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철(26Fe)
26 MnFeCo


Fe

Ru
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체심 입방정계
26 전자 껍질
26Fe
일반적 성질
, 주기, 구역 8족, 4주기, d-구역
화학 계열 전이 금속
겉보기 회색의 금속성 광택
Fe,26.jpg
원자 질량 55.845(2) g/mol
전자 배열 [Ar] 3d6 4s2
준위전자 2, 8, 14, 2
철의 전자껍질 (2, 8, 14, 2)
물리적 성질
상태 고체
밀도 (실온) 7.86 g·cm−3
액체 밀도 (녹는점) 6.98 g·cm−3
녹는점 1811 K
끓는점 3134 K
융해열 13.81 kJ/mol
기화열 340 kJ/mol
열용량 (25 °C) 25.10 J/(mol·K)
증기압
압력(Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
온도(K) 1728 1890 2091 2346 2679 3132
원자의 성질
산화수 2, 3, 4, 6
(양쪽성 산화물)
전기 음성도 1.55 (폴링 척도)
이온화 에너지 1차: 762.5 kJ/mol
2차: 1561.9 kJ/mol
3차: 2957 kJ/mol
원자 반지름 140 pm
원자 반지름 (계산) 156 pm
공유 반지름 125 pm
그 밖의 성질
결정 구조 체심 입방정계
자기적 질서 강자성
전기저항률 96.1 nΩ·m
열전도율 (300 K) 80.4 W/(m·K)
열팽창계수 (25 °C) 11.8 µm·m−1·K−1
음속 (막대) (실온) 5120 m/s
영률 211 GPa
전단 탄성 계수 82 GPa
푸아송 비 0.29
모스 굳기 4.5
비커스 굳기 608 MPa
브리넬 굳기 490 MPa
CAS 등록번호 7439-89-6
주요 동위 원소
동위체 존재비 반감기 DM DE
(MeV)
DP
54Fe 5.8% 안정
55Fe 합성 2.73y ε 0.231 55Mn
56Fe 91.72% 안정
57Fe 2.2% 안정
58Fe 0.28% 안정
59Fe 합성 44.503d β- 1.565 59Co
60Fe 합성 2.62×106y β- 0.237 60Co
동위 원소 목록

(鐵, 영어: iron 아이언[*]) 또는 화학 원소로 기호는 Fe(←라틴어: ferrum 페룸[*])이고 원자 번호는 26이다. 철은 항성 핵합성으로 생성되는 최종 원소로, 초신성 등의 격변적인 사건을 필요로 하지 않는 가장 무거운 원소이다. 따라서 우주에 가장 많이 퍼져 있는 중금속이다. 또한 철은 인류가 가장 많이 사용하는 금속 중의 하나이며 차량, 선박, 항공기, 주택, 각종 생활용품 등 많은 분야에서 사용되고 있기 때문에 인류에게 있어서 철은 없어서는 안되는 중요한 금속이다.

동위 원소[편집]

자연계에 존재하는 안정적인 철 동위 원소로는 54Fe, 56Fe, 57Fe, 58Fe가 존재한다.

  • 54Fe는 자연계에서 5.8%를 차지한다.
  • 56Fe는 자연계에 존재하는 철 동위 원소 중 가장 많이 차지하는 원소다.
항성의 핵융합 과정, 즉 규소 연소 과정에서 28Si에서 여러 차례 헬륨 융합 과정을 통해 최종적으로 56Fe을 형성한다. 다만 일부의 56Fe은 60Zn을 형성하지만 이 과정은 에너지를 흡수하는 과정이므로 핵융합 과정에서는 매우 소량 형성된다. 따라서 56Fe은 28Si에서 시작된 헬륨 융합 과정의 최종 원소로써 철 동위원소 중 가장 많이 존재하는 원소다.
  • 57Fe는 29Si에서 여러 차례 헬륨 융합 과정을 통해 최종적으로 형성되는 원소다.
  • 58Fe는 철 동위 원소 중 가장 핵자간 결합 에너지가 높으므로 가장 안정적인 원소이지만 0.28%의 가장 소량만 존재한다.
핵융합의 26Al에서 시작하여 30P과정에서 헬륨 융합 과정을 통해 54Co가 최종적으로 생성되므로 대부분의 58Fe는 초신성 폭발때의 중성자 포획 과정인 R-과정을 통해 생성됩니다.
  • 60Fe은 반감기가 262만년으로 매우 짧아 현재 자연계에서는 존재하지 않지만 과거 지구에 매우 많이 존재했으며 용암 바다를 오래 유지시켜주는 역할을 한 원소다.
지구에 많이 존재하는 원소인 60Ni은 60Fe이 베타 붕괴를 통해 형성된 원소다. 60Zn은 핵융합 과정에서 56Ni보다 에너지를 방출하는 것이 아니라 에너지를 흡수해야 형성되므로 핵융합 과정에서 60Zn은 매우 소량만 형성된다. 이를 통해 지구에 존재하는 60Ni의 대부분은 60Fe이 베타 붕괴를 통해 형성된 원소며, 60Fe은 거대한 항성의 최후 과정에서 나타난 초신성 폭발의 R-과정을 통해 형성되었다는 것을 알 수 있다. 따라서 60Fe은 태양계 초기 역사의 매우 중요한 부분을 차지한 원소다.

