鉄（元素Fe）とは：性質・用途・歴史をわかりやすく解説

物性値

鉄は灰色で銀色の金属である。鉄の同素体によって磁性は異なるが、磁性体である。鉄は簡単に見つけられ、採掘され、精錬されるので、とても便利な金属です。純鉄は柔らかく、非常に可鍛性に優れています。

化学的性質

鉄は反応性が高い。硫酸のようなほとんどの酸に反応します。硫酸と反応させると硫酸第一鉄になります。この硫酸との反応を利用して、金属を洗浄するのです。

鉄は空気や水と反応して錆を作る。錆が剥がれると、さらに鉄が露出し、より多くの鉄が錆びる。最終的には、鉄全体が錆びます。アルミニウムなどの他の金属は錆びません。鉄はクロムと合金にしてステンレス鋼を作ることができますが、これはほとんどの環境で錆びることはありません。

鉄粉は硫黄と反応して硫化鉄(II)という黒くて硬い固体になることがあります。鉄はハロゲンとも反応し、塩化鉄(III)のようなハロゲン化鉄(III)を作る。鉄はハロゲン化水素酸と反応して、塩化鉄(II)のようなハロゲン化鉄(II)を作る。

化合物

鉄は他の元素と化合物を作る。通常、他の元素は鉄を酸化させます。電子は2つ取られることもあれば、3つ取られることもある。鉄に2個の電子が取られた化合物を第一鉄化合物と呼びます。鉄に3個の電子を取られた化合物を第二鉄化合物と呼びます。鉄系化合物は鉄の酸化状態が+2である。鉄化合物は鉄の酸化状態が+3である。鉄化合物には、黒、茶、黄、緑、紫がある。

鉄化合物は弱い還元剤である。緑色や青色のものが多い。最も一般的な鉄化合物は硫酸第一鉄である。

鉄化合物は酸化剤である。茶色いものが多い。最も一般的な第二鉄化合物は酸化第二鉄で、錆と同じものです。鉄が錆びる理由の一つは、酸化第二鉄が酸化剤であるためです。鉄を酸化させ、塗装の下でも錆びさせるのです。だから、塗装に小さな傷があると、全体が錆びることがあるのです。

鉄(II)化合物

酸化状態が+2の化合物は、弱い還元剤である。通常、淡色である。空気中の酸素と反応する。鉄系化合物とも呼ばれる。

• 地中に存在し、酸と反応して硫化水素を発生させる光沢のある化学物質、硫化鉄(II)
• 硫酸鉄（II） 鉄と硫酸を反応させて作る青緑色の結晶の化学物質で、コンクリート中のクロム酸塩などの毒を減らすために使用されます。
• 塩化鉄（II）、塩酸と鉄を反応させて作る淡い緑色の結晶の化学物質
• 水を鉄の陽極で電気分解すると、濃い緑色の粉末である水酸化鉄（II）が酸素と反応して褐色になる。
• 酸化鉄（II）、黒色、可燃性、希少性

混合酸化状態

これらの化合物は稀であり、1つだけが一般的である。地中に存在する。

• 鉄の鉱石として使用される黒色鉱物の酸化鉄（II,III）は、+2および+3の酸化状態の鉄を含んでいます。

鉄(III)化合物

酸化状態が＋3の化合物は、通常茶色です。酸化剤である。腐食性がある。第二鉄化合物とも呼ばれる。

• 酸化鉄（III）、錆、赤褐色、酸に溶ける
• 塩化鉄（III）は有毒で腐食性があり、水に溶けて暗褐色の酸性溶液になる。鉄に塩酸と酸化剤を反応させて作る。
• 硝酸鉄(III) 薄紫色で腐食性があり、エッチングに用いる。
• 硫酸鉄(III)、希少、淡褐色、水に溶ける。鉄を硫酸と酸化剤とで反応させて作る。

