В воздухе концентрация кислорода ниже, чем в чистом кислороде, поэтому и реакции идут медленнее.

В воздухе эти реакции идут медленнее, так как кроме кислорода, а его 21%, который поддерживает горение, есть вещества не поддерживающие горение.

Образуется железная окалина - смешанный оксид Fe3O4 или FeO*Fe2O3

3Fe + 2O2 = Fe3O4