、铁缺乏症症状包括皮肤苍白，舌部发痛，疲劳或无力，食欲不掁以及恶心。
铁缺乏对免疫系统的影响：
1．抵抗病原微生物入侵的能力减弱。
2．降低免疫细胞从静止---临战的反应速度。
4．抗体的生产停止或以很慢的速度进行。
5．缺铁性贫血，细胞供氧不足。其结果是整天无精打采，疲劳而倦怠，比较容易被感染。
血液里流动的太多的自由铁不仅无助于抵抗能力，不能保护人的肌体，反而会被细菌吞噬，成为细菌的美食，并且细菌会因此而大量地繁殖。这就是为什么必须加倍小心给孩子补充铁质的原因。
七、铁过量表现
通过各种途径进入体内的铁量的增加，可使铁在人体内贮存过多，因而可引致铁在体内潜在的有害作用，体内铁的贮存过多与多种疾病如心脏和肝脏疾病、糖尿病、某些肿瘤有关。
肝脏是铁储存的主要部位，铁过量也常累及肝脏，成为铁过多诱导的损伤的主要靶器官。肝铁过载导致：1、肝纤维化甚至肝硬化；2、肝细胞瘤。
铁过量与心脏疾病关系的探讨，已见诸多报道。许多作者认为，铁通过催化自由基的生成、促进脂蛋白的脂质和蛋白质部分的过氧化反应、形成氧化LDL等作用，参与动脉粥样硬化的形成。
铁过多诱导的脂质过氧化反应的增强，导致机体氧化和抗氧化系统失衡，直接损伤DNA，诱发突变，与肝、结肠、直肠、肺、食管、膀胱等多种器官的肿瘤有关。
八、补铁
铁在食物中主要存在两种形式：一是非血红素铁，主要以Fe（OH）3络合物形式存在于食物中。这种形式的铁必须在胃酸作用下，还原成亚铁离子后才能被吸收。影响其吸收因素较多：如饮食中含有较多植酸盐、草酸盐、碳酸基，则可与铁形成不溶性铁，抑制铁的吸收。谷类中铁的吸收率低，原因就在于此。服用过多的抗酸药物，亦不利于铁离子的释出，阻碍铁的吸收。
此外也有很多因素对铁的吸收有益。维生素C可与铁形成可溶性螯合物，使铁在高PH条件下亦能呈溶解状态有利于铁的吸收。动物蛋白质如牛肉、猪肉、肝脏、鱼等存在肉类因子，亦可促进铁的吸收。牛奶、蛋类无此作用。在有充足膳食钙存在时，可除去抑制铁吸收的磷酸根、草酸根，亦有利于铁的吸收。二是血红素铁，是与血红蛋白、肌红蛋白中卟啉结合的铁。它以卟啉铁形式直接被肠粘膜上皮细胞吸收。此类型铁既不受植酸根等抑制因素影响，亦不受维生素C等促进因素影响，使胃粘膜分泌的内因子有促进其吸收作用。
总的看来植物性食物铁的吸收率较低，多在10%以下，动物性食物吸收率较高，但牛奶为贫铁食物，蛋类中由于存在卵黄高磷蛋白铁吸收率亦较低。为了防止缺铁的形成，日常膳食中应多搭配动物肝脏、动物全血、肉类、鱼类。多食铁强化食品，如强化铁的食盐、奶粉，中国预防医学科学
九、铁的主要食物来源
丰富来源：动物血、肝脏、鸡胗、牛肾、大豆、黑木耳、芝麻酱、牛肉、羊肉、蛤蜊和牡蛎。
良好来源：瘦肉、红糖、蛋黄、猪肾、羊肾、干果（杏干、葡萄干），啤酒酵母菌、海草、赤糖糊及麦。
一般来源：鱼、谷物、菠菜、扁豆、豌豆、芥菜叶、蚕豆、瓜子（南瓜、西葫芦等种子）
微量来源：奶制品、蔬菜各水果
此外用铸铁锅煮番茄或其它酸性食物，也可增添铁质，锅会把有益于健康的铁深入食物内。
看似很多食物中含有铁，但中国仍有很多人严重缺乏铁,主要集中在妇女、儿童和老人，每日科学补铁，必不可少！
食物中的铁
食物中的铁有两种形式：
非血红素铁。主要以三价铁与蛋白质和有机酸结合成络合物。这种形式的铁必须与有机部分分开，并还原成二价铁后才能被吸收。如果膳食中有较多的植酸或磷酸，将与铁形成不溶性铁盐，而影响被吸收。抗坏血酸、半胱氨酸能将三价铁还原成二价铁，有利于铁的吸收。
铁(Fe)是体内血红蛋白，肌红蛋白和许多酶的成分。血红素铁，主要存在于动物性产品中，比非血红素铁吸收好得多，非血红素铁在平均饮食中占铁的85%以上。但是，当它与动物性蛋白质和维生素一起摄入时可提高非血红素铁的吸收。
铁需要量，铁代谢和缺铁性贫血在第127节红细胞生成缺乏引起的贫血中讨论。铁过负性疾病在第127节讨论。
缺乏 缺铁能引起贫血是世界上最为常见的营养缺乏症。某些婴儿，青春期少女和妊娠妇女因铁摄入量不足引起缺铁性贫血。任何人失血可产生缺铁。所有缺铁的人需要铁补充。
中毒 过量的铁是有毒的，可引起呕吐，腹泻和肠损害。当一个人给以铁治疗过量或时间太长，或反复接受输血，或有慢性酒精中毒，铁即可在体内蓄积。铁过负疾病(血色素沉着症)是一种可能致命但能治疗的遗传性疾病，该病吸收铁太多；它波及100万国人。
植物中的铁
铁是光合作用、生物固氮和呼吸作用中的细胞色素和非血红素铁蛋白的组成。铁在这些代谢方面的氧化还原过程中都起着电子传递作用。由于叶绿体的某些叶绿素-蛋白复合体合成需要铁，所以缺铁时会出现叶片叶脉间缺绿。与缺镁症状相反，缺铁发生于嫩叶，因铁不易从老叶转移出来，缺铁过甚或过久时，叶脉也缺绿，全叶白化，华北果树的“黄叶病”就是植株缺铁所致。
缺铁征兆
主妇综合征
国外有人做过调查，发现在25—50岁育龄妇女中，有40%—60%可有全身乏力，无精打采，早上不想起床而晚上又辗转难眠，情绪易波动、郁闷不乐，常突然不能自禁的流泪哭泣、记忆力减退、注意力不集中等症状。究其原因系缺铁，但常常化验无明显贫血，仅血清铁偏低。因多发生于家庭主妇，所以称之为“主妇综合征”。补充铁剂后，上述症状可显著改善。
妇女冷感症
缺铁的妇女体温较正常妇女高13%，巩膜发蓝，因为铁是合成胶原的一个重要辅助因子，所以当体内缺铁后，阻断了胶原的合成，而使胶原纤维构成的巩膜变成十分薄弱，其下部的色素膜就会显出蓝色，因此，我们看到的白眼球偏蓝色，也是缺铁的表现。
异食癖
缺铁还可以引起异食癖，即对正常饮食不感兴趣，却对粉笔、浆糊、泥土、石灰、布、纸、蜡烛等异物有癖好，吃得津津有味。现研究发现，异食癖者缺铁、缺锌明显，补充铁、锌后可迅速好转。缺铁引起的异食癖形式多样，最为多见的是嗜食冰，大冷天也喜食冰块。
其他
有研究发现婴儿缺铁时常常不爱笑精神萎靡不振、平时不合群、不爱活动、爱哭闹而且智商也显著低于正常儿。
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