鐵（拼音：tiě，注音：ㄊ丨ㄝˇ，粵拼：tit3；英語：Iron），是一種化學(xué)元素，其化學(xué)符號(hào)為Fe（源于拉丁語：ferrum），原子序數(shù)為26，原子量為55.845 u，屬于第一列過渡元素，位在周期表的第8族。依質(zhì)量計(jì)，是在地球上是占比最多的元素，為地球外核和內(nèi)核的主要成分。它也是地殼中含量第四多的元素。

地殼中的純鐵十分稀少，基本上只存在于隕石中。鐵礦的蘊(yùn)藏量相當(dāng)豐富，但要提煉出可用的鐵金屬，需要可以達(dá)到1500 °C以上的窯或火爐，比冶煉銅的溫度還要高500 °C。僅在公元前2000年左右，人類開始在歐亞大陸導(dǎo)入這一制程，大約在公元前1200年，鐵在某些地區(qū)開始取代銅合金，作為工具或武器，這個(gè)事件被認(rèn)為是從銅器時(shí)代過渡為鐵器時(shí)代，歷史上的一些帝國(guó)由此技術(shù)的突破而誕生。由于其機(jī)械性能和低成本，鐵合金（如鋼、不銹鋼和合金鋼）是到目前為止仍是最常見的工業(yè)金屬。

一個(gè)成年人的身體含有約4公克（0.005％的體重）的鐵，主要分布在血紅蛋白和肌紅蛋白。這兩種蛋白質(zhì)在脊椎動(dòng)物代謝中扮演極為重要的角色，前者負(fù)責(zé)在血液中運(yùn)送氧氣，而后者則承擔(dān)起在肌肉中儲(chǔ)藏氧氣的責(zé)任。為了維持人體中鐵的恒定及代謝，需要從飲食中攝取足量的鐵。鐵也是許多氧化還原酶的活性位置上的金屬，其涉及細(xì)胞呼吸作用及植物和動(dòng)物的氧化還原反應(yīng)。

在化學(xué)上，鐵最常見的氧化態(tài)為二價(jià)鐵離子和三價(jià)鐵離子。鐵具有其他過渡金屬的特性，包括了其他第8族元素、釕和鋨。鐵可形成各種氧化態(tài)的化合物（-2到+7）。鐵也可形成多種錯(cuò)合物，例如：二茂鐵、草酸鐵離子及普魯士藍(lán)，具有大量的工業(yè)、醫(yī)學(xué)及研究應(yīng)用。平滑的純鐵表面為如鏡般的銀灰色。但鐵容易與氧和水反應(yīng)，產(chǎn)生棕色或黑色的水合鐵離子，就是俗稱的鐵銹。不同于其他金屬會(huì)產(chǎn)生鈍化層的氧化物，鐵銹擁有的體積大于原本的金屬，因而容易剝落，露出新的表面繼續(xù)銹蝕。

物理性質(zhì)

鐵是有光澤的銀白色金屬，硬而有延展性，熔點(diǎn)為1539℃，沸點(diǎn)為2750℃，有很強(qiáng)的鐵磁性，并有良好的可塑性和導(dǎo)熱性。晶體結(jié)構(gòu)為體心立方結(jié)構(gòu)，晶格常數(shù)a=2.87埃。日常生活中的鐵通常含有碳因而暴露在氧氣中容易在遇到水的情況下發(fā)生電化學(xué)腐蝕，而純度較高的鐵則不易腐蝕。

同素異形體

  α-鐵在室溫下的摩爾體積與壓力的關(guān)系

鐵有四種已知的同素異形體，通常表示為α、γ、δ和 ε。

  在低壓下，鐵的相圖

前三種可以在常壓下存在。當(dāng)液態(tài)的鐵冷卻到 1538 °C以下時(shí)，它會(huì)結(jié)晶成 δ-鐵，有著體心立方晶系 (bcc) 。繼續(xù)冷卻到 1394 °C時(shí)，它會(huì)變成γ-鐵（奧氏體），為面心立方晶系 (fcc) 。到了912 °C 以下，鐵又會(huì)變成體心立方晶系的 α-鐵。^[6]

鐵在非常高的壓力和溫度下的物理特性也得到了廣泛的研究，因?yàn)樗鼈兣c有關(guān)地球和其他行星的核心的理論相關(guān)。在約 10 GPa 和低溫下，α-鐵會(huì)轉(zhuǎn)變成六方最密堆積 (hcp) 結(jié)構(gòu)，又稱為ε-鐵。高溫下的 γ-鐵也會(huì)變成 ε-鐵，不過需要更高的壓力。

