有关铁元素 单质，化合物 化学反应 跟人体的关系 跟动植物的关系

铁是地球上分布最广的金属之一，约占地壳质量的5.1%，居元素分布序列中的第四位，仅次于氧、硅和铝。 　　在自然界，游离态的铁只能从陨石中找到，分布在地壳中的铁都以化合物的状态存在。

铁是一种光亮的银白色金属。密度7.86克/立方厘米。熔点1535℃，沸点2750℃。常见化合价+2和+3，有好的延展性和导热性。也能导电。纯铁既能磁化，又可去磁，且均很迅速。电离能为7.870电子伏特。化学性质比较活泼，是一种良好的还原剂。若有杂质，在潮湿的空气中易锈蚀；在有酸气或卤素蒸气存在的湿空气中生锈更快。易溶于稀酸。在浓硝酸中能被钝化。加热时均能同卤素、硫、硅、碳、磷等化合。除生成+2和+3价氧化物外，还有复合氧化物Fe3O4（是磁性氧化物）生成。铁是工业部门不可缺少的一种金属。铁与少量的碳制成合金——钢，磁化之后不易去磁，是优良的硬磁材料，同时也是重要的工业材料,并且也作为人造磁的主要原料　相对原子质量55.847。铁有多种同素异形体，如α铁、β铁、γ铁、б铁等。铁是比较活泼的金属，在金属活动顺序表里排在氢的前面。常温时，铁在干燥的空气里不易与氧、硫、氯等非金属单质起反应，在高温时，则剧烈反应。铁在氧气中燃烧，生成Fe3O4，炽热的铁和水蒸气起反应也生成Fe3O4。铁易溶于稀的无机酸和浓盐酸中，生成二价铁盐，并放出氢气。在常温下遇浓硫酸或  铁矿 锡石 锑华浓硝酸时，表面生成一层氧化物保护膜，使铁“钝化”，故可用铁制品盛装浓硫酸或浓硝酸。铁是一变价元素，常见价态为+2和+3。铁与硫、硫酸铜溶液、盐酸、稀硫酸等反应时失去两个电子，成为+2价。与Cl2、Br2、硝酸及热浓硫酸反应，则被氧化成Fe3+。铁与氧气或水蒸气反应生成的Fe3O4，可以看成是FeO·Fe2O3，其中有1/3的Fe为+2价，另2/3为+3价。铁的+3价化合物较为稳定。 　　[铁的化学性质之二] 　　铁的电子构型为(Ar)3d64s2，氧化态有0、+2、+3、+4、+5、+6。铁的化学性质活泼，为强还原剂，在室温条件下可缓慢地从水中置换出氢，在500℃以上反应速率增高： 　　3Fe+4H2O（g）===Fe3O4+4H2 　　Fe和高温水蒸气反应，因此，生成氢气一般不带气体符号。 　　铁在干燥空气中很难与氧发生作用，但在潮湿空气中很易腐蚀，若含有酸性气或卤素蒸气时，腐蚀更快。铁可从溶液中还原金、铂、银、汞、铋、锡、镍或铜等离子，如： 　　CuSO4+Fe===FeSO4+Cu 　　铁溶于非氧化性的酸如盐酸和稀硫酸中，形成二价铁离子并放出氢气；在冷的稀硝酸中则形成二价铁离子和硝酸铵： 　　Fe+H2SO4===FeSO4+H2↑ 　　（ 2 Fe+6H2SO4（浓）===Fe2（SO4）3+3SO2↑+6H2O） 　　4Fe+10HNO3===4Fe(NO3)2+NH4NO3+3H2O 　　铁溶于热的或较浓的硝酸中，生成硝酸铁并释放出氮的氧化物。在浓硝酸或冷的浓硫酸中，铁的表面形成一层氧化薄膜而被钝化。铁与氯在加热时反应剧烈（2Fe+3Cl2===2FeCl3）。铁也能与硫、磷、硅、碳直接化合。铁与氮不能直接化合，但与氨作用，形成氮化铁Fe2N。 　　铁的最重要的氧化态是+2和+3。二价铁离子呈淡绿色，在碱性溶液中易被氧化成三价铁离子。三价铁离子的颜色随水解程度的增大而由黄色经橙色变到棕色。纯净的三价铁离子为淡紫色。二价和三价铁均易与无机或有机配位体形成稳定的配位化合物，如 Phen为菲罗林，配位数通常为6。零价铁还可与一氧化碳形成各种羰基铁，如Fe(CO)5、Fe2(CO)9、Fe3(CO)12。羰基铁有挥发性，蒸气剧毒。铁也有+4、+5、+6价态的化合物，但在水溶液中只有+6价的。 　　化合物 主要有两大类：亚铁Fe（Ⅱ)和正铁Fe（Ⅲ）化合物，亚铁化合物有氧化亚铁(FeO)、氯化亚铁(FeCl2)、硫酸亚铁（FeSO4）、氢氧化亚铁{Fe(OH)2}等；正铁化合物有三氧化二铁(Fe2O3)、三氯化铁(FeCl3)、硫酸铁{Fe2(SO4)3}、氢氧化铁{Fe(OH)3}等。 　　如在亚铁氰化钾K4[Fe(CN)6]·3H2O（俗名：黄血盐）和铁氰化钾K3[Fe(CN)6]（俗名：赤血盐）中。铁与环戊二烯的化合物二茂铁，是一种具有夹心结构的金属有机化合物。 　 　　铁的电子构型为(Ar)3d64s2，氧化态有0、+2、+3、+4、+5、+6。铁的化学性质活泼，为强还原剂，在室温条件下可缓慢地从水中置换出氢，在500℃以上反应速率增高： 3Fe+4H2O(g)===(加热)Fe3O4+4H2 　　铁在干燥空气中很难与氧发生作用，但在潮湿空气中很易腐蚀，若含有酸性气或卤素蒸气时，腐蚀更快。铁可从溶液中还原金、铂、银、汞、铋、锡、镍或铜等离子，如： CuSO4+Fe===FeSO4+Cu 　　铁溶于非氧化性的酸如盐酸和稀硫酸中，形成二价铁离子并放出氢气；在冷的稀硝酸中则形成二价铁离子和硝酸铵： 　　Fe+H2SO4===FeSO4+H2↑ 4Fe+10HNO3===4Fe(NO3)2+NH4NO3+3H2O 　　【铁的化学性质之四----工业制取】 　　C+O2===(点燃)CO2(提供热量和CO2) 　　CO2+C===(高温)2CO 　　Fe2O3+3CO===(高温)2Fe+3CO2 　　CaCO3+SiO2=CaSiO3+CO2↑单质铁金属

