铁为什么是最稳定的元素(为什么说铁是最坚固又最不坚固的金属)

为什么铁是最稳定的金属？难道排在之后的金不比铁更稳定吗？

在上学时，我们常常会比较哪个元素更稳定。一直以来，有一个元素都显得格外的奇怪，这个元素就是：铁。有的人说它是最稳定的元素的，但分明原子序数比铁元素的金元素也很稳定，那它们到底谁更稳定？

这里其实就涉及到了一个“角度”问题，从不同的角度来看，结果可能就不太一样。今天，我们就来说一说两者都是在哪个方面“稳定”。

原子核层面的稳定

我们都知道，原子其实是原子核和核外电子构成的。而原子核内还有中子和质子。当然，我们还可以继续往下分，中子和质子其实都是夸克构成的。

而铁原子实际上并不稳定，自然界存在各种氧化铁，甚至可以说，铁原子的化学性质还很活泼。那化学元素和什么有关呢？

其实是和核外电子的排布有关，它很容易失去电子。而化学反应是以原子为基础的，说白了，就只在原子层面发生，反应前后的元素种类不会发生变化。

那铁到底是哪里稳定了？

如果我们再往深入一层，从原子核的角度来看，就会发现一些端倪。在宇宙当中，铁元素的丰度可以排到第六位。这不是没有原因的，实际上，铁元素在原子核的层面是最稳定的。

在宇宙大爆炸初期，宇宙逐渐形成了物质粒子，而一开始主要就是原子序数最靠前的元素，比如：氢和氦。这两个元素就占据到了宇宙总量的99%以上。后来，恒星在星云的引力坍缩下逐渐形成。

恒星一般占据整个恒星系绝大部分的质量，就拿太阳来说，太阳的质量是太阳系总质量的99.86%。由于质量巨大，恒星内核在引力的作用下，温度和压强飙升，但这并不足以点燃核聚变反应。又因为量子隧穿效应的存在，恒星就会被点燃，但不会像氢弹那样一下子全炸了，而是缓慢的燃烧着。此时就会发生氢原子核进行核聚变反应生成氦原子核。

当恒星内核的氢原子核消耗得差不多时，如果恒星的质量足够大，还会促发氦原子核的核聚变反应，生成碳原子核和氧原子核。然后再点燃碳原子核和氧原子核的核聚变反应，就这样沿着元素周期表核聚变下去。因此，我们说恒星是元素炼丹炉一点都不过分。

不过，最终大多数的恒星的核聚变反应都停留在铁元素之前，只有极少的一部分后来发生超新星爆炸，生成黑洞或者中子星。之所以会发生这样的事情完全就是因为铁原子核特别稳定。

或者我们也可以说是铁原子核的比结合能最高，在铁元素之前的原子核发生核聚变反应都会释放出大量的能量，而铁元素，包括比铁元素的原子序数更大的元素原子核，要发生核聚变反应则需要吸收大量的能量。只不过，铁原子核聚变所需的能量是最大的，也就是说，让它核聚变反应是最费劲的。

因此，我们说铁元素很稳定其实是在说，铁原子核很稳定，比结合能最大，不容易发生核聚变反应。

核外电子排布导致的稳定

你应该也能猜到金元素的稳定其实是化学性质稳定，也就是不容易发生化学反应。一般来说，如果要发生化学反应就会出现化学键的断裂以及形成。化学反应过程中并不会改变原子核内部的情况，只是核外电子云的相互作用。那为什么金元素会比铁化学性质更稳定呢？

要想理解这个问题，我们要从高中的化学说起，正如上文所说的，原子核外部有很多电子，它们会按照能量的高低进行排布，这个排布是遵守泡利不相容原理的。

而原子的最外层的电子的排布常常决定了原子的大部分的化学性质和物理性质。不过，金元素是比较奇葩的，它的原子核外一共有6层电子，在最内层的电子拥有高的能量，大概是以65%的光速在飞驰。这会有什么问题呢？

根据狭义相对论中质能等价部分的相关理论，当速度越接近于光速时，相对论的效应就越明显，说白了就是电子会变重。

这一变重，轨道就会缩小，最终的结果就导致最外层的电子轨道也发生了缩小。这就造成要让金原子参与化学反应，不仅需要失去最外层的电子，同时失去次外层的电子。如果要失去这些电子，就需要金原子吸收足够大的能量。所以，金元素要发生化学反应其实很难，这才使得它显得十分稳定。在大自然当中，金大多以单质的形式存在，极难发生化学反应。

而铁原子就不同的，铁元素的原子序数只有26，它并不像金元素的核外电子排布如此复杂。所以，它的化学性质远没有金元素稳定，极易与氧或者水发生反应，在自然界几乎找不到单质铁，基本都是以化合物的形式存在的。

总结从原子核的角度来看，铁原子核是最稳定的元素原子核，这是因为它的比结合能最大；从化学性质的角度来看，金元素要比铁元素稳定得多，这是因为金元素的核外电子存在相对论效应，导致参与化学反应时需要同时失去最外层和次外层电子，这就需要消耗大量能量，因此，不易发生化学反应。

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