Железо

Железо (Fe) — пищевой минерал, элемент N 26, обладая химической активностью, образует соединения, проявляя обычно валентности 2+ и 3+. Существуют соли железной кислоты H2FeО4, но эта кислота в свободном состоянии не получена, так же как и ее ангидрид — FeО3. Из четырех стабильных изотопов состоит природное железо с массовыми числами 54, 56, 57 и 58. Жизненно важный элемент железо. На долю гемоглобина приходится 14,5% веса крови человека. Гемоглобин это красный пигмент эритроцитов, в центре молекулы которого находится атом железа.

“Железные рудокопи доставляют человеку превосходнейшее и зловреднейшее орудие. Ибо сим орудием прорезываем мы землю, обрабатываем плодовитые сады и, обрезая дикие лозы с виноградом, понуждаем их каждый год юнеть. Сим орудием выстраиваем домы, разбиваем камни и употребляем железо на все подобные надобности. Но тем же железом производим брани, битвы и грабежи и употребляем оное не только вблизи, но мещем окрыленное вдаль то из бойниц, то из мощных рук, то в виде оперенных стрел. Самое порочнейшее, по мнению моему, ухищрение ума человеческого. Ибо, чтобы смерть скорее постигла человека, соделали ее крылатою и железу придали перья. Того ради да будет вина приписана человеку, а не природе”.

Этимология

Праславянское želězo (белорусский Жалеза, украинский Залізо, старо-славянский Желѣзо, болгарский Желязо, сербохорватский Жељезо, польский Żelazo, чешский Železo, словенский železo) имеет ясные параллели в балтийских языках (литовский Geležis, латышский Dzelzs). Существует несколько версий дальнейшей этимологии этого балтославянского слова. Одна из них связывает праславянское želězo с греческим словом χαλκός, что означало железо и медь, согласно другой версии želězo родственно словам žely «черепаха» и glazъ «скала», с общим смыслом «камень». Заимствование из неизвестного языка предполагает третья версия. Романские языки (итальянский Ferro, французский Fer, испанский Hierro, португальский Ferro, румынский fier) продолжают латинский Ferrum. Латинское ferrum (ferzom), возможно, заимствовано из какого-то восточного языка, скорее всего, из финикийского. Ср. Иврит ‏barzel‏‎, шумерский barzal, ассирийский parzilla. Отсюда же, вероятно, баскское burdina.

Германские языки заимствовали название железа (готский Eisarn, английский Iron, немецкий Eisen, нидерландский Ijzer, датский Jern, шведский järn) из кельтских. Пракельтское слово isarno- (др.-ирл. iarn, др.-брет. hoiarn), вероятно, восходит к пра-индоевропейскому языку h1esh2r-no- «кровавый» с семантическим развитием «кровавый» > «красный» > «железо». Согласно другой гипотезе данное слово восходит к пра-индоевропейскому языку (H)ish2ro- «сильный, обладающий сверхъестественной силой, святой». Древнегреческое слово σίδηρος, возможно, было заимствовано из того же источника, что и славянское, германское и балтийское слова для серебра. Название природного карбоната железа (сидерита) происходит от латинского Sidereus — звездный. Первое железо, попавшее в руки людям, действительно было метеоритного происхождения. Это совпадение возможно не случайно. В частности, древнегреческое слово сидерос (σίδηρος) для железа и латинское sidus, означающее «звезда», имеют общее происхождение.

 

История

С древнейших времен железо известно как инструментальный материал. Найденные при археологических раскопках самые древние изделия из железа, датируются четвертым тысячелетием до нашей эры и относятся к древнешумерской и древнеегипетской цивилизациям. Это изготовленные из метеоритного железа, то есть сплава железа и никеля (содержание последнего колеблется от 5 до 30 %), кинжал из шумерского города Ура (около 3100 года до н. э.), украшения из египетских гробниц (около 3800 года до н. э.). От небесного происхождения метеоритного железа происходит, видимо, одно из названий железа в греческом и латинском языках: «сидер» (что значит «звездный»).