氧化物（氧化亚铁氧化铁四氧化三铁）硫化物

铁元素的无机盐

铁元素的有机盐

氢氧化铁，氢氧化亚铁

　　铁是人体含量的必需微量元素，人体内铁的总量约4—5克，是血红蛋白的重要部分，人全身都需要它，这种矿物质而已存在于向肌肉供给氧气的红细胞中，还是许多酶和免疫系统化合物的成分，人体从食物中摄取所需的大部分铁，并小心控制着铁含量。 　　三、吸收代谢 　　成人体内铁的总量约为4-5g，其中72%以血红蛋白、3%以肌红蛋白、0.2%以其他化合物形式存在；其余则为储备铁，以铁蛋白的形式储存于肝脏、脾脏和骨髓的网状内皮系统中，约占总铁量的25%。 　　食物中的铁主要以Fe(OH)3络合物的形式存在，在胃酸作用下，还原成亚铁离子，再与肠内容物中的维生素C、某些糖及氨基酸形成络合物，在十二指肠及空肠吸收。 　　铁在体内代谢中可反复被身体利用。一般情况下，除肠道分泌和皮肤、消化道及尿道上皮脱落可损失一定数量外，几乎不存在其它途径损失。 　　膳食中存在的磷酸盐、碳酸盐、植酸、草酸、鞣酸等可与非血红素铁形成不溶性的铁盐而阻止铁的吸收。胃酸分泌减少也影响铁的吸收。 　　铁的平衡 铁的平衡是指一种稳定的状态，即从膳食中吸收的铁既可能补充机体实际丢失的铁又可满足机体生长(和怀孕)的需要。铁的平衡依赖于铁吸收、铁转运和铁储存的共同协调。 　　机体有三种独特机制以保持铁的平衡及预防体内的缺乏和过分蓄积。 　　(1)反复利用红细胞分解代谢中的铁。铁在体内生物半衰期在成年男子为5.9年,成年女子(绝经期前)为3.8年。 　　(2)根据体内铁营养状态调节肠道内铁的吸收。 　　(3)增加独特的储存蛋白——铁蛋白可储存或释放以满足额外铁的需要，如在孕期后1/3。 　　机体内稳态机制在多方面协调铁的需要、利用和储存以保持这种平衡。体内基本铁丢失有一半是胃肠道中脱落细胞和血的丢失，血红蛋白的水平可在某种程度上影响这种基本丢失。同样血红蛋白水平也可影响经月经丢失的铁量。血红蛋白下降并发展为缺铁性分血时可有效减少体内基本丢失及月经铁丢失。当体内严重贫血或铁过多时也减少或增加皮肤铁的丢失。肠道中铁的吸收主要取决于体内铁营养状态和膳食的特性(铁的含量、形式及生物利用)。从调节机制上在体内大多数细胞中，调节是在转录后的水平上，经铁调节蛋白(1RP8)和转铁蛋白受体及铁蛋白H和I链的mRNA—3’或5’端utr中的铁响应元件IREs来调节铁的转运和储存。红细胞铁需要量高，其调节也是在转录水平上，在调节上可优先于其他细胞的转录后调节。