宇宙に鉄がたくさんあるのは、大きな星の核反応の終着点だからです。鉄は、超新星の激しい崩壊によって宇宙空間に散らばる前に生成される最後の元素なのです。

地球のコアの主成分となる金属です。地表付近では鉄または第二鉄の化合物として存在する。隕石には、希少な鉱物の形で鉄を含むものもある。通常、鉄は地中にヘマタイト鉱として存在し、その多くはグレート・オキシジェネーション・イベントで作られたものである。鉄は鉱石から高炉で抽出することができる。一部の鉄は磁鉄鉱として発見されます。

肉には鉄の化合物が含まれています。鉄は、赤血球のヘモグロビンに不可欠な成分です。

鉄は、製鉄所と呼ばれる大きな工場で、ヘマタイトを炭素（コークス）で還元してつくられます。これは、高炉と呼ばれる大きな容器の中で行われます。高炉の中には、鉄鉱石、コークス、石灰石が入っています。そこに高温の空気を送り込み、コークスを燃焼させます。その熱で炭素が鉄鉱石と反応し、酸化鉄から酸素を奪い、二酸化炭素を作る。この二酸化炭素は気体であり、混合物から離脱する。鉄の中には砂も入っている。石灰石は炭酸カルシウムでできていますが、石灰石が非常に高温になると、酸化カルシウムと二酸化炭素になります。酸化カルシウムは砂と反応し、スラグと呼ばれる液体になります。このスラグを排出すると、鉄だけが残ります。この反応により、高炉の中には純粋な液体の鉄が残り、冷えてから形を整えたり、固めたりすることができる。現在では、ほとんどすべての製鉄所が製鋼所の一部となり、ほとんどすべての鉄が鉄になる。

鉄を加工する方法はたくさんあります。鉄は、金属片を熱して冷水にかけると硬くなることがあります。鉄を熱してゆっくり冷やすと柔らかくなります。重いプレス機でプレスすることもできます。電線にすることもできます。圧延して板金にすることもできます。

アメリカでは、鉄の多くはミネソタの大地から採取され、船でインディアナやミシガンに送られ、そこで鉄がつくられたのである。

金属として

鉄は、他のどの金属よりも多く使われている。強くて安いのです。建物、橋、釘、ネジ、パイプ、桁、塔などを作るのに使われる。

鉄は反応性が低いので、鉱石から簡単に、しかも安価に取り出すことができる。鉄にすると非常に強く、コンクリートの補強に使われる。

鉄には種類があります。鋳鉄は、上記の記事で紹介した方法で作られた鉄です。硬くてもろいのが特徴です。排水溝の蓋やマンホールの蓋、エンジンブロック（エンジンの主要部分）などに使われます。

鉄は最も一般的な鉄の形である。鉄にはいくつかの形態がある。軟鋼は炭素の割合が少ない鋼である。柔らかく、簡単に曲げられるが、簡単には割れない。釘や針金に使われる。炭素鋼はより硬いですが、よりもろいです。工具に使われる。

鉄には他にも種類がある。クロムを含むステンレスは錆びにくく、ニッケル-鉄合金は高温でも強度を保つことができます。その他の鋼は、加える合金によって、非常に硬くなります。

錬鉄は成形が容易で、フェンスや鎖の材料になる。

純度の高い鉄は柔らかく、錆びやすい（酸化しやすい）。また、かなり反応性が高い。

化合物として

鉄の化合物は、いくつかのことに使われています。塩化鉄(II)は水をきれいにするために使われます。塩化鉄(III)も使われる。硫酸鉄(II)はセメント中のクロム酸塩を還元するのに使われます。鉄化合物の中にはビタミン剤に使われるものもあります。

鉄は大量に体内に取り込むと毒になる。鉄剤を飲み過ぎると、人（特に子供）は体調を崩す。また、体内の鉄分濃度の調節を損なう遺伝子疾患もある。

鉄と結合する化学物質があり、医師が処方することができます。

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• 鉄化合物
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