Железо на земле когда-то ценилось дороже золота. Древнегреческий писатель Страбон упоминает в своей “Географии” о том, что народы Африки за один фунт железа платили десять фунтов золота. Оружие найденное в древнескандинавских гробницах подтверждает о драгоценности железа в прошлом – из него выполнены острия мечей, а все остальные части – из бронзы. Влияние железа на древнюю культуру стран Средиземноморья изучал советский историк Г.Арешян. Он приводит соотношение стоимостей меди, серебра, золота и железа у древних хеттов как такую пропорцию: 1:160:1280:6400. По свидетельству Гомера в “Одиссее”, победителя игр, организованных Ахиллесом, награждали куском золота и куском железа. Железо в равной степени использовали воин и пахарь, а практическая потребность лучший двигатель производства и технического прогресса.

Изделия из железа, полученного плавкой, известны со времен расселения арийских племен из Европы в Азию, на острова Средиземного моря (конец 4-го и 3-е тысячелетие до нашей эры). Самые древние железные инструменты из известных — стальные лезвия, найдены в каменной кладке пирамиды Хеопса в Египте, построенной около 2530 года до нашей эры. Раскопки в Нубийской пустыне показали, что в те времена египтяне, отделяя добываемое золото от тяжелого магнетитового песка, прокаливали руду с отрубями и другими веществами, содержащими углерод. В результате на поверхность расплава золота всплывал слой тестообразного железа, который обрабатывали отдельно. Из выделенного железа ковались орудия, которые найдены в пирамиде Хеопса.

В Египте наступила смута после внука Хеопса Менкаура (2471—2465 год до нашей эры): знать во главе со жрецами бога Ра свергла правящую династию, и началась чехарда узурпаторов, закончившаяся воцарением фараона следующей династии Усеркара, которого жрецы объявили сыном и воплощением самого бога Ра (с тех пор это стало официальным статусом фараонов).

Технические и культурные знания египтян пришли в упадок в ходе этой смуты, деградировало искусство строительства пирамид, утеряли технологию производства железа. Позднее, осваивая в поисках медной руды Синайский полуостров, египтяне не обратили внимания на имевшиеся там залежи железной руды, а покупали железо у соседних хеттов и митаннийцев. Хетты первые освоили метод выплавки железа. Мастерами железных изделий в древности слыли халибы. В легенде об аргонавтах (их поход в Колхиду состоялся примерно за 50 лет до троянской войны) рассказывается, что царь Колхиды Эет дал Ясону железный плуг, чтобы он вспахал поле Ареса, и описываются его подданные халиберы.

Они не сажают плодовые деревья, не пашут землю, не пасут стада на тучных лугах. Они добывают руду и железо из необработанной земли, на которые выменивают продукты питания. День не начинается для них без тяжкого труда, в темноте ночи и густом дыму проводят они, работая весь день.

Климент Александрийский в своем энциклопедическом труде «Строматы» упоминает, что по греческим преданиям железо (видимо, выплавка его из руды) открыли на горе Иде — так называлась горная цепь возле Трои (в Илиаде она упоминается как гора Ида, с которой Зевс наблюдал за битвой греков с троянцами). Произошло это через 73 года после Девкалионова потопа, а этот потоп, согласно Паросской хронике, был в 1528 году до нашей эры, то есть метод выплавки железа из руды был открыт примерно в 1455 году до нашей эры Однако из описания Климента не совсем ясно, говорит он о горе в Азии (Ида Фригийская у Вергилия), или о горе Ида на острове Крит, о которой римский поэт Вергилий в Энеиде пишет как о прародине троянцев.

Вероятно, что Климент Александрийский повествует о фригийской Иде возле Трои, так как там нашли древние железные копи и места железоделательного производства. В первые письменное свидетельство о железе нашли в глиняных табличках из архива египетских фараонов Аменхотепа III и Эхнатона, относящееся к времени (1450—1400 годы до нашей эры). Там упоминалось о выделке железа на юге Закавказья, что греки называли Колхидой (и возможно, что слово «kolhidos» есть модификация слова «halibos») — а именно, царь страны Митанни и властитель Армении и Южного Закавказья посылал египетскому фараону Аменхотепу II вместе с 318 наложницами и кольца, и кинжалы из хорошего железа. Подобные подарки фараонам преподносили хетты.

