冯大诚
杂说生活中的铁 精选
2022-8-19 08:11
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杂说生活中的铁

月前,发生了一桩因一种消闲食品袋内的脱氧剂包装破损而引起消费者误食少量脱氧剂的事故。生产厂商除道歉外,还说明了该款脱氧剂主要成分为铁粉、二氧化硅、活性炭、水、食用盐等,并无多少毒性。以铁粉为脱氧剂的主要成分,亦引起一部分人的注意。原来以为只能做机器、造房子、作刀枪等结构材料的铁,竟然还能够做食品的脱氧剂,甚是出乎他们的意外。

毫无疑问,对于如今的世界,铁是最重要的金属元素,它的重要性远远超过任何其他金属元素。从产量上说,其他所有金属元素产量之和都不会有钢铁产量的十分之一。我们的衣食住行、生活的每一个角落,都离不开铁。

我们的住处,现在被称为是钢筋混凝土的“森林”。我们的所有生活用品,都由机器制造、车辆运输,而所有的这些机器、车辆,都主要由钢铁构成。我记得,年轻的时候,我们国家的钢铁产量不够多,为了建设国家,我们称钢铁为元帅,要元帅升帐。铁元素在今天社会生活中的重要性,毫无疑问在所有的金属元素中首屈一指。

铁被称为黑色金属,其实,铁的单质也就是纯铁是具有银白色光泽的金属。只是在高温下铁容易被氧化,表面生成暗色的四氧化三铁。同样被称为黑色金属的还有铬和锰,它们同样很“冤枉”,特别是铬,电镀铬(往往被称为克罗米)的银白色镀层锃光瓦亮。锰是银灰色的,也有金属光泽。但是它们常常与铁组成合金,所以被归入黑色金属一类。

铁被认为是坚硬的。人们在夸奖某物坚硬时,常常说它“似铁坚”甚至“比铁坚”。其实,纯铁并不很坚硬,比我们人骨头的主要成分磷灰石要略软些。我们用来捆扎东西的软铁丝就是比较柔软的,也就是说,铁有一定的可塑性。这是由于铁的固体由铁原子组成金属键,而金属原子之间的滑动并不影响金属键总的数量和强度的缘故。

当在铁中掺入了少量碳元素,铁就变硬了。这是由于碳原子挤进铁的原子晶格中,与铁原子形成具有共价键的碳化铁,嵌入晶体中的碳化铁阻碍了铁原子的滑动,所以,铁就变得坚硬得多。但是这样的结果也使得铁的可塑性降低,脆性增加。

由于人们从铁矿石(铁的各种氧化物)中用碳(古代是木炭、近代是焦炭等)使得铁的氧化物还原得到铁,这样得到的铁总是含有大量的碳元素,称为生铁。由于碳的含量太高,生铁往往过于脆,人们需要把生铁在高温下让多余的碳燃烧成二氧化碳气体从而减少生铁中的碳元素。人们一般把含碳量小于0.02%的称为熟铁,含碳量在0.02%~2%的称钢,含碳量在2%以上的称生铁。

我们现在生活中用到做各种坚固的铁质实用材料的,主要就是各式钢材。钢材中含碳量少一些的,韧性好一点,硬度差一点;含碳量多一些的则相反,硬度大些,韧性却差些。

一般情况下,铁是没有毒性的。我们可以用铁质的锅,铁质的锅铲、勺子等。锅铲碰锅沿,碰下一些铁原子是必然的事情。这些铁原子被我们吃进肚子里,不会有什么不良的后果。这是千百年来的实践所证明了的。

实际上,铁也是我们人体不可缺少的组成部分。一般人体内含有4~5克铁,其中72%左右以血红蛋白、3%以肌红蛋白形式存在,其余的25%为储备铁,主要以铁蛋白的形式储存在肝、脾和骨髓中。

占人体含铁量72%的血红蛋白里的铁是以二价铁离子存在的,正是有了这二价铁离子的血红蛋白,可以与氧气相互作用,把氧气携带至身体的各个器官,以供那里的各种氧化作用。

血红蛋白是血液中红细胞的主要蛋白,它使血液呈红色,由四条肽链组成,两条α链和两条β链,每一条肽链有一个包含一个二价铁离子的环状血红素分子。氧气就结合在铁离子上,被血液运输。

在氧气浓度较高的肺部,血红蛋白上原来与铁离子配合的一个水分子能够被氧气分子所取代。当一个铁离子被氧气分子所配合,整个血红蛋白的肽链结构会发生变化,使第二个铁离子能够更容易与氧气接近。接着还有第三个、第四个。在氧气浓度较低的组织那里,上面的过程能够依次逆转以放出氧气。这就是运输氧气的过程。

在类似这样的过程中,血红蛋白中的铁离子也可以与二氧化碳、一氧化碳和氰基相结合。而与一氧化碳的结合特别与氰离子的结合要比与氧气的结合牢固得多。一旦与一氧化碳或者与氰离子相结合,血红蛋白就失去了与氧气结合的机会。这样,我们身体的组织就得不到新陈代谢所必须的氧分子。这情况就与被掐住脖子无法呼吸一样。这就是一氧化碳中毒或氰中毒,如不能及时救治,就会引起人的死亡。

