1.0 鉄（Fe）：構造材料の基礎であり、生命にとって不可欠な元素
1.1 物理的および化学的性質:
- 金属光沢、銀灰色の外観、硬いが延性がある。
- 融点が高く（1539℃）、高温処理に適しています。
- 反応性の高い金属で、酸素、水、酸と容易に反応します。
- 一般的な酸化状態は +2 と +3 です。
1.2 主な用途:
製鋼:
鉄の最も重要な用途は鋼鉄の製造です。鋼鉄は鉄と炭素の合金で、強度、靭性、耐食性を向上させるためにマンガン、クロム、ニッケルなどの元素が混合されることがよくあります。鋼鉄は以下のような用途に広く使用されています。
- 構造建設（例：橋梁、高層ビル）
- 機械設備製造
- 交通機関（自動車、船、鉄道）
- 家電製品・日用品
工業用化学薬品および肥料:
鉄化合物は染料、触媒、水処理剤、 鉄ベースの肥料。
1.3 生物学的役割:
鉄は生体にとって必須の微量元素です。主な働きは以下の通りです。
- ヘモグロビンとミオグロビンを構成し、酸素の運搬に関与する。
- ミトコンドリアのエネルギー代謝に参加する。
- さまざまな酵素やタンパク質の成分として機能します。
1.4 歴史的および文化的意義:
- 人類による鉄の使用は、鉄器時代（紀元前1200年頃）にまで遡ります。鉄器や鉄の武器が青銅のものに取って代わり、農業生産と軍事力が大幅に向上しました。
- 鉄の製錬技術が広く採用されたことは、人類の文明における重要な節目となりました。
- 今日に至るまで、鉄は世界中で最も広く使用されている金属素材です。
選択された元素の密度
| 要素 | 密度（g/cm3) | 外観 |
| アルミニウム | 2.70 | 銀白色、金属色 |
| アンチモン | 6.68 | 銀白色、金属色 |
| カドミウム | 8.64 | 銀白色、金属色 |
| 炭素（グラファイト） | 2.25 | 黒、鈍い |
| クロム | 7.2 | スチールグレー、硬い |
| コバルト | 8.9 | 銀灰色、メタリック |
| 銅
金 |
8.92
19.3 |
赤みがかった、金属的な
黄色、メタリック |
| 鉄 | 7.86 | シルバー、メタリック |
| 鉛 | 11.3 | 銀青みがかった白、柔らかい、金属的な |
| マンガン | 7.2 | グレーピンク、メタリック |
| ニッケル
白金 |
8.9
21.4 |
シルバー、メタリック
シルバー、メタリック |
| シリコン | 2.32 | スチールグレー、結晶質 |
| 銀 | 10.5 | シルバー、メタリック |
| 錫（灰色） | 5.75 | グレー |
| ブリキ（白） | 7.28 | ホワイトメタリック |
| 亜鉛 | 7.14 | 青みがかった白、金属的な |
2.0 密度を理解する：定義、計算、鉄を例に
2.1 密度とは何ですか?