在 50 GPa 以上的壓力和至少 1500 K 的溫度下，穩(wěn)定的β相態(tài)存在一些有爭(zhēng)議的實(shí)驗(yàn)證據(jù)。它應(yīng)該具有正交晶系或雙 hcp 結(jié)構(gòu)。（令人困惑的是，“β-鐵”有時(shí)也用來指居里點(diǎn)以上，從鐵磁性變?yōu)轫槾判缘?amp;alpha;-鐵，即使其晶體結(jié)構(gòu)沒有改變。）^[10]

科學(xué)家通常假定地球內(nèi)核由ε（或β）結(jié)構(gòu)的鐵鎳合金組成。

熔點(diǎn)和沸點(diǎn)

鐵的熔點(diǎn)、沸點(diǎn)和摩爾原子化焓都低于早期的 3d元素——鈧到鉻，顯示 3d 電子對(duì)金屬鍵的貢獻(xiàn)隨著原子核越來越大而被吸引而減少。然而，它們高于前一個(gè)元素錳的值，因?yàn)樵撛鼐哂邪胩畛涞?3d子殼，因此其 d電子不容易離域。這個(gè)趨勢(shì)也出現(xiàn)在釕中，但沒出現(xiàn)在鋨中。

鐵的熔點(diǎn)在低于 50GPa 的壓力下通過實(shí)驗(yàn)很好地定義。對(duì)于更大的壓力，公布的數(shù)據(jù)（截至 2007 年）仍然存在數(shù)十吉帕斯卡和超過一千開爾文的差異。

化學(xué)性質(zhì)

具有金屬單質(zhì)的通性，能與非金屬單質(zhì)、酸、鹽等反應(yīng)。

鐵在氧氣中燃燒后生成四氧化三鐵

在高溫下，鐵可以與水蒸汽反應(yīng)，生成四氧化三鐵和氫氣。

鐵元素可以形成3種氧化物，分別是氧化亞鐵（FeO），氧化鐵（Fe2O3），和四氧化三鐵（Fe3O4）（FeO·Fe2O3）。

鐵和非氧化性酸反應(yīng)得到Fe²⁺（亞鐵離子，淺綠色），和氧化性酸反應(yīng)得到Fe³⁺（鐵離子，黃色），鐵在濃硫酸和濃硝酸中鈍化。

鐵加熱、加壓下可以和一氧化碳反應(yīng)得到羰基化合物：

鐵和氯氣反應(yīng)（點(diǎn)燃）得到三氯化鐵，而和硫反應(yīng)（加熱）只能得到硫化亞鐵：

鐵和Fe³⁺反應(yīng)得到Fe²⁺：

化合物

鐵可以形成多種價(jià)態(tài)的化合物，其中以+2價(jià)和+3價(jià)的化合物最為典型。常溫下+3價(jià)的化合物較為穩(wěn)定，高溫下+2價(jià)的化合物較為穩(wěn)定。鐵有多種氧化物，如氧化亞鐵、氧化鐵和四氧化三鐵。

發(fā)現(xiàn)

鐵是古代就已知的金屬之一。鐵礦石是地殼主要組成成分之一，鐵在自然界中分布極為廣泛，但人類發(fā)現(xiàn)和利用鐵卻比黃金和銅要遲。首先是由于天然的單質(zhì)狀態(tài)的鐵在地球上非常稀少，而且鐵容易氧化生銹，加上鐵的熔點(diǎn)（1812K）又比銅（1356K）高得多，使得鐵比銅難于熔煉。

人類最早發(fā)現(xiàn)的鐵是從天空落下來的隕石，隕石中含鐵的百分比很高，是鐵和鎳、鈷等金屬的混合物，在融化鐵礦石的方法尚未問世，人類無法大量獲得生鐵的時(shí)候，鐵一直被視為一種帶有神秘性的最珍貴的金屬。

鐵的發(fā)現(xiàn)和大規(guī)模使用，是人類發(fā)展史上的一個(gè)里程碑，它把人類從石器時(shí)代、青銅器時(shí)代帶到了鐵器時(shí)代，推動(dòng)了人類文明的發(fā)展。至今鐵仍然是現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的基礎(chǔ)，人類進(jìn)步所必不可少的金屬材料。

名稱由來

鐵，化學(xué)符號(hào)Fe的來源是拉丁文名稱Ferrum。

《說文解字》：“鐵，黑金也。從金，黑金也。從金。