铁的非凡特性

铁在元素周期表中排第26位，宇宙丰度（宇宙中各种元素的相对含量）排第6位。在你的身体内，它比其他的大多数元素都更重；它携带着26颗质子和30颗中子，巨大的原子核拴住了一层密密的电子云，从而可以与其他原子之间形成多重键。这些特性可以帮助解释铁在恒星毁灭时所扮演的角色，以及它在地球上的非凡属性。

原子对周围电子的排布方式非常挑剔，就像人们沉迷于自己的衣着一样。在与其他原子接近时，铁通常会贡献或共享最外层的一些电子，有时也会从邻近的原子那里抢夺电子。氧元素是它最喜欢的“交易伙伴”之一，将铁暴露在空气中足够久的时间，它就会腐蚀成为锈迹斑斑的氧化物。但如果你在一个携带氧气的血红蛋白分子中间嵌上一个铁原子，氧与铁的吸引力则会变得对你有益。

铁原子的另一个潜在合作伙伴是碳，一般在铁中含有2％或更少的碳时，铁会硬化形成钢。如果紧紧地钳住铁棒的一端，用机器强力拉拽，将其穿过坚钢模具上一个孔径逐渐递减的洞，铁棒就会像太妃糖一样，最终被拉成一根纤细的铁丝。如果这根铁丝的碳含量正好合适，再经过加热，你便可以将它紧紧地绷在小提琴琴桥的两端，在拉出美妙音乐的同时却又不至于将其折断。这样强而韧的特性源于铁原子类似滚珠轴承的能力，键合力将它们束缚在一起，但又让它们在被挤压或拉拽时能够在彼此周围相互滑动。这种既强且韧的键合力正是由电子云的相互作用产生。

用一把重锤锤打放在砧上的铁棒，铁棒会被砸平为一片薄薄的刀片，金属中的原子横向扩散，它们与周围原子间的关系却没有被破坏。在火上加热铁棒，振动更为激烈的原子之间会更容易滑动，也更容易形成新的形状。在熔炉中将铁加热到2800华氏度（1537摄氏度），颤抖的、炽热的原子便可以流动起来，并被倒入任何合适的模具中，这是铁匠们几百年前就发现的特性。

如果将铁棒两端通上电，电流便会像水通过水管一样通过铁棒。这是因为金属内的自由电子形成的松散“海洋”可以不受约束地在原子之间流动，这也是避雷针可以将闪电导入大地的原理。而如果将铁棒放置到强磁场中，它便可以吸引罗盘的指针。铁原子外层的电子移动性很强，不仅会顺着轨道围着原子核转动，也时常会跳开访问邻近的原子：一边移动还一边旋转。来自磁场的呼唤就仿佛是音乐传到了它们的耳朵里，它们会各自排列出自旋方式进行匹配。很多元素都会这么做，但铁却可以在音乐停止之后，仍然记得旋律和节奏。

罗盘中紧密结合的原子聚集成和人体细胞差不多大小的团簇，磁化的指针就通过其间的电子自旋方向产生自己的磁场。每一个团簇都有各自的自旋方向，形成微型的马赛克图案。当大多数团簇排列成一致方向并产生净磁场时，指针就会倾向于转向合适方向，使自己的磁场顺应富铁地核产生的地磁场，后者就是这么穿过数千英里的岩石与岩浆控制了指针。如果用锤子对指针进行重击，电子又会恢复成随机排列，也就不能再与地下的那些弟兄互相吸引了。

大约在两千年前，古代中国的发明家就将天然磁石用绳子悬挂起来，用于指示方向。后来在汉朝时期出现的“司南”就像是一把精致的铁质长柄勺放置在一个抛光的金属盘上，它的勺柄可以平滑地旋转指向南方。

随后的几个世纪，这种磁铁广泛被应用于风水学，这是一门利用神秘力量定位宝石和其他隐藏宝物的学问，也是一门确保建筑符合天地之气的学问。宋朝期间，中国的航海家也在穿越印度洋的军事行动与贸易活动中使用了磁铁。有些罗盘其实就是用磁石擦过的铁针，放在一盘水的表面，或是用丝线悬挂。通过当时水手与商人的传播，指南针技术在整个欧亚大陆得到普及，随后开启了远洋贸易，并对欧洲探险家最终发现美洲大陆做出了贡献。