密度の一般的な単位は次のとおりです。
- SI単位: 立方メートルあたりキログラム（kg/m³)
- 実験室ユニット: 立方センチメートルあたりグラム (g/cm³）またはグラム/ミリリットル（g/mL)
- 密度は一般的にギリシャ文字で表される ρ（ロー）
2.2 密度計算式
密度（ρ）＝質量（m）／体積（V）
どこ：
- 質量は通常、 グラム（g）
- 体積は次のように表すことができます ミリリットル（mL）または 立方センチメートル（cm³）
（注：1 mL = 1 cm³）
2.3 例: 鉄ブロックの密度
鉄ブロックの質量は 23.6グラム、寸法は 2.0 cm × 2.0 cm × 0.75 cm密度と鉄でできているかどうかを判断します。
ボリューム = 2.0 × 2.0 × 0.75 = 3.0 cm³
密度 = 23.6 g ÷ 3.0 cm³ = 7.87 g/cm³
結論：
この物体の密度は約 7.87 g/cm³これは純鉄の標準密度に非常に近いため、純鉄または鉄をベースとした合金である可能性が高いと考えられます。
2.4 鉄および鉄合金の密度
密度 純鉄 およそ 7.874 g/cm³
（または491.5ポンド/フィート³、0.284ポンド/インチ³）
下の表は、一般的な鉄および鉄合金の室温での密度を示しています。これらの値は、材料の選択や工学計算に役立ちます。
| 鉄および鉄合金の密度 | ||
| 材料 | 密度 | |
| g/cm3 | ポンドメートル / で3 | |
| 純鉄 | 7.874 | 0.2845 |
| インゴット鉄 | 7.866 | 0.2842 |
| 錬鉄 | 7.7 | 0.2 |
| ねずみ鋳鉄 | 7.15 注-1 | 0.258 ノート-1 |
| 可鍛鋳鉄 | 7.27 注-2 | 0.262 ノート-2 |
| ダクタイル鋳鉄 | 7.15 | 0.258 |
| 高ニッケル鉄（Ni-Resist） | 7.5 | 0.271 |
| 高クロム白鉄 | 7.4 | 0.267 |
注-1: 6.95～7.35 g/cm3（0.251～0.265 lb/in.3）。
注2: 7.20～7.34 g/cm3（0.260～0.265 lb/in.3）。
3.0 鉄の密度に影響を与える要因
3.1 原子構造
鉄の密度はその結晶構造によって影響を受けます。
- 体心立方構造（BCC）フェライト（α-鉄、BCC）は、原子の充填効率により、オーステナイト（γ-鉄、FCC）に比べて密度がわずかに低くなります。
- 面心立方（FCC）構造: 見つかった場所 オーステナイト（γ鉄）、これは 高密度
3.2 温度と相転移
温度が上昇すると、鉄は相転移を起こし、結晶構造と密度に影響を与えます。
- α鉄（BCC）移行する γ鉄（FCC） 約 912℃
- γ鉄（FCC）に変身する δ鉄（BCC） 約 1394℃
- の 融点鉄は約 1538°
3.3 合金元素の添加
- 次のような要素を追加する 炭素鉄の構造と密度を変える
- 例えば、鋼鉄中の炭素含有量の増加は、 パーライト、そして 相転移温度〜の周りに 727℃。
4.0 鉄の密度に関するよくある質問
4.1 純鉄の密度はどれくらいですか？
純鉄の密度は室温でおよそ 7.874 g/cm³ (または 491.5 lb/ft³、0.2845 lb/in³) です。
4.2 鉄の密度は温度によって変化しますか?
はい、鉄の密度は結晶構造の相転移により温度によって変化します。例えば、912℃ではα鉄（BCC）はγ鉄（FCC）に変化し、密度がわずかに高くなります。
4.3 鋳鉄やダクタイル鋳鉄などの鉄合金の密度に影響を与えるものは何ですか?
鉄合金の密度は、合金元素（炭素、ニッケル、クロムなど）の種類と量、および微細組織によって決まります。例えば、ねずみ鋳鉄は、黒鉛片と多孔性のため、密度が低くなります（約7.15 g/cm³）。
4.4 鉄の密度はどのように計算されるのでしょうか?
密度は次の式で計算されます。
密度（ρ）＝質量（m）／体積（V）
例: 体積が 3.0 cm³ で質量が 23.6 g の鉄ブロックの密度は 7.87 g/cm³ です。
4.5 工学において鉄の密度が重要なのはなぜですか?
鉄の密度は、材料の重量、構造荷重、そして設計の実現可能性に直接影響します。エンジニアは、建物、機械、輸送手段に使用する材料を選択する際に、強度、重量、コストのバランスをとるために密度を活用します。
他の： アルミニウムの密度
参考文献:
https://www.princeton.edu/~maelabs/mae324/glos324/iron.htm
https://web.fscj.edu/Milczanowski/psc/lect/Ch4/slide6.htm
https://www.sciencedirect.com/topics/agricultural-and-biological-sciences/iron-fertilizers