Новая эра

В середине XIX века датский археолог К.Ю. Томсен ввел в науку термин железный век. “Официальные” границы этого периода человеческой истории: от IX до VII века до нашей эры, когда у многих народов и племен Европы и Азии стала развиваться металлургия железа, и до возникновения у них классового общества и государства. Если эпохи называют по главному материалу орудий труда, то железный век продолжается и сегодня.

Наши далекие предки для получения железа сначала использовали сыродутный метод. Сыродутные печи строили прямо на земле, обычно на склонах канав и оврагов. Они внешне походили на трубы. Трубу заполняли древесным углем и железной рудой. Зажигали уголь, и ветер, дувший в склон оврага, поддерживал горение. Восстанавливалась железная руда, получалась мягкая крица – железо с включениями шлака. Полученное железо называли сварочным; оно содержало немного углерода и примеси, перешедшие из руды. Крицу ковали. Куски шлака отваливались, и под молотом оставалось железо, пронизанное шлаковыми нитями. Из него ковали различные орудия.

Век сварочного железа длился долго, однако люди древности и раннего средневековья знали и другое железо. Делали знаменитую дамасскую сталь (или булат) на Востоке во времена Аристотеля (IV век до нашей эры). Держали в секрете технологию производства стали и процесс изготовления булатных клинков.

Булат

Булат, дамасская сталь по своему химическому составу мало чем отличаются от обычной нелегированной стали. Это сплавы железа с углеродом. Булат обладает очень большой твердостью и упругостью, способен давать лезвие исключительной остроты в отличие от обычной углеродистой стали. Секрет булата лишил покоя металлургов многих веков и стран. Различные способы и рецепты предлагались! В железо добавляли драгоценные камни, золото, серебро, слоновую кость. Придумывали хитроумнейшие (и порой ужаснейшие) технологии. Вот один из древнейших советов: для закалки погрузить клинок не в воду, а в тело мускулистого раба, – чтобы вся сила перешла в сталь.

Замечательному русскому металлургу П.П. Аносову удалось раскрыть секрет булата. Он брал самое чистое кричное железо и помещал его в открытом тигле в горн с древесным углем. В момент плавки железо насыщалось углеродом, покрываясь шлаком из кристаллического доломита, с добавкой чистой железной окалины. Под этим шлаком оно очень интенсивно освобождалось от серы, кислорода, фосфора и кремния. Но это только половина. Нужно охладить сталь как можно спокойнее и медленнее, чтобы в процессе кристаллизации сначала образовались крупные кристаллы разветвленной структуры – так называемые дендриты. Охлаждение проходило прямо в горне, заполненном раскаленным углем. Далее следовала искусная ковка, сохраняющая образовавшуюся структуру.

Впоследствии объяснил происхождение уникальных свойств булата, связав их со структурой, другой русский металлург Д.К. Чернов. Дендриты состоят из тугоплавкой, но относительно мягкой стали, а пространство меж их “ветвями” заполняется в процессе застывания металла более твердой сталью, насыщенной углеродом. Это способствует большой твердости и большой вязкости одновременно. При ковке этот стальной “гибрид” не разрушается, сохраняя свою древовидную структуру, но только из прямолинейной она превращается в зигзагообразную. В значительной мере особенности рисунка зависят от силы и направления ударов, от мастерства кузнеца.

Дамасская сталь древности – это тот же булат, позже так называли сталь, полученную путем кузнечной сварки из многочисленных стальных полос или проволочек. Проволочки делались из сталей с разным содержанием углерода, отсюда те же свойства, что и у булата. Искусство приготовления такой стали достигло наибольшего развития в средние века. Знаменит японский клинок, в структуре которого обнаружено порядка 4 млн микроскопически тонких стальных нитей. Естественно, процесс изготовления оружия из дамасской стали более трудоемок, чем процесс изготовления булатных сабель.

После смерти П.П. Аносова секрет булата снова утерян. В третий раз его открыли в середине XX века. Булатные пластинки как своеобразные сувениры металлурги Златоуста вручали участникам Всесоюзного совещания прокатчиков, проходившего в этом городе в 1961 году.

