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铁陨石为什么会氧化生锈?

2016-12-14

铁锈是氧化铁的俗称,它是一种常见的化合物。氧化铁(化学式Fe2O3)十分常见,因为铁很容易与氧化合——实际上,因为这种化合过程太过容易发生,以至于在自然界中几乎找不到纯铁。铁(或钢)生锈是腐蚀的一个例子——这是一个电化学过程,其中涉及到阳极(一块容易失去电子的金属)、电解质(有利于电子移动的液体)和阴极(一块容易接受电子的金属)。在金属被腐蚀的过程中,电解质可以为阳极提供氧。氧与金属化合时,电子会被释放出来。当电子经过电解质流到阴极的时候,阳极金属就会因为被电流冲走或转化为金属阳离子(如以铁锈的形式)而消失。


铁要变成氧化铁,需要三种物质:铁、水和氧。这三种物质放在一起会发生这样的变化:


当一滴水落到一个铁制的物体上,有两件事情几乎会同时发生。首先,水(一种良好的电解质)与空气中的二氧化碳化合成弱碳酸,与水相比,弱碳酸是一种更好的电解质。随着酸的形成和铁的逐渐溶解,一部分水开始分解为其组成成分——氢和氧。游离氧与溶解的铁化合形成氧化铁,同时释放出电子。电子从阳极(铁)流向阴极(可能是电化学活泼性比铁弱的某种金属,或者是这块铁的另外一处)。


酸雨、海水和雪路上溅起的含盐飞沫中含有一些化合物,这些化合物使它们成为了比水更好的电解质,它们的存在会加速铁的锈化和其他金属上其他形式的腐蚀过程。


铁陨石,又称陨铁,是包含大量的铁-镍合金的陨石。在这些陨石内的金属被称为“陨铁”,很可能是人类最早可以使用的铁的来源。与石陨石相比,它们是相当罕见的,在墬落陨石中仅占5.7%的比例,但在历史上发现的陨石数目中它们占的比例却很大。这是基于以下的原因:


相对于石陨石而言,铁陨石因为不寻常的外观,即使业外人士也很容易辨别出来。现代在沙漠和南极的搜寻才使得陨石的产量更足以代表整体的分类性质。

它们更能抵抗风化作用。


它们较易在穿越大气层后存活,并更能经受得住烧蚀的结果,因此更容易找到大型的碎片。


事实上,铁陨石的质量几乎占已知陨石的90%,大约500公吨。所有已知的大陨石,包括最大的霍巴陨铁,都是铁陨石。


铁陨石因为在可见光和近红外线波长区域的光谱特征与M-型小行星非常相似,而被联结在一起。铁陨石被认为是古老的大小行星的核心,因为被撞击碎裂而产生的碎片。IIE的化学分类可能是一个明显的例外,它们可能源自一颗S-型小行星韶神星。 化学和同位素的分析显示,最少涉及50个以上性质不同的母体,这暗示在小行星带有着比现在所知更多大到足以产生分化作用的小行星。

这些陨石绝大部分由铁、镍合金、锥纹石和镍纹石组成,如果还有少量的矿物,经常都是被磷铁石和钴碳陨石包围着的单结核的陨硫铁、石墨。磷铁石和陨硫铁有时也会在表面形成厘米长和毫米厚的薄片板状。板状的陨硫铁也称为“来亨巴哈薄片”。


化学成分以铁、镍和钴为主,含量超过95%;镍一定会存在,浓度在5%至25%之间,它可以用来区分是陨石还是工业产品,因为后者的镍含量通常较低。


有两种分类法被使用,较早的结构分类法是以百分比或是魏德曼花纹为依据,可以从用酸蚀刻后,在抛光的表面上呈现的交叉条纹来评估。这种分类与铁镍的相对丰度相联结,分类为:


六面体陨铁:低镍含量,没有魏德曼花纹。

八面体陨铁:通常镍含量较高,有魏德曼花纹,最为普通。

无纹陨铁:镍含量很高,没有魏德曼花纹,非常罕见。

八面体陨铁可以依据魏德曼花纹的特性再进一步分为粗糙、中等、和细致的八面体陨铁。