   缺铁征兆

　　妇女综合征 　　国外有人做过调查，发现在25—50岁育龄妇女中，有40%—60%可有全身乏力，无精打采，早上不想起床而晚上又辗转难眠，情绪易波动、郁闷不乐，常突然不能自禁的流泪哭泣、记忆力减退、注意力不集中等症状。究其原因系缺铁，但常常化验无明显贫血，仅血清铁偏低。因多发生于家庭主妇，所以称之为“主妇综合征”。补充铁剂后，上述症状可显著改善。 　　妇女冷感症 　　缺铁的妇女体温较正常妇女高13%，巩膜发蓝，因为铁是合成胶原的一个重要辅助因子，所以当体内缺铁后，阻断了胶原的合成，而使胶原纤维构成的巩膜变成十分薄弱，其下部的色素膜就会显出蓝色，因此，我们看到的白眼球偏蓝色，也是缺铁的表现。 　　异食癖 　　缺铁还可以引起异食癖，即对正常饮食不感兴趣，却对粉笔、浆糊、泥土、石灰、布、纸、蜡烛等异物有癖好，吃得津津有味。现研究发现，异食癖者缺铁、缺锌明显，补充铁、锌后可迅速好转。缺铁引起的异食癖形式多样，最为多见的是嗜食冰，大冷天也喜食冰块。 　　其他 　　有研究发现婴儿缺铁时常常不爱笑精神萎靡不振、平时不合群、不爱活动、爱哭闹而且智商也显著低于正常儿。 

   植物中的铁

　　铁是光合作用、生物固氮和呼吸作用中的细胞色素和非血红素铁蛋白的组成。铁在这些代谢方面的氧化还原过程中都起着电子传递作用。由于叶绿体的某些叶绿素-蛋白复合体合成需要铁，所以缺铁时会出现叶片叶脉间缺绿。与缺镁症状相反，缺铁发生于嫩叶，因铁不易从老叶转移出来，缺铁过甚或过久时，叶脉也缺绿，全叶白化，华北果树的“黄叶病”就是植株缺铁所致。

对于人体，铁是不可缺少的微量元素。在十多种人体必需的微量元素中铁无论在重要性上还是在数量上，都属于首位。一个正常的成年人全身含有3g多铁，相当于一颗小铁钉的质量。人体血液中的血红蛋白就是铁的配合物，它具有固定氧和输送氧的功能。人体缺铁会引起贫血症。只要不偏食，不大出血，成年人一般不会缺铁。

【营养学中的铁】

一、人类对铁的认识

缺铁性贫血是世界卫生组织确认的四大营养缺乏症之一。

18世纪，Menghini用磁铁吸附在干燥血中的颗粒，注意到了血液中含有铁。

1892年，Bunge注意到婴幼儿容易缺乏铁。

1928年，Mackay最早证明铁缺乏是伦敦东区婴幼儿贫血盛行的原因。她还以为提供铁强化的奶粉可缓解贫血。

1932年，Castle及其同事确证无机铁可用于血红蛋白合成。

二、铁的分布

铁是人体含量的必需微量元素，人体内铁的总量越4—5克，是血红蛋白的重要部分，人全身都需要它，这种矿物质而已存在于向肌肉供给氧气的红细胞中，还是需多酶和免疫系统化合物的成分，人体从食物中摄取所需的大部分铁，并小心控制着铁含量。

三、人体每日适宜的摄取量

年龄 每日摄入量 孕妇

0—0.5岁 0.3mg 早期 15mg

0.5岁—1岁 10mg 中期 25mg

1岁—4岁 12mg 后期 35mg

4岁—7岁 12mg 乳期 25mg

7岁—11岁 12mg

11岁—14岁 男 16mg 女 18mg

14岁—18岁 男 20mg女 25mg

18岁—50岁 男 15mg女 20mg

50岁 15mg

四、铁的生理功能

1、铁是血红蛋白的重要部分，而血红蛋白功能是向细胞输送氧气，并将二氧化碳带出细胞。血红蛋白中4个血红素和4个球蛋白链接的结构提供一种有效机制，即能与氧结合而不被氧化，在从肺输送氧到组织的过程中起着关键作用。