В организме

В старинных журналах можно найти рецепты различных “железных” лекарств. Экономический журнал за 1783 год сообщало, что в некоторых случаях и болезнях и самое железо составляет весьма хорошее лекарство, принимаются с пользой наимельчайшие его опилки либо просто, либо обсахаренные. Там же приводится перечень других лекарств того времени: железная вода, железный снег, обсахаренное железо, стальное вино (“виноградное кислое вино, например, рейнвейн, настоять с железными опилками и получится железное или стальное вино и весьма хорошее лекарство”).

В 1835 году “Журнал мануфактур и торговли”, сообщая о присланных из Вены в Петербург товарах, упоминал намагниченные металлические бруски как средство от головной и зубной боли. Рекомендовалось носить на шее бруски. Этот способ лечения ныне в моде, писалось в журнале, и по отзывам врачей, помогает весьма многим. В древности и в средние века магнит употребляли как наружно, так и внутренне. Гален считал магнит слабительным, Парацельс приготовлял “магнитную манну”, Авиценна лечил им ипохондриков, Агрикола – магнитную соль, магнитное масло и даже магнитную эссенцию.

Железо является важным микроэлементом, катализирующим процессы обмена кислородом (дыхания) в живых организмах. Основным внутриклеточным депо железа является глобулярный белковый комплекс — ферритин. Недостаток железа проявляется как болезнь организма, это хлороз у растений и анемия у животных. Обычно железо входит в ферменты в виде комплекса, называемого гемом. В частности, этот комплекс присутствует в гемоглобине— важнейшем белке, обеспечивающем транспорт кислорода с кровью ко всем органам человека и животных. Он окрашивает кровь в характерный красный цвет. Комплексы железа, отличные от гема, встречаются, например, в ферменте метан-моноксигеназе, окисляющем метан в метанол, в важном ферменте рибонуклеотид-редуктазе, который участвует в синтезе ДНК. Встречаются неорганические соединения железа в некоторых бактериях, иногда используется ими для связывания азота воздуха.

Для человека

В организме взрослого человека содержится порядка 3—4 граммов железа (около 0,02 %), из которых только около 3,5 мг находится в плазме крови. Гемоглобин имеет примерно 68 % железа всего организма, ферритин — 27 %, миоглобин — 4 %, трансферрин — 0,1 %. При биосинтезе железосодержащих белков источниками железа служат железо пищи и железо, освобождающееся при постоянном распаде эритроцитов в клетках печени и селезенки. По российским данным, суточная потребность человека в железе, следующая: дети — от 4 до 18 мг, взрослые мужчины — 10 мг, взрослые женщины — 18 мг, беременные женщины во второй половине беременности — 33 мг. Если среднее усваение железа составляет 18 %, то у взрослого мужчины потребность в железе принимается равной 6 мг. Женщины детородного возраста ввиду регулярной кровопотери во время менструаций имеют потребность в железе выше.

Организм животного и человека железо потребляет с пищей. Наиболее богаты им печень и мясо, в меньшей степени яйца, бобовые, семена тыквы и кунжута, цельнозерновые крупы, а также некоторые виды зелени — тимьян, петрушка, полевой салат. Долгое время список железосодержащих продуктов возглавлял шпинат, ошибочно внесенный из-за опечатки в результатах анализа (был потерян «лишний» ноль после запятой). Железо в питании подразделяют на гемовое, то есть из мяса и других животных источников, и негемовое, что значит из растительной пищи. В гемсодержащих белках железо находится в составе гема. В негемовых железосодержащих белках железо непосредственно связывается с белком. К таким белкам относят трансферрин, ферритин, окислительные ферменты сукцинат-дегидрогеназа, рибонуклеотидредуктазу и ксантиноксидазу, железофлавопротеины NADH-дегидрогеназа.

Описанные белки, содержащие негемовое железо, относятся к классу ферредоксинов, наиболее изученные из которых содержатся в хлоропластах зеленых растений и окисляются при переносе электрона в процессе фотосинтеза, а также бактериальные ферредоксины (например анаэробной бактерии Clostridium pasteurianum), участвующие в аэробном или анаэробном переносе электрона. Человеческий ферредоксин-1 участвует в гидроксилировании и расщеплении стероидных гормонов и холестерола в системе микросомальных (эндоплазматического ретикулума гепатоцитов) ферментов цитохрома Р450, а также в синтезе гормонов щитовидной железы.

