백과

철은 지각에 5％ 함유되어 있으며 금속 중에서 알루미늄 다음으로 2번째로 풍부하고, 원소 중에서는 산소·규소·알루미늄 다음으로 4번째로 풍부하다. 철은 주로 지구의 핵을 이루고 있으며, 지구 전체적으로 가장 풍부한 원소로(약 35％) 태양과 그밖의 별에서도 비교적 풍부하다.

지각에서는 유리 금속은 드물며, 그린란드의 현무암과 미국 미주리의 탄소질 퇴적물에서 철질운석(2~3％ 니켈과의 합금)과 니켈 함량이 적은 운철(5~7％의 니켈)인 카마사이트로 산출된다. 천연 합금인 니켈-철은 육지의 퇴적물(21~64％의 니켈, 77~34％의 철)과 태아이트로 운석(62~75％의 철, 24~37％의 니켈)에서 산출된다(→ 천연원소표). 운석은 철과 규산-광물의 함량에 따라 철질운석·함철석·석질운석으로 분류한다. 철은 수백 개의 광물에서 다른 원소와 결합된 상태로 발견되는데, 가장 중요한 철광석으로는 적철석·자철석·갈철석·능철석 등이 있다. 금속 상태의 철은 탄소(코크스)와 석회로 제련하여 추출한다(→ 제철).

인체에는 평균적으로 약 4.5g(약 0.004％)의 철이 들어 있다. 이중 약 65％는 폐에서 신체 각 부위로 산소 분자를 운반하는 헤모글로빈 형태로 있다. 또한 1％는 세포 내 산화를 조절하는 여러 가지 효소에, 나머지 대부분은 몸(간·지라·골수)에 저장되어 나중에 헤모글로빈으로 전환된다. 살코기·노른자위·당근·과일·전맥분·엽채류에는 성인이 1일평균 섭취해야 하는 10~20㎎의 철이 들어 있다. 철 결핍증을 일으키는 혈액소감소성빈혈을 치료하기 위해서는 많은 유기·무기 철(보통 철[Ⅱ]) 화합물 중에서 선택해 사용한다(→ 철결핍성빈혈).

일반적으로 사용하는 철은 거의 대부분 소량의 탄소를 포함하고 있는데 이에 의해 그 성질이 변한다. 비합금 금속은 고온에서 정제된 철 화합물(예를 들면 산화물)에 수소를 통과시키거나 철의 염 용액을 전해석출시켜 제조한다. 철은 3개의 동소체로 존재한다. 체심정육면체구조인 델타 철은 약 1,403℃에서도 안정하며, 이 온도에서 감마 철로 전이된다. 감마 철은 면심정육면체구조이며 상자성을 띠며, 탄화철(Fe₃C)과 고용체를 형성할 수 있으므로 제강에서 중요하다.

906℃에서는 상자성을 띤 체심정육면체구조의 알파 철(이전에는 베타 철이라 불렸음)로 전이된다. 768℃에서 알파 철은 결정구조는 변하지 않고 전자구조만 변하여 강자성을 띠게 된다. 순수한 철은 영구적인 자성을 띨 수 없고 768℃(퀴리온도) 이상에서는 강자성을 잃게 된다. 알파 철은 연하고 연성이 있으며 장력이 큰 회백색 금속이다(→ 자성). 천연의 철은 4개의 안정한 동위원소인 철-56(⁵⁶Fe：91.66％), ⁵⁴Fe(5.82％), ⁵⁷Fe(2.19％), ⁵⁸Fe(0.33％)의 혼합물이다. 뫼스바우어 효과가 큰 ⁵⁷Fe은 자성과 헤모글로빈 연구 및 고정밀 핵시계 제조에 쓰인다.