鐵的化學

鐵是文明與生命的勞力金屬。它以鋼鐵的形式撐起我們的建築，在大門上生鏽，又在你每一次呼吸中運送氧氣。除鋁之外，它是地殼中最豐富的金屬，而地球的核心主要也是鐵。儘管如此無處不在，鐵的溶液化學卻只圍繞兩種氧化態——+2 和 +3——展開，而兩者之間輕鬆的翻轉，正是它許多用處的引擎。

鐵(II)，即淡綠色的「亞鐵」離子 [Fe(H2O)6]2+（一個 d6 離子），是較低的態；鐵(III)，即淡紫羅蘭色（實際中常呈黃棕色）的「高鐵」離子 [Fe(H2O)6]3+（d5），是較高的態。在空氣和水中，鐵(II) 會緩慢被氧化為鐵(III)，兩者用溫和的氧化劑和還原劑就能輕易相互轉化——正是這個單電子的 Fe2+ / Fe3+ 電對，使鐵成為出色的電子載體。鐵(III) 是個小而高電荷的離子，在水中顯酸性（它的水合離子會水解，這就是為什麼鐵(III) 溶液常呈黃棕色且略帶酸性）。鐵形成眾多配合物：用來檢驗鐵(III) 的血紅色 [Fe(SCN)]2+、深藍色顏料普魯士藍（一種鐵(II)/鐵(III) 氰化物骨架），以及穩定的低自旋 [Fe(CN)6]4- 和 [Fe(CN)6]3- 離子。更高的態如鐵(IV)、甚至鐵(VI)（高鐵酸根 FeO4 2-）也存在，但是強氧化劑且不常見。

鐵的兩態來回切換對工業和生物都至關重要。鋼是鐵送給工程學的大禮，而生鏽（鐵緩慢回到它本來的氧化物）則是它的大禍，人們用油漆、鍍鋅和不鏽合金與之抗爭。在體內，血紅蛋白中心的鐵抓住又釋放氧氣，鐵硫簇和細胞色素在呼吸中傳遞電子，許多酶利用鐵的 Fe2+ / Fe3+ 切換來完成化學反應。鐵是個安靜的例證，說明「無機」化學運轉著整個生命世界。