Сердцевина ферредоксина состоит из молекул двух- или четырех-валентной серы и четырехвалентного железа и имеет общую формулу вида (например ), она соединена с белковыми остовами через аминокислоту цистеин. Гемовое железо усваивается наиболее эффективно (от 15 до 35 %). На усвоение негемового железа (даже в животной пище его порядка 60 %) влияют многочисленные факторы. Заметно улучшают усвоение железа аскорбиновая кислота или мясной белок, потребляемые вместе с пищей. Кальций, яйца, но главным образом антипитательные вещества — фитиновая кислота, кофеин, оксалаты, танины и препятствуют усвоению железа.

К примеру, усвоение железа из бобовых из-за высокого уровня фитиновых соединений находится в районе 0,84-0,91 %. Согласно одному из американских исследований, потребление с железосодержащей пищей богатого танинами чая снижает усвоение микроэлемента на 62 %, кофе — на 35 %, а потребление апельсинового сока (с высоким содержанием аскорбиновой кислоты) увеличивает его на 85 %. Данные из Китая указывают на то, что очень высокое потребление чая не сказывается на содержании железа в крови.

Дефицит

При сбалансированном питании железа, поступающего с пищей, вполне достаточно. Равновесие между поступлением и выведением железа в организме легко восстанавливается, и временный дефицит его легко пополняется за счет имеющихся запасов. Дефицит железа — обычное явление в развивающихся странах с ограниченным приемом мясных продуктов. Это самое распространенное на Земле нарушение питания, которому подвержены до 2 млрд человек во всем мире. В некоторых специальных случаях (анемия, а также при донорстве крови) существует необходимость применения железосодержащих препаратов и пищевых добавок (гематоген, ферроплекс). Значительно возрастает потребность в железе при анемии, вызванной, например, такими паразитарными инвазиями, как малярия и анкилостомоз, распространенные широко в тропических странах.

Вегетарианцам советуют принимать примерно в 1,8 раза больше железа, чем обычным людям. В западных странах продукты, ориентированные на вегетарианцев, часто обогащают железом, хотя усваиваемость солей железа (железосодержащих препаратов) зачастую проблематична и пользы от приема таких добавок здоровыми людьми не доказана. Известно, что организм вегетарианцев приспосабливается к диете и удерживает имеющиеся запасы железа более эффективно. По результатам ряда исследований, за время приготовления в железной и чугунной посуде содержание железа в пище возрастает от 1,2 до 21 раза. При этом содержание железа сильнее возрастает в соусах или еде, приготовленной в соусе (например, чили). При недостатке железа предлагают класть в посуду, где готовится еда, специальные фигурки из чугуна. Некоторые исследователи считают, что кормление грудью приводит к дефициту железа, существует множество исследований опровергающих это. Дети, которых кормят грудью, усваивают железо хорошо.

Избыток

Избыточное железо попадает в организм жителя города вместе с ржавой водой из-под крана (по чугунным трубам). Так же использование и чугунной и железной посуды для приготовления пищи повышает содержание в ней железа. Содержание железа в воде больше 1—2 мг/л значительно ухудшает ее органолептические свойства, придавая ей неприятный вяжущий вкус, и делая воду малопригодной для употребления, вызывает у людей аллергические реакции, наконец, может стать причиной болезни крови и печени — гемохроматоза. ПДК железа в воде 0,3 мг/л. Оказывает токсическое действие избыточное накопление железа в организме. Передозировка железа стимулирует выработку свободных радикалов, угнетает антиоксидантную систему организма и способствует развитию атеросклероза. Употреблять препараты железа крайне нежелательно здоровым людям.

В продуктах

Мг на 100 г

Печень говяжья 9

Почки говяжьи 7

Гречка 8

Пшено 7

Горох (крупа) 7

Толокно 10,7

Персики 4

Черника 7

Урюк и курага 12

Какао 11,7

Халва обычная 33,3

Халва тахинная 50

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *