一部波瀾壯闊的人類文明發展史，幾乎就是一部人類冶煉金屬的曆史。在人類冶煉的所有金屬當中，最重要的無疑是鐵。其實鐵的用途，不僅僅是用來打造武器、制造農具、滿足生活需要這麽簡單。它還負擔著幫助我們從空氣中獲得氧氣，排除體內毒素、狙殺那些入侵我們身體的微生物的重要任務，同時它也是大名鼎鼎的恒星殺手。

一、鐵，殺死了一顆恒星，卻爲太陽系的誕生播下了火種

1905年，愛因斯坦發表了狹義相對論，之後又在狹義相對論的基礎上得到了著名的公式E=mc^2。1915年，廣義相對論再次震驚世界，宇宙學得到了飛速的發展。得益于宇宙學與核物理的研究進展，使得科學家們，有能力推斷宇宙中元素的來源。

除了原子序數比較小的幾種元素可以在宇宙大爆炸早期生成之外，其它的元素都與恒星的衰亡有關。在Ia型超新星中，一顆恒星從相鄰的伴星那裏吸取物質，在超過極限後發生爆炸。而在II型超新星的塌縮過程中，由于燃料耗盡，隨後發生爆炸。有一種特殊情形，質量非常巨大的可以發射物質與反物質粒子，二者相遇時會發生湮滅，釋放出巨大的能量。

現在雖然科學家們對于太陽系形成的細節尚未達成一致的意見，但是地球上有著豐富的鐵元素的事實，可以爲太陽系的形成提供一部分的佐證。至少曾經有一顆核心塌縮的超新星，用它自己毀滅時留下的殘骸，爲我們太陽系的誕生播下了火種。

這顆孕育了太陽的超新星的起源是一顆恒星，早期它一直進行的都是氫氦聚變，就如今天的太陽。核聚變産生了更重的元素，慢慢進入到恒星的中心，而較輕的元素繼續在外層包裹著內核繼續進行核聚變反應。

當這顆恒星的核心溫度超過百萬攝氏度時，碳元素開始形成。這樣的核反應持續幾百年之後，氦與碳開始發生聚變，並産生大量的氧元素。當它的核心溫度達到10億攝氏度時，氧核就會結合産生硅。恒星就是這樣，就像一個俄羅斯套娃一樣，不斷生産出更重的元素。

在這個階段，核聚變反應釋放出來的熱量可以抵抗自身引力帶來的塌縮，然而隨著原子核越來越大，能量的平衡會因爲重力被打破。這是由于，帶正電的質子會互相排斥，當原子核變大了的時候，質子之間的排斥力會對核力産生明顯的抵消作用。

正因如此，當恒星開始聚變産生鐵元素時，災難發生了，因爲産生鐵的聚變非但不能釋放出熱量，反而要吸收熱量。只要幾個小時，甚至是幾分鍾，一個大約爲地球大小的金屬原子核球體就産生了。恒星因爲自己産生的灰燼（鐵），而失去了與重力對抗的力量，內核會突然産生塌縮。

星體內部的塌縮，會造成在內核與外層等離子體之間形成一個可怕的空腔。幾秒鍾之後，失去支持的外層也會轟然坍塌，撞擊到致密的星核之上，然後又反彈穿過星體的更外層，超新星就是這樣地爆發了。

一些致密的星團所産生的吸引力吸取了足夠的物質，從而引發新的核聚變，一些大的星團應該是在沖擊波剛剛經過時就已經被點燃了。所以最終的結果就是，恒星死亡的沖擊波，卻點亮了一些新生的恒星，我們的太陽就是其中的一個。

二、神奇的鐵元素

2.1、鐵元素簡介

回憶一下元素周期表，鐵元素位列26，在宇宙中的豐度排名第6，其原子核中有26個質子和30個中子組成。由于其巨大的電磁力，可以將核外電子緊緊地束縛在原子核的周圍，形成致密的電子雲。但其外層電子的特殊性，決定了其可以與多種元素形成複雜的化合物。

原子的外層電子排列其實都是有規律的，但由于原子核所帶的電量不同，原子序數越大的元素，其吸引核外電子的能力就越強，電子在核外的運動速度也更快。鐵元素盡管更多的時候是表現出其金屬性（失去電子的能力），但在某些特殊情況下也能表現出氧化性（奪取電子）。