与我们身体里的其他细胞一样,红细胞也处在不断的新陈代谢之中,虽然死亡细胞中的绝大多数铁离子能够被回收,但是还是会有一些损失,所以我们需要补充一定的铁元素。如果由于铁的摄入太少,或者有疾病引起铁的吸收困难,我们身体里就会缺少铁元素,引起血红蛋白的不足,也就是红细胞的不足,这就是缺铁性贫血。

哪些食物中含有较多的容易吸收的铁元素呢?毫无疑问是肉类,当然是瘦肉(肥肉主要是脂肪)。无论什么肉,猪牛羊鸡鸭鱼都可以,瘦的猪牛羊肉更多一点。瘦肉的肌红蛋白中的铁是肠道能够直接吸收的。所以,经常食用动物性食物的人一般不会缺铁。

三价铁离子是红色的,但是,并非红色的食物都含三价铁离子。大多数植物呈现出来的红色只是有机双键反射红光的缘故,这与红色有机染料的机理一样。所以千万不要以为是红色的食物就能够“补血”。

毫无疑问,植物生长也需要铁元素,所以植物中也有一些铁元素。从“营养成分表”看,有些植物的茎、叶中的铁元素含量还不算很少,但是,想从食用这些植物的茎叶来摄取铁元素是困难的,因为一般而言,植物茎叶中都有很多草酸,这些草酸将与钙、铁等金属离子生成不溶于水的钙盐或铁盐,这样就影响了这些铁元素、钙元素或微量其他金属元素的吸收。

其他途径如铁餐具、铁水管等得到的铁离子与从植物中得到的铁离子一样,也需要维生素C和特殊蛋白质的帮助,才能够被肠道吸收。这就是说,素食者比较容易缺铁。

我们还是应当听取营养学家的意见,遵照他们推荐的膳食指南,食用各种食物,荤素搭配,均衡营养。

铁是形成叶绿素的重要条件之一,所以植物生长需要铁。铁的来源当然是从土壤中得到。一般情况下,土壤中不会缺少铁的氧化物,但是,如果土壤的碱性太大,铁离子难以游离出来,植物也难以吸收。北方有些地方就是如此。

南方的土壤一般酸性大一些,不容易缺铁。但是南方气候潮湿,对于铁制品的锈蚀就比北方厉害得多。

铁的锈蚀过程虽然复杂,但是归根结底是在水的参与下,铁与氧气进行了化合,生成了氢氧化铁。对于钢铁制品来说,这是一个有害的化学反应,给人类的建设事业造成了非常大的损失。我们想方设法要减少钢铁的锈蚀,减轻由此带来的经济损失。

但是,我们也可以利用这个化学反应,为社会生活服务。

本文一开始所说的用铁粉脱去封闭环境中的氧气,以减缓食物的氧化速度,就是利用了铁的氧化反应。

另一方面,铁的氧化反应与其他许多物质的氧化一样,是一个放热反应(碳的燃烧就是碳的氧化)。我们也可以利用与铁的锈蚀类似的氧化反应所放出的热量为我们服务。

暖宝宝就是利用了这个反应。暖宝宝的密封口袋里就装有铁粉,当去掉了暖宝宝的密封包装,空气和人体发出的水汽就使得铁粉逐渐氧化成氢氧化铁,在这个过程中缓慢放出的热量使我们身体的局部受热。

方便米饭等速热食品的加热包里也有这样的铁粉。为了使放热更快更多,加热包里面还加上了铝粉、氧化钙等物质。其放热途径之一也是铁粉在氧气和水蒸气的存在下,被氧化成氢氧化铁。

有人会问,我们日常使用的铁锅也在有水的情况下使用,怎么没有见它像暖宝宝、加热包那样的氧化并发热?

这就与表面情况有关了。铁的氧化是在铁器的表面进行的,也就是氧气分子只能与铁表面的原子发生反应。

我们的铁器,无论是铁锅也好,铁钉也好,物体表面是比较光滑和致密的。如铁锅,通常是冲压或锻造出来的,铁钉,也需要轧制和冲压。这样,我们使用的铁制品表面都是光滑和致密的,而且,一般都是在较高温度时制造,然后冷却而成。在高温冷却的过程中,实际上铁的表面已经生成了或薄或厚的氧化层,即使是看上去锃光瓦亮的铁钉,实际上表面也有薄薄的氧化层。由于表面光滑、致密,而且还有氧化层,所以普通的铁器可以进行氧化反应的铁原子并不多,氧化反应就缓慢。

加热包里的铁粉则不是如此,它们的制取并不是简单地把铁用挫挫成了铁末子以增加表面积,而是用还原法直接把氧化铁的粉末,如铁矿精粉、轧钢铁鳞(高温下铁氧化的产物)等用炭或水煤气(氢气和一氧化碳)之类的还原剂还原而成的海绵状铁粉。放大了看,其表面是粗糙而带有海绵状空洞的。这样,它与氧气、水分子接触的面积将是很大的。在最后包装之前,它一直在缺乏氧气的还原环境下,所以,表面也大多没有被氧化。表面大,可以发生反应的分子多,总的宏观反应速度快就是必然的了。

铁在我们生活中,除了做钢筋,造机器,作厨房的炊具餐具之外,还有许多形形色色的用处呢。




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