주요 성질[편집]

철은 지구에서 알루미늄 다음으로 흔한 금속이며 지구를 구성하는 원소 중 가장 비중이 높다. 우주에서도 열 번째로 흔한 원소라고 알려져있다. 철은 지구를 이루는 가장 주요한 원소로 지구 중량의 32.07%를 차지한다. 철은 지구 중심핵에 가장 많이 분포하며, 지각에는 5.63% 쯤을 차지한다. 지구의 중심핵은 철의 단일 결정일 수도 있으나, 철과 니켈의 혼합물일 가능성이 더 많다. 지구의 풍부한 철은 지구 자기장을 형성하는 데 중요한 역할을 하고 있다.

철은 강도, 경도가 높고 전기전도도 또한 훌륭하며 가공하기 쉽기에 많이 사용된다. 또, 제련시 탄소를 얼마나 첨가하냐에 따라 그 성질을 정할 수 있다. 철은 철광석의 형태로 산출되며, 순수한 금속 상태로는 거의 발견되지 않는다. 순철을 얻기 위해서는 환원 반응을 통해 불순물을 제거해야 한다. 철은 다른 금속과 비금속, 특히 탄소와의 합금강철을 만드는 데 사용된다.

철 원자핵 내에서 핵자 간의 결합 에너지는 니켈 동위 원소62Ni 다음으로 가장 높다. 일반적으로 가장 안정적인 핵종은 56Fe로 항성핵융합 과정을 통해 만들어진다. 62Ni의 합성 과정에서 약간의 에너지를 더 얻을 수 있으나, 항성 내부의 상태는 이 과정이 진행되기에 좋은 조건이 아니다. 초거성이 생명을 다 해 응축하기 시작하면 별의 내부 압력과 온도가 올라가면서 원자의 안정성은 떨어지지만 훨씬 무거운 원소를 만들게 된다. 이 과정은 초신성까지 진행된다.

일부 우주 모델에서는 핵융합과 핵분열의 결과로 모든 물질이 철로 바뀌게 된다고 예언하고 있다.

앙금 생성 반응에서 산출되는 검정색의 황화 철은 철 이온 (Fe2+)을 검출할 때 유용하다.

인체와 철[편집]

사람의 몸에는 모두 합하여 3~4g의 작은 못 1개 정도가 되는 소량의 철이 들어 있는데, 철은 혈액 내의 산소 운반을 담당하는 헤모글로빈을 만드는 데 필수적인 무기질이다.

철이 많이 들어 있는 식품으로는 ·달걀 노른자·살코기·진한 녹색 채소·해조류·노란콩 등이 있다. 철의 흡수율은 매우 낮아 건강한 성인의 경우 섭취한 철의 10% 정도만 흡수된다. 비타민 C를 섭취하면 식물성 식품의 철 흡수율이 높아진다.

일단 흡수된 철은 혈액의 손실이 있는 경우 외에는 우리 몸에서 재사용되며 배설되지 않는다. 철이 부족하면 쉽게 피로해지며, 성장이 지연되고, 숨이 가빠지며, 빈혈 증상이 나타난다.

같이 보기[편집]

외부 연결[편집]

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