2.2、鐵的延展性

小時候經常去鐵道上玩，利用經過的列車將鐵釘壓成小刀，（這種遊戲比較危險，所以現在的小朋友千萬不要效仿了。）這是鐵具有良好延展性的一個證明。雖然，鐵釘中的原子在壓力下發生了橫向擴散，但其與周圍原子之間的關系並沒有被破壞。

如果我們把鐵放在爐火中加熱，其內部的原子由于劇烈的震動，就可以更容易離開晶格，甚至鐵可以變得像其它液體一樣具有流動性。人們利用這種辦法，將流動的鐵水倒入模具中，冷卻後得到自己想要的樣子，一千多年前的人類就知道這種方法。

2.3、鐵的導電性

跟其它的金屬一樣，鐵具有導電性。在鐵棒的內部，鐵的原子核被固定在晶格的結點上振動，但是其最外層的電子卻可以與周圍的鐵原子發生交換和共享。如果我們換個角度去看，鐵原子就像是浸泡在電子的海洋當中。

如果我們給鐵棒的兩端施加一個電壓，就像是一下子把這些電子形成的海洋推到了懸崖邊，電子就會自己跳下去，形成電子的瀑布，這就是我們說的電流。避雷針就是利用了鐵棒的這個性質，把閃電導入大地，從而避免建築物遭到破壞。

2.4、鐵的磁性

如果我們把鐵棒放入磁場，它就可以吸引小磁針。這是因爲鐵的最外層電子的移動性很強，不僅僅會圍繞自己的原子核旋轉，也會“溜達”到其它的鐵原子附近，而且是一邊移動一邊旋轉。通常一整塊鐵並不是一個完整的單晶體，而是很多的小晶體組成的，電子在小晶體內移動旋轉，在鐵棒內部形成一個個的小磁針。

這些小磁針就是磁疇，是鐵棒內部的最小磁性單元。在沒有外部磁場的作用下，這些小磁針的方向是隨機的，小磁針的磁場疊加起來爲零，所以一個鐵棒通常對外不顯示出磁性。

但是在外部磁場的作用下，這些小磁針的方向會發生偏轉，甚至當外部磁場撤去的時候，它們也無法恢複到原來的方向上，這樣小磁針形成的磁場總和就不再爲零，鐵棒就會對外顯示出磁性，這就是我們說的磁化。

三、你所不知道的鐵

就像我們前文說的那樣，鐵是恒星殺手，但也正是因爲有了鐵才給我們的太陽系播下了種子，才最終誕生了地球、生命以及我們人類。同時，鐵也是我們人類手中的一張王炸，它幾乎是我們解決地球上所有問題的一把萬能鑰匙。

3.1、地球護盾

其實嚴格來說地球爲什麽會有磁場，還是個未解之謎，至今仍然沒有完全挑不出毛病的答案，但可以確認的是，地球磁場的形成和地球地核中的活動以及富含的鐵和鎳等金屬元素有關，這使得在地球表面上空600到70000公裏處形成了地球的磁場。

人類的探測器已經探測到太陽日冕層向行星際空間抛射出的高溫高速低密度的粒子流，主要成分是電離氫和電離氦。地球磁場有效地阻止了太陽風長驅直入。在地球磁場的反抗下，太陽風繞過地球磁場，繼續向前運動，于是形成了一個被太陽風包圍的、彗星狀的地球磁場區域，這就是磁層。

我們生活在地球的大氣層底部，地球的大氣層厚達數百公裏，地球表面保持著一個大氣壓的濃度，大氣成分也是比較固定的，氮氣占了78%，氧氣占到21%，二氧化碳和其他氣體占到1%左右，地球大氣層如此穩定和適宜生命生存，不得不說必須感謝地球磁場的保護。

3.2、磁場導航

這是利用了鐵很容易被磁化的特點。中國人早在2000年前，就學會了用天然磁石指示方向，後來在漢朝，又學會了使用磁鐵做成的勺子，放在光滑的盤子上來指示方向，這就是司南。中國人是最早在軍事和航海中使用磁鐵羅盤的民族。

如今，我們所有的科技産品，從電腦到電動汽車，磁性金屬有著廣泛的應用。铷鐵硼超強永磁體可以將鐵的電子排列進行統一和穩定，使得磁鐵變得更小，更適合用來制造平板電腦和耳機等等。當然了，它們也被用于改造哈勃空間望遠鏡。

3.3、變形金剛

鐵具有延展性，可以被加工成各種形狀，我們身邊到處都是應用鐵的案例。這裏要特別提出的是，鐵除了很容易跟氧發生化學反應，其實也很容易與碳結合。當鐵中含有2%左右的碳的時候，鐵就會硬化成鋼。如今應用最廣泛的並不是純鐵，而是鐵的各種合金。

