化学理科

鉄とは?血液に含まれる鉄分って何?特徴や電子などを周期表マニアの科学館職員が分かりやすくわかりやすく解説

よぉ、桜木建二だ。今回のテーマは「鉄」だ。

鉄が何かという解説は必要ないだろう。鉄は人間が文明を築くうえで欠かせない元素であり、部屋や教室を見回せばいろんなところに鉄でできた製品がある。また、健康のためにも鉄分は欠かせない。

今回は鉄がどんなものかを学ぶ。解説は元素周期表好きの科学館職員、たかはしふみかだ。

解説/桜木建二

「ドラゴン桜」主人公の桜木建二。物語内では落ちこぼれ高校・龍山高校を進学校に立て直した手腕を持つ。学生から社会人まで幅広く、学びのナビゲート役を務める。

ライター/たかはし ふみか

本と実験が好きな化学系科学館職員。普段から化学や工作の本を読んでいる。ページを自分の手でめくれる紙の本が好き。

鉄とは

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安価で加工しやすい金属である鉄。缶コーヒーが入ったスチール缶、自動車、机の脚など皆周りには鉄を使ったものがたくさんあります。鉄はリサイクルしやすく、何度でも生まれ変われるエコな資源なのです。スチール缶のリサイクル率は2020年度で94.0%でした(スチール缶リサイクル協会)。リサイクルによってスチール缶はまたスチール缶になる事もあれば、自動車や家電などいろいろなものに生まれ変わっています。

そんな鉄を人間はいつから使っているのでしょうか

鉄の歴史

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地球上でもっとも豊富にある金属資源は鉄です。鉄の歴史は長く、メソポタミアでは紀元前3000年頃から使われていました。日本には青銅器と同じく弥生時代に入って来たと言われています。

デンマークの考古学者、クリスチャン・トムセン(1788~1865)は人間が主に使う道具の材料によって時代を分けました。それによると時代は石器時代、青銅器時代、そして鉄器時代の3つに分けることができ、これを三時代法と言います。

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弥生時代に鉄器が広まり始めた日本。鉄で作られた農機具が広まり、武器や馬具などとして使われるようになりました。

鉄を用いた発明には缶詰もあります。1800年頃、遠征のための長期保存として瓶が使われていました。ちなみに、瓶詰を生み出すきっかけとなったのはかの有名なナポレオンです。しかし、瓶詰には重たい、壊れやすいと言う欠点があります。そこで、さらに長期保存出来て持ち運びしやすいようにブリキ缶での缶詰ができた。初期は中身の発酵による破裂、容器に使用した鉛による鉛中毒などの課題がありましたが改善され、今のような缶詰となりました。

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ブリキとはスズをメッキした薄い鉄の板のことだ。鉄をスズでメッキすることで、鉄が腐食しづらくなる。そして鉄を亜鉛でメッキしたものをトタンと言うぞ。

元素としての鉄

元素としての鉄

image by Study-Z編集部

原子番号26番の鉄は金属元素で、遷移元素の一種です。元素記号はFe、ラテン語のFerrumが由来となっています。

融点は1538℃、常温ではもちろん固体です。純粋鍛鉄は光沢があります。鉄はイオン化傾向が高く、さびやすい金属です。錆びた鉄は下の写真のように褐色になります。そのため、先ほど桜木先生が説明したように鉄は錆にくくするためにいろいろな工夫がされているのです。

地殻中の鉄

実は地球の重さの3分の1は鉄。地球の中心にある核(コア)は鉄とニッケルからできています。鉄は地球の地殻にも多く含まれる元素で、地殻とは天体の表面の層のことです。この地殻に含まれる元素のことをクラーク数または地殻中の元素の存在度といいます。

地球の地殻は次のように構成されているので、確認しておいてくださいね。

O  酸素        49.5%

Si  ケイ素      25.8%

Al  アルミニウム   7.56%

Fe  鉄         4.70% 

鉄と言えば磁石!なんで?

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ところで、鉄といえば磁石にくっつくとイメージする人も多いでしょう。なぜ鉄は磁石にくっつくのでしょうか。

そもそも磁石も鉄でできています。鉄が磁石となるのは、原子核の周りにある電子のおかげです。鉄は他の金属に比べて電子がそろいやすいと言う性質があります。磁石となった鉄は、電子の回転方向がそろい磁力を持つのです。そして、磁石が近づけられた鉄は、一時的に鉄の中で電子の向きがそろい、一時的に磁石となってくっつきます。

磁石についてはこちらの記事を参考にして下さい。

鉄の利用

鉄は用途に合わせて加工されています。

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