自然界建立在化学反应之上。化学反应有很多种，其中最为基础的是氧化和还原反应。金属生锈或者生物呼吸等，在很多场景下都有这两种反应的身影。
◎和氧气的反应
普通的菜刀是铁做的，如果不好好保养或者放置不管的话，菜刀会生锈。因为铁是容易和氧气结合生锈的金属。
铁和氧气结合可以生成三氧化二铁（Fe2O3）。三氧化二铁是红色的，一般被称为红锈，表面粗糙易碎，因此锈迹会不断扩散，最终导致铁器腐朽，锈迹斑斑。
铁锈还有另外一种叫作四氧化三铁（Fe3O4）的氧化物。四氧化三铁是黑色的，一般被称为黑锈，表面细密硬度高，不易向内部扩散，可以保护铁的表面。这种锈一般称为不活泼态。但四氧化三铁一般不是自然产生的，而是人为对铁表面进行高温加热生成的。
◎氧化、还原的定义
由上可见，原子或者分子与氧结合的反应叫作氧化反应，生成的物质一般叫作氧化物。金属和氧结合的情况下，金属表现为生锈了。把氧化反应、还原反应看作是“氧的交易”就比较容易理解了。
①某种元素与氧结合，此时称这个元素被氧化了。
②相反地，从某个分子中剥夺了氧，此时称这个分子被还原了。
铝（Al）和三氧化二铁（Fe2O3）的混合物发生的反应被称为“铝热反应”，因为会发出强光并释放出大量的热而有名。
2Al+Fe2O3=Al2O3+2Fe
铝热反应中，铝（Al）与氧结合生成氧化铝（Al2O3）。因此根据定义①可知铝（Al）被氧化了。相反地，三氧化二铁（Fe2O3）失去氧，根据定义②可知三氧化二铁（Fe2O3）被还原了。
◎氧化剂、还原剂的定义
使其他物质氧化的药剂叫作氧化剂，使其他物质还原的药剂叫作还原剂。以氧为基准进行思考的话如下所示：
③给予其他物质氧的物质叫作氧化剂。
④得到其他物质的氧的物质叫作还原剂。
我们根据这个定义再来看下铝热反应吧。其中，Fe2O3给了Al氧，根据定义③可知Fe2O3发挥了氧化剂的作用。相反地，Al从Fe2O3中获得了氧，根据定义④可知Al起到了还原剂的作用。
◎金属氧化物
不仅是铁，除了金、银、铂金等贵金属以外，大多数金属或元素与氧都会发生反应，生产氧化物。一般情况下，岩石或者矿石等物质多是此类氧化物。
除了贵金属等少数金属是以单一金属的状态存在于自然界中，大部分金属都是以氧化物或者与硫黄反应生成的硫化物的状态存在的。因此，地壳中存在的含量最多的元素是氧，其次是硅（Si）、铝（Al），铁（Fe）的含量居第四位。
◎不活泼态
锈是金属和氧反应（氧化）后产生的物质，上文也有介绍除了贵金属以外几乎所有的金属都会生锈，但也分为两种情况：一种是会侵蚀到金属内部，导致金属腐朽脆化的锈；另一种是只附着在金属表面，不向内侵蚀的锈。
后者称为不活泼态。不活泼态的锈结构致密硬度高，因此能够成为保护膜，从而使内部不被继续氧化。最为常见的不活泼态是铝的氧化物三氧化二铝（Al2O3），或者一般称为氧化铝[1]。
另外，宝石中的红宝石和蓝宝石都是氧化铝的单晶体物质，夸张点讲跟铝饭盒表面的物质聚合后是同一种。混合有杂质铬的话就变成了红色的红宝石，含有铁或者钛的话，就变成了蓝色。宝石界把除了红色以外的氧化铝单晶体都称为蓝宝石。
◎不锈钢不生锈的原因
不锈钢（Stainless Steel）是Stain（锈）+less（没有）+Steel（钢）的意思，是钢中添加其他金属制成的不易生锈的合金。1913年，意大利冶金科学家亨利·布雷尔利（Harry Brearley）发明了不锈钢，一般来说不锈钢指的是含13%以上的铬的钢。以高性能著称的不锈钢“18-8不锈钢”是18%的铬，8%的镍，其余为铁的合金。
铬和镍都可以生成不活泼态，不锈钢是铬生成一层非常薄但又坚固的钝化膜，防止进一步的氧化。铬的钝化膜非常薄，几乎呈透明状，因此可以直接看到内部金属的金属光泽。正是得益于此，不锈钢才可以维持其完美状态下的独特锐利的光泽。
不锈钢的特点不仅仅是不易生锈，它的耐热性、机械强度也非常高，因此是现代结构材料中性能最为优越的材料。正因为其优越性能，不锈钢还可以用在安置核反应堆堆芯的压力容器上。
非要说有什么缺点的话，那就是相对密度较大，不锈钢的密度是7.7～7.9（铁的密度是7.87）。并且不锈钢也会生锈，生锈的话只需要彻底清洗去除锈迹之后再进行干燥就可以恢复如初。清洗无法去除的情况下，也可以把生锈的部分削掉，新**出来的金属表面很快会生成新的钝化膜。
图8-7 不锈钢的种类
[1]在铝的表面人工析出一层氧化铝的产品叫作“阳极氧化铝”，是日本人发明的。