Когда мы слышим слово «железо», чаще всего представляем блестящий металл, который сильно магнитится и быстро ржавеет. В природе самородное железо встречается крайне редко. На самом деле этот элемент из таблицы Менделеева существует в самых разных формах. О том, где и в каком виде железо присутствует на нашей планете, рассказывает Камиль Гареев, кандидат технических наук, доцент кафедры микро- и наноэлектроники СПбГЭТУ «ЛЭТИ».
Железо внутри нас
С научной точки зрения соединения железа делятся на две основные категории:
- Абиогенные — образовавшиеся без участия живых организмов;
- Биогенные — появившиеся в результате жизнедеятельности живых существ.
«Пока ученые по всему миру разрабатывают сложные препараты на основе наночастиц железа и его оксидов для медицинской диагностики и терапии (так называемая «тераностика»), природа уже миллионы лет создает подобные структуры самостоятельно», — рассказывает эксперт.
В организме человека железо содержится в белках: ферритине, лактоферрине, гемоглобине и других. Эти вещества выполняют ключевые функции: переносят кислород, помогают бороться с инфекциями и участвуют в энергетическом обмене. Природная форма железа безопаснее и усваивается лучше, чем синтетические аналоги, создаваемые в лабораториях.
Железо в природе: от бактерий до руды
Некоторые организмы, например магнитотактические бактерии и фораминиферы, синтезируют железо в форме его оксидов или сульфидов. Кристаллическая структура у такого железа — совершенна, она обладает высокой чистотой и стабильными магнитными свойствами. Эти природные наноматериалы могут сохраняться миллионы лет.
«На основе изучения таких естественных форм железа развивается новое направление в материаловедении с использованием биомиметических структур (искусственные наноматериалы, имитирующие свойства биоматериалов или созданные на основе принципов живой природы). Это один из самых перспективных подходов к использованию железа в науке и промышленности», — объясняет Камиль Гареев.
Железо для промышленности
«Если организму железо необходимо для жизни, то железо в виде железной руды требуется промышленности. Ее важнейший компонент — минерал магнетит. Помимо самого железа, в нем содержатся примеси кремния, магния, кальция, алюминия и других элементов», — рассказывает эксперт.
Интересно, что природный магнетит часто превосходит по качеству искусственные материалы, а его переработка обходится дешевле в производстве. Однако использовать руду в чистом виде нельзя — ее включают в состав гибридных материалов, сочетающих природные и синтетические компоненты. Например, такие материалы применяют для защиты зданий от электромагнитного излучения.
«Железо и его соединения сопровождают человечество тысячи лет, но до сих пор они остаются источником новых научных открытий и технологических решений. Изучая природные формы этого металла, ученые находят более эффективные и безопасные способы его применения в медицине, промышленности и других сферах», — подвел итог Камиль Гареев.