在我们的日常生活中，氧化铁其实无处不在，只是很多时候，我们并未意识到它的存在。它最常见的化身，便是铁锈。当铁制品在潮湿的空气中放置一段时间后，表面就会出现一层红棕色的物质，这就是氧化铁。但氧化铁的魅力远不止于此，它在工业、科技、艺术等众多领域都有着广泛而重要的应用。今天，就让我们一起深入了解这个神奇的物质 —— 氧化铁。氧化铁，化学式为 Fe₂O₃，是铁的氧化物中的一种，属于无机化合物，分子量为 159.69g/mol。在常温下，它呈现为红棕色的固体粉末状，没有特殊气味。其晶体结构主要有两种，大部分以 α - Fe₂O₃晶型的刚玉型三方晶系结构存在，少部分则以亚稳定晶型 γ - Fe₂O₃的立方晶系结构存在 。氧化铁不溶于水，却能溶于盐酸、硫酸，在硝酸中微溶。它还有一个重要的化学性质，就是可以被一氧化碳、氢气等还原性气体还原，并且完全还原后的产物为铁。正是这一特性，使得它在工业炼铁中扮演着不可或缺的角色。从自然存在的角度来看，氧化铁常存在于天然赤铁矿物中，赤铁矿便是 α 型氧化铁在自然界的一种存在形式。赤铁矿广泛分布在各种岩石中，在火成岩里，它以分散颗粒状存在；而在其他岩石中，它又会呈现出菱面体、板状、致密块状等多种形状。像亮闪闪钢灰色晶体的镜铁矿，鳞片状的云母赤铁矿，松软土状的赭石，球状聚集体的肾铁矿以及纤维状的笔铁矿，都属于赤铁矿的不同形态。世界上赤铁矿的主要产地众多，英国、巴西、澳大利亚、美国、墨西哥、俄罗斯和中国等地都有丰富的储量。其中，美国的苏必利尔湖和克林顿、巴西的迈拉斯格瑞斯、俄罗斯的克里沃伊洛格，以及中国的辽宁鞍山、甘肃镜铁山、湖北大冶、湖南宁乡和河北宣化等地都颇为著名 。另一种 γ 型氧化铁在自然界则以磁赤铁矿的形式出现，磁赤铁矿常以针状、板状以及云母片状生长于磁铁矿中，所以它的分布与磁铁矿紧密相关。同时，我们前面提到的铁锈，其主要成分也是氧化铁。铁在含有二氧化碳的潮湿空气中极易被氧化，从而在表面形成一层褐色的鳞片层，也就是我们所熟知的铁锈。α - Fe₂O₃，也就是我们常说的赤铁矿，它属于刚玉型三方晶系结构。在这种结构中，Fe³⁺处于 O²⁻形成的接近六方密堆积的空隙里，被六个等距离的 O²⁻包围着。其晶格参数 a = 5.0356nm，c = 13.7489nm，每个晶胞中含有 6 个 Fe₂O₃单元 。在 α - Fe₂O₃的晶体结构里，O²⁻沿着六角形封闭晶格的 (001) 平面排列，而在 (001) 基面上，三分之二的八面体间隙被阳离子 Fe³⁺占据。从磁性方面来看，α - Fe₂O₃在大约 260K（莫林相变温度）以下呈现反铁磁性，在 260K 至 950K（奈耳温度）之间则具有弱铁磁性。并且，α - Fe₂O₃的晶体结构与 α - Al₂O₃（刚玉）极为相似。γ - Fe₂O₃也被称为磁赤铁矿，它是氧化铁在低温下的亚稳态形式，属于立方晶系结构。γ - Fe₂O₃的晶体结构和 Fe₃O₄的晶体十分相像，在其晶体中，Fe³⁺分布在立方晶系结构中氧原子的四面体中心 A 位置以及氧的八面体中心 B 位置上。值得一提的是，α - Fe₂O₃是氧化铁的稳定存在形式，在一定条件下，α - Fe₂O₃可以转换为 γ - Fe₂O₃形式；而 γ - Fe₂O₃是在较低温度下氧化得到的亚稳态形式，当对其在一定温度下进行加热时，它便会完全转换为 α - Fe₂O₃形式 。并且，二者的金属 - 氧键能也有所不同，α - Fe₂O₃＞γ - Fe₂O₃。