2、肌红蛋白是由一个血红素和一个球蛋白链组成，仅存在于肌肉组织内，基本功能是在肌肉中转运和储存氧

3、细胞色素是一系列血红素的化合物，通过其在线粒体中的电子传导作用，对呼吸和能量代谢有非常重要的影响，如细胞a、b和c是通过氧化磷酸化作用产生能量所必需的。

4、其它含铁酶中铁可以是非血素铁，台参与能量代谢的NAP脱氢酶和琥珀脱氢酶，也有含血红素铁的对氧代谢副产物分子起反应的氢过氧化物酶，还有多氧酶（参与三羟酸循环），磷酸烯醇丙酮酸羟激酶（糖产生通路限速酶），核苷酸还原酶（DNA合成所需的酶）。

5、铁元素催化促进β-胡萝卜素转化为维生素A、嘌呤与胶原的合成，抗体的产生，脂类从血液中转运以及药物在肝脏的解毒等。铁与免疫的关系也比较密切，有研究表明，铁可以提高机体的免疫力，增加中性白细胞和吞噬细胞的吞噬功能，同时也可使机体的抗感染能力增强。

五、缺乏症状与后果

1、贫血：严重时可增加儿童和母亲死亡率，使机体工作能力明显下降。

2、行为和智力方面：铁缺乏可引起心理活动和智力发育的损害及行为改变。铁缺乏（尚未出现贫血时的缺乏）还可损害儿童的认知能力，而且在以后补充铁后也难以恢复。动物试验表明，短时期缺乏可使幼小动物脑中铁含量下降。以后补充铁可纠正身体内铁储存，但对脑中铁没有作用。长期铁缺乏会明显影响身体耐力。Finch等进行动物实验表明，铁缺乏对动物跑的能力的损害与血红蛋白的水平无关，而是因为铁缺乏肌肉中氧化代谢受损所至。

免疫力和抗感染能力方面，人及动物实验皆记实缺铁的一项特点是抗感染能力降低。

1、体温调节方面，缺铁性贫血的另一特点是在寒冷环境中保持体温的能力受损。

2、铅中毒方面，动物和人体实验证明缺铁会增加铅的吸收。

3、有的妊娠后果，汗多浒病学研究表明妊娠早期贫血为早产、低出生体重儿及胎儿死亡有关。

4、铁缺乏症症状包括皮肤苍白，舌部发痛，疲劳或无力，食欲不掁以及恶心。

铁缺乏对免疫系统的影响：

1．抵抗病原微生物入侵的能力减弱。
2．降低免疫细胞从静止---临战的反应速度。
3．使抗氧化生化酶活性降低。
4．抗体的生产停止或以很慢的速度进行。
5．缺铁性贫血，细胞供氧不足。其结果是整天无精打采，疲劳而倦怠，比较容易被感染。

血液里流动的太多的自由铁不仅无助于抵抗能力，不能保护人的肌体，反而会被细菌吞噬，成为细菌的美食，并且细菌会因此而大量地繁殖。这就是为什么必须加倍小心给孩子补充铁质的原因。

六、铁的主要食物来源

丰富来源：动物血、肝脏、鸡胗、牛肾、大豆、黑木耳、芝麻酱、牛肉、羊肉、蛤蜊和牡蛎。

良好来源：瘦肉、红糖、蛋黄、猪肾、羊肾、干果（杏干、葡萄干），啤酒酵母菌、海草、赤糖糊及麦。

一般来源：鱼、谷物、菠菜、扁豆、豌豆、芥菜叶、蚕豆、瓜子（南瓜、西葫芦等种子）

微量来源：奶制品、蔬菜各水果

此外用铸铁锅煮番茄或其它酸性食物，也可增添铁质，锅会把有益于健康的铁深入食物内。

看似很多食物中含有铁，但中国仍是严重缺乏铁的国家，主要集中在妇女、儿童和老人，每日科学补铁，必不可少！

食物中的铁有两种形式：

非血红素铁。主要以三价铁与蛋白质和有机酸结合成络合物。这种形式的铁必须与有机部分分开，并还原成二价铁后才能被吸收。如果膳食中有较多的植酸或磷酸，将与铁形成不溶性铁盐，而影响被吸收。抗坏血酸、半胱氨酸能将三价铁还原成二价铁，有利于铁的吸收。