如今，从计算机到风力涡轮机到混合动力汽车的发动机，磁性金属有着广泛的应用，并且现代的新型超磁体，利用金属钕这类非常重的稀土元素，将铁的电子排列进行统一与稳定。这就让磁铁可以变得更小，适合用于制造iPod及耳机等电子设备；也可制造大体积的设备，如丰田普锐斯的电动马达与电池，就大概含有2磅（0.9千克）的钕。

如今，作为全球最大的稀土元素供应商，中国再一次扮演了传播磁技术的重要角色。近期中国政府削减了这些重要资源的出口量，于是全球市场都有所反应，价格暴涨，而且也开展了积极的探索，以期发现具有开发价值的新矿。幸运的是，对于中国以外的客户而言，钕的储量并不是真的像它所属的“稀土”分类那样稀少，在本文撰写期间，澳大利亚、美国及其他地区的一些替代矿源也正在被开发。

同样的重量下，钕磁体的磁性比起普通的冰箱磁条要强上很多倍。它是市场上最强大的磁体，可以从泡开的加铁麦片中吸出铁，还可以从桌面上吸起美元钞票，只因为墨水中有一些铁颗粒。即使当含铁样品以极快的速度活动的时候，钕磁铁依然可以吸引它们，这使得操控这种磁铁有些潜在危险。科学作家弗兰克·斯维因（Frank Swain）在2009年发表了一篇博客，题为《手指是如何被两片超磁体夹掉的》，博文中通过几幅恐怖的图片介绍了一个案例，两片距离一英尺半的钕超磁体突然撞到一起，不幸击中了受害者的手指。

尽管有风险，我最近还是买了一块钕磁体，当然只是用于科学目的。我的目标是为了搜寻一种不寻常的铁。钢制的厨具和其他类似物品的金属原材料通常来自两种主流的矿石：灰暗而具有金属外观的磁铁矿以及红色的赤铁矿。美国制造业、运输业及建筑业所使用的钢铁，主要都是由五大湖地区开采的矿石炼制而成。而你身体里的铁，却可以追溯到分散于土壤中的磁铁矿与赤铁矿颗粒，还有一少部分来自花岗岩与玄武岩中的辉石、云母等矿石。但这并非是全部——还有一些铁是天外来客。

很久以来，人们一直惊叹于从天而降的铁陨石，并热衷于收藏它们。数千年前，一颗重达34吨的大块头袭击了格陵兰冰盖，原住民猎人的刀和鱼叉便取材于此；法老图坦卡蒙的木乃伊佩戴的一把镍铁合金匕首，同样也是来自陨石。可以大到足够制造工具的陨铁碎片终究还是不太常见，2013年2月，有一颗重量堪比一百辆火车头的流星在俄罗斯境内爆炸，由此引发了一场追寻陨石的“淘金热”。像雪片一样撒落的碎片与纪念品可以卖个好价钱，引来了“流星猎人”们到此发掘。不过很细小的陨石其实很容易被发现，特别当你的手上拥有钕磁铁时。

我将钕磁铁小心翼翼地与钱包保持距离，以免造成信用卡消磁；在隔壁保罗史密斯学院的陡峭屋顶上，我用它掠过雨水排沟上的沙粒，一些黑色小球从里面跳了起来，撞击到磁体的光亮表面时还能听到响声。我在显微镜下端详良久，发现了两粒很小的金属球体，在一堆不规则的沙粒中闪闪发光。它们来自于炽热的流星，在空气中飞溅成熔融态的金属，最终冷却成了小球。

此刻它们就躺在这些粗糙的磁铁矿石中间。这些磁铁矿石虽说来自阿迪朗达克山脉，但构成它们的原子却是来自太阳系形成前的星球熔炉。从这个角度而言，这些来自太空的球体并非真的是天外来客，倒像是地球失散多年的亲戚。经历了最不可思议的飞行事故，它们终于得以在超过40亿年后首次重聚。

当流星发出光芒，随后又消逝的时候，它所携带的原子并没有真的消失，而是以更分散的形式留存在空中。大多数陨石金属会在大气中解体，在6英里的高度上形成数英里厚的烟雾，围绕在地球表面。每年大约有10万吨的太空尘埃会沉积到地面、海洋表面或是你的屋顶上，这其中不仅有铁，还有硅酸盐矿物质以及来自彗星的冰，甚至偶尔还会有火星上飞溅出的颗粒。这些物质有很多会溶解到地下水或海水中，然后以原子的形式，与它们的地球亲戚一同随着食物链进入你的身体。最终的结果就是，转瞬即逝的流星、一捧卑微的沙子、法老的神圣匕首以及摇摆的罗盘针，其实都和你分享了共同的遗产。