材料之王

本书介绍了多种不同的材料，其中最重要的究竟是哪种呢？当然，这个问题的答案见仁见智，不过笔者认为这个宝座非铁莫属。从公元前15世纪小亚细亚的赫梯人首次使用铁开始到今天为止，铁一直屹立于人类社会生活的正中心，为文明的发展做出了不可磨灭的贡献。

日本的钢铁研究第一人就是被称为“钢铁之神”的本多光太郎（1870—1954，曾任东北帝国大学、东京理科大学校长）。他曾经这样说过：“‘鐡’的字形意味着‘铁者，金属之王者哉’！”大概唯有铁才配得上金属之王、材料之王这样的称号。

在铁制武器面前，木石武器只能甘拜下风，铁制的锹、镰刀等农用工具对人类开垦土地做出了重大贡献。在铁的帮助下，人类可以轻松地切割坚硬的岩石与木材，所以没有铁就没有建筑技术发展、进步的基础。如果铁没有被人类发现的话，也许今天的人类依旧处于以农耕与狩猎为主要生存方式的原始社会，住在简陋的小屋中。德意志帝国的首任宰相俾斯麦曾经说过“铁即国家”，他也许想表达的是“铁即都市、铁即产业、铁即文明”这一深刻含义。

本多光太郎

那么，铁是如何登上材料之王的宝座的呢？这不仅仅因为铁具有硬而韧的特性。其实，纯粹的铁是银白色的柔软金属，在后文中会详细介绍，铁与其他元素形成合金之后，性质会出现巨大的改变，但硬度依旧远逊于钨合金之类的材料。

而且铁属于极易氧化的金属，相信不少在化学课上苦苦背诵金属活动性顺序表的读者应该很清楚这一点。简而言之，这个金属活动性顺序表其实就是金属容易氧化程度的排序。金属活动性顺序表选取了具有代表性的16种金属，而铁处于其中的第8位。也就是说与金、银、铜及铅相比，铁更容易被氧化而出现性能劣化的现象。作为一种材料来说，铁的这个特征是一个巨大的缺陷。

而且，铁的加工难度也比较大，高达1 535℃的熔点，导致炼铁必须使用鼓风机持续送入新鲜空气才能保证铁水的温度，这就需要高超的技术才能得以实现。有历史学家认为，世界各地的古代文明中，青铜器时代先于铁器时代的原因在于，青铜的熔点一般不超过950℃，比铁器更容易炼制。

那么，铁到底有什么优点呢？答案是：地壳的铁元素含量较高。地壳丰度指的是地球表面元素含量百分比排序，铁元素以其4.7%的比例雄踞第四位，在金属当中仅次于铝，见表4-1。但是，铝因为具有极强的氧化性导致精炼难度极高，所以作为材料的利用历史远远短于铁，详见第十章。

表4-1 地壳元素丰度表[1]

但是，地壳丰度表只是反映了地壳中的元素比例，也就是说这仅仅代表了构成我们人类认知能力范围之内的物质。其实地球内部的内核与外核还有极其丰富的铁，如果按地球整体质量计算，铁元素的含量高达32.1%！由于铁元素的比重大，在地球诞生初期，大部分处于熔融状态的铁元素沉入地球内部，留在地表的是极少的部分。即便这样，这极少量的铁元素也在地壳元素丰度表内位列第四，可见地球所含有的铁元素是何等丰富！真可以说，我们就居住在主要由铁元素构成的行星上。

著名的科普作家卡琳·菲茨杰拉德在《铁的传奇》一书中提到过一个观点：民主主义之所以能实现，关键在于这个世界中铁元素无处不在。制造青铜的原料矿石极为罕见，容易被少数统治阶级垄断。但是铁矿石分布非常广泛，只要掌握炼制的技术，社会大众都能获得铁。因此，掌权者无法垄断强大的铁制武器，民众的力量得以强化。

改变人类历史的材料大体可分为两类：一类是所有人都想占有的稀缺性材料，另外一类是能大量生产、廉价销售的材料。第一章介绍的黄金属于前者，而铁则是后者的代表性元素。

[1] 由于不同资料来源及估计方式不同，各元素丰度是大致参考值。此处丰度值为质量百分比。