铁(Fe)是体内血红蛋白，肌红蛋白和许多酶的成分。血红素铁，主要存在于动物性产品中，比非血红素铁吸收好得多，非血红素铁在平均饮食中占铁的85%以上。但是，当它与动物性蛋白质和维生素一起摄入时可提高非血红素铁的吸收。
铁需要量，铁代谢和缺铁性贫血在第127节红细胞生成缺乏引起的贫血中讨论。铁过负性疾病在第127节讨论。
缺乏 缺铁能引起贫血是世界上最为常见的营养缺乏症。某些婴儿，青春期少女和妊娠妇女因铁摄入量不足引起缺铁性贫血。任何人失血可产生缺铁。所有缺铁的人需要铁补充。
中毒 过量的铁是有毒的，可引起呕吐，腹泻和肠损害。当一个人给以铁治疗过量或时间太长，或反复接受输血，或有慢性酒精中毒，铁即可在体内蓄积。铁过负疾病(血色素沉着症)是一种可能致命但能治疗的遗传性疾病，该病吸收铁太多；它波及100万美国人。

铁对植物的作用
铁是植物结构组分元素。1844年E.Glis发现铁是必需元素。

植物根系主要吸收二价铁离子，也吸收螯合态铁。植物为了提高对铁的吸收和利用，当螯合态铁补充到根系时，在根表面螯合物中的三价铁先被还原使之与有机配位体分离，分离出来的二价铁被植物吸收。一种电子源从细胞质经过细胞色素和黄素化合物调节质膜外三价铁的还原作用。根系分泌的质子和有机螯合物是植物吸收土壤中无机铁的重要机理。缺铁导致根表皮中转移细胞的形成是植物增强对铁吸收能力的调节机制之一。恢复供铁后一二天内，转移细胞退化。

铁的吸收和运输受植物激素如生长素的控制。铁的吸收主要在能产生生长素的根尖。植物吸收铁靠不断长出的根尖来完成。

铁的化学性质使其成为氧化还原反应的重要因子，它有不只一种氧化态，能根据反应物的氧化势接受或提供电子：

铁也能与电子供体或配体结合生成复合物。配体提供多于一个电子时发生螯合。铁可与含氧、硫、氮的分子生成稳定螯合物。铁为在有机分子和铁之间运动的电子提供了酶促转化的势能。

铁是过渡元素，作为辅酶或活化剂参与许多酶反应，形成酶-底物-金属络合物，或者在金属-蛋白（酶）中作为活性基团，催化多种生化反应。这里起催化作用的是金属原子化合价的变化和电子的传递。

铁在酶系统中有铁-硫蛋白和铁-卟啉蛋白两大类。

铁氧还蛋白属于稳定的铁-硫蛋白，存在于叶绿体中，是光合电子传递链中第一个稳定氧化还原化合物，是最初的电子受体。铁氧还蛋白具有很高的负氧还电位，能还原多种物质，如NADP+、O2、亚硝酸、硫酸盐和血红蛋白。

铁是卟啉分子的结构组分，诸如细胞色素、铁血红素、羟高铁血红素和豆血红蛋白均参与叶绿体中光合作用和线粒体中呼吸作用两个代谢过程中的氧化还原反应。呼吸作用中铁化合物将氧还原为水。

在铁-卟啉蛋白中铁是作为高铁血红素或氧化血红素的辅基。这些高铁血红酶系统包括过氧化氢酶、过氧化物酶、细胞色素氧化酶和各种细胞色素。

植物中大部分铁是以铁磷蛋白的形式储存，称为植物铁蛋白。细胞中约75%的铁与叶绿体结合，叶片中高达90%的铁与叶绿体和线粒体膜的脂蛋白结合。叶子中植物铁蛋白储存作为形成质体用，是进行光合作用所必需的。

铁还参与乌头酸梅、叶绿素合成的氨基γ–酮戊酸脱水酶和氨基γ–酮戊酸合成酶和亚铁螯合酶、肽基脯氨酸水解酶、固氮酶等酶系统的作用。

铁是钼–铁蛋白和铁蛋白的组分，固氮酶缺铁就没有固氮活性。固氮酶在固氮微生物中处于N2固定过程中心。在大豆中，铁也能部分取代钼作硝酸还原酶的金属辅助因子。

铁是人体血液中血红蛋白的不可缺少的元素，缺少了铁，就会得缺铁性贫血 ，但是铁毕竟在人体中只是微量元素，不可过量，人体中铁过量就很容易得骨癌。而对于植物，铁元素可参与光合作用、呼吸作用的过程所需要的酶。另外，虽然铁不是叶绿素的组成成分，但在叶绿素的合成过程中铁却不能缺少。因为在叶绿素的合成过程中，需要铁氧化还原蛋白及顺-乌头酸酶的催化作用才能顺利进行