안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.
철은 지각에 약 5％ 정도 함유되어 있으며, 금속 중에서는 알루미늄 다음으로 많이 존재한다. 원소 중에서는 산소(O), 규소(Si), 알루미늄(Al) 다음으로 많이 존재한다. 철은 순수한 금속의 상태로 산출되는 일은 극히 드물며, 수백 개의 광물에서 다른 원소와 결합된 상태로 발견되는데 천연 합금인 니켈-철은 육지의 퇴적물과 운석에서 산출된다. 운석은 철과 규산 광물의 함량에 따라 철질운석, 함철석, 석질운석으로 분류하며 중요한 철광석으로는 적철석, 자철석, 갈철석, 황철석 등이 있다.
순수한 철은 백색의 광택을 지닌 금속이다. 전성(展性)·연성(延性)이 풍부하고 α,γ,δ 세 가지의 동소체가 존재한다. 융해된 철을 1538°C에서 결정화하면 체심입방체구조의 델타(δ)철이 된다. 1394°C로 냉각하면 면심입방구조의 자성이 없는 감마철(Austenite, 오스테나이트)이 된다. 910°C 이하에서 다시 체심입방체구조가 되면서 알파(α)철(Ferrite, 페라이트)로 전환되고 큐리점 770°C 를 지나면서 자성을 띠게 된다. 상온에서 강한 자성을 띤 알파철 동소체로 존재한다.
상온에서는 공기 중에서 변화하지 않지만 습기가 있으면 녹이 슨다. 산소 중에서 가열하면 타고, 뜨거울 때에 수증기와 반응해서 모두 산화철(Fe3O4)로 변한다. 염소·황·인 등과 격렬히 반응하지만 질소와는 직접 반응하지 않는다. 탄소 및 규소와는 화합물을 생성하며, 탄소는 강철의 성질을 좌우하기 때문에 매우 중요하다. 묽은 무기산에는 수소를 발생하면서 녹지만, 진한 질산에는 부동태(不動態)를 만들며 녹지 않는다. 철은 보통 +2와 +3가의 산화수를 가진다.
우리 인체에는 평균적으로 약 4.5g(약 0.004％)의 철이 들어 있다. 이 중에서 약 65％는 헤모글로빈 조직에 있어 폐에서 신체 각 부위로 산소분자를 운반하는 역할을 한다. 살코기, 노른자위, 당근, 과일, 전맥분, 엽채류에는 성인이 하루에 평균적으로 섭취해야 하는 10~20㎎의 철이 들어 있다. 철이 부족하게 되면 빈혈 등의 증상이 나타나게 된다.
천연동위 원소로 56Fe(91.754%), 57Fe(2.119%), 58Fe( 0.282%)와 방사성동위원소 54Fe(5.845%)가 존재한다.
