BESI (II,III) OKSIDA: Kegunaannya sebagai Pigmen Hitam dan Katalis

Besi (II,III) oksida ialah senyawa kimia anorganik dengan rumus  Fe3O4. Ini merupakan salah satu anggota besi oksida, yang lain adalah besi(II) oksida (FeO), yang langka, dan besi(III) oksida (Fe2O3) juga disebut hematite. Senyawa ini terjadi di alam sebagai mineral magnetit. Senyawa oksida ini mengandung baik ion Fe2+ maupun Fe3+ dan terkadang dirumuskan sebagai FeO ∙ Fe2O3.

Besi oksida ini ditemui di laboratorium sebagai bubuk hitam. Ini menunjukkan magnet permanen dan ferrimagnetik, tapi kadang-kadang tidak tepat digambarkan sebagai feromagnetik. Kegunaannya yang paling luas adalah sebagai pigmen hitam yang disintesis bukannya yang diekstrak dari mineral alami karena ukuran dan bentuk partikel dapat divariasikan dengan metode produksi.

Nama IUPAC besi (II,III) oksida ialah Besi(II) besi(III) oksida; nama lainnya adalah: Ferro ferri oksida, Ferroso ferri oksida, Besi (II, III) oksida, Magnetit, Oksida besi hitam, Lodestone, Karat, Iron(II) diiron(III) oxide. Adapun sifat-sifatnya adalah:

  • Rumus molekul: FeO.Fe2O3
  • Berat molekul: 231,533 gr/mol
  • Penampilan: Serbuk hitam padat
  • Densitas: 5 g/cm3
  • Titik lebur: 1538 °C
  • Indeks refraksi (nD): 2,42

 

Pembuatan

Pigmen berkualitas Fe3O4, disebut juga magnetit sintetik, dapat dibuat menggunakan proses yang memanfaatkan limbah industri, besi skrap atau larutan yang mengandung garam besi (misalnya, yang dihasilkan sebagai hasil-samping dalam proses industri seperti  seperti pengolahan asam tong (pengawetan) baja):

Oksidasi logam Fe dalam proses Laux di mana nitrobenzena direaksikan dengan logam besi menggunakan FeCl2 sebagai katalis yang menghasilkan anilin, reaksinya adalah:

C6H5NO2 + 3 Fe + 2 H2O → C6H5NH2 + Fe3O4

Oksidasi senyawa Fe(II), misalnya pengendapan garam besi(II) sebagai hidroksida yang diikuti dengan aerasi di mana kontrol pH yang hati-hati menentukan oksida yang dihasilkan.

Reduksi Fe2O3 dengan hidrogen:

3Fe2O3 + H2 → 2Fe3O4 +H2O

Reduksi Fe2O3 dengan CO:

3Fe2O3 + CO → 2Fe3O4 + CO2

Produksi pertikel-nano dapat dilakukan secara kimia dengan mengambil contohnya campuran garam FeII dan FeIII dan mencampurnya dengan alkali untuk mengendapkan coloida Fe3O4. Kondisi reaksi ini kritis sampai proses dan menentukan ukuran partikelnya.

Reaksi

Reduksi bijih magnetit dengan CO di tungku tinggi digunakan untuk produksi besi sebagai bagian dari proses produksi baja:

Fe3O4 + 4CO → 3Fe + 4CO2

Oksidasi terkontrol Fe3O4 digunakan untuk menghasilkan pigmen coklat berkualitas γ-Fe2O3 (maghemite):

2Fe3O4 + ½ O2 → 3(γ-Fe2O3)

Kalsinasi lebih kuat, (memanggang di udara), memberikan kualitas pigmen merah α-Fe2O3 (hematite):

2Fe3O4 + ½ O2 → 3(α-Fe2O3)

Struktur

Fe3O4 memiliki struktur kubus spin terbalik yang terdiri dari deret ion-ion oksida yang dikemas dekat kubus di mana semua ion Fe2+ menempati setengah dari bagian oktahedral dan Fe3+ dibagi secara merata di bagian oktahedral yang tersisa dan bagian tetrahedral.

Baik FeO dan γ-Fe2O3 memiliki deret ion-ion oksida  serupa dikemas dekat kubus yang sama dan ini diperkirakan untuk  siap dipertukarkan antara tiga senyawa pada oksidasi dan reduksi karena reaksi ini memerlukan perubahan yang relatif kecil untuk struktur keseluruhan. Sampel Fe3O4 dapat non-stoikiometrik.

Ferrimagnetisme dari Fe3O4 muncul karena elektron berputar dari ion FeII dan FeIII di bagian oktahedral yang digabungkan dan spin ion FeIII di bagian tetrahedral yang digabungkan tetapi anti-paralel dengan pembentuknya. Efek bersih adalah bahwa kontribusi magnetik dari kedua set tidak seimbang dan ada magnetisme permanen.

Sifat-sifat

Fe3O4 ialah ferrimagnetik dengan suhu Curie 858 K. Ada satu fasa transisi pada 120 K, juga disebut transisi Verwey di mana terdapat satu diskontinuