Järn(II,III)oxid

Järn(II,III)oxid eller svart järnoxid har den kemiska formeln Fe₃O₄ och är en av flera järnoxider. Den förekommer naturligt i mineralet magnetit.

Egenskaper

Ämnet innehåller både tvåvärt (Fe²⁺) och trevärt (Fe³⁺) järn. Det är ett svart pulver med kubisk struktur. Fe₃O₄ är ferrimagnetiskt upp till sin curietemperatur 585 °C. Vid -153 °C sker en förändring av struktur, konduktivitet och magnetism som kallas Verwey-övergång.

Framställning

Järn(II,III)oxid kan framställas genom att järn(III)oxid bryts ner vid temperaturer på 1200 – 1500 °C.

$\mathrm{6}\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{\to }\mathrm{4}\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{3}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$

Det kan också framställas genom att oxidera järn i vattenånga vid temperaturer under 560 °C (Jämför järn(II)oxid).

$\mathrm{3}\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{+}\mathrm{4}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{\to }\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{3}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{4}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}$

Ett tredje sätt är att direkt oxidera järn med syrgas vid mycket hög temperatur (> 1500 °C).

$\mathrm{3}\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{+}\mathrm{2}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}\mathrm{\to }\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{3}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}$

Överskottet på syre minimerar mängden FeO och temperaturen gör att den Fe₂O₃ som bildas sönderfaller till Fe₃O₄.

Användning

Som andra järnoxider i mineralform går den absolut största mängden åt att producera järn och stål. Detta görs genom reduktion med kolmonoxid i en masugn.

$\mathrm{F}{\mathrm{e}}_{\mathrm{3}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{4}\mathrm{C}\mathrm{O}\mathrm{\to }\mathrm{3}\mathrm{F}\mathrm{e}\mathrm{+}\mathrm{4}\mathrm{C}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$

Syntetiskt framställd Fe₃O₄ används som svart pigment och som katalysator i Haber-Boschprocessen.

Se även

• Järn(II)oxid
• Järn(III)oxid
• Järnoxid
• Rost