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Tiě
铁
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
药味

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

缺铁性贫血世界卫生组织确认的四大营养缺乏症之一。

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。

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。

3.使抗氧化生化酶活性降低。

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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