摻入了一定比例碳的鐵，可以被加工成細細的硬鋼絲，這種鋼絲經過一定的熱處理，我們就可以把它固定在吉他上，我們就能彈奏出美妙的音樂，又不會把它拉斷。如今，從我們的生活用品、生産工具、汽車、高鐵、建築……每一個角落都有鐵的存在。

3.4、鐵元素與氧在人體內的運輸

鐵很容易與氧結合，我們人體正是利用了鐵的這個特點。更多的氧氣通過氧和血紅蛋白輸送到我們身體的各處，這意味著能量，更多的血紅素鐵也就意味著更多的氧氣、更多的能量，肌肉的力量就會因爲肌紅蛋白中少量的鐵得到增強。

富含鐵的血紅蛋白是鮮紅色的，在血紅蛋白分子中的鐵，在肺泡中接觸到空氣後，就可以吸收氧分子，然後在心髒的壓力之下，通過血管輸送到全身。而脫氧的血液會呈現藍色，這就是我們透過我們的皮膚，常常能看到的是血管壁呈現藍色的原因。

如果血紅蛋白中的鐵元素失去電子時，它就會變成土褐色，這種形式被稱作高鐵血紅蛋白，而失去顔色的分子也同時失去了有效攜帶氧氣的能力，除非電子重新恢複平衡。

黃種人的新生嬰兒，有很多都會在臀部或者下背出現一種青色的“瘀斑”，這種“瘀斑”很像是瘀傷，其實這只是聚集在皮膚深層的黑色素顆粒，過幾個月之後就會慢慢消退，其實也是與脫氧血紅蛋白有關。

3.5、鐵是人體的一道屏障

人體內，大約有30%的鐵存在于血紅蛋白和肌紅蛋白以外的分子中。這些含鐵的蛋白質可以構建並修複我們的基因、代謝藥物及毒素，輔助生産激素，並且很多酶會將鐵作爲分隔利器。比如，死亡的血細胞需要被分解，肝髒就利用自身的色素細胞將這些血細胞切成碎片。

我們的身體內有一種過氧化氫酶，它攜帶著4個鐵原子，當我們用雙氧水消毒傷口的時候，鐵原子會把雙氧水分子分解成水和氧氣，避免雙氧水傷害更多的細胞。在健康情況下，過氧化氫酶時刻都在做著保衛性的工作，讓我們避免被正常的新陳代謝産生的化學廢物所傷害。

3.6、過多鐵也會給人帶來傷害

一個健康的成年人，其體內大約含有4克鐵，相當于三枚曲別針的重量。人體中最具生物活性的是二價鐵，由于其活性很高，所以二價鐵可以跟某些細胞中的化合物發生反應，生成腐蝕性的自由基分子，破壞組織，並在傷口處阻止血液凝結。

當鐵受控時對人體有利，但只要有1克不受控的鐵就足以將一個孩子送入醫院，爲兒童補鐵過多甚至會導致死亡。之所以健康狀況下，我們並沒有因爲鐵而死去，是因爲我們體內，大多數鐵都被血紅素和其它分子束縛住了，其它的鐵被一種纏繞蛋白的分子包裹或者直接吞噬；還有一種專門的轉鐵蛋白，可以在細胞之間傳遞鐵。

結束語

正如前文中所寫的那樣，鐵會從正、反兩個方面影響恒星和人體，同樣所有跟鐵有關的發明創造也正在服務或者傷害著人類。

縱觀整個宇宙和人類的曆史，雖然恒星因爲鐵而毀滅，但也因爲鐵爲新的恒星誕生創造了機會；我們人類更是受益于鐵的特性，不論是在血液還是肌肉、乃至地球磁場，都得益于鐵爲我們做出的貢獻。與1千年前甚至是更久遠的人類相比，今天的人類，對于鐵更加依賴：縫衣針、訂書釘、剪刀、廚房刀具、建築、橋梁、汽車、火車，還有保衛家園的武器裝備。

然而，這些鐵在從鐵礦石被冶煉成金屬鐵的過程中，正在消耗大量的煤炭、釋放出二氧化碳和其它有毒有害的氣體，改變著我們賴以生存的地球溫度和大氣成分。如何在發展中保護我們唯一的地球，是我們正在面臨的重大課題，也是全人類必須面對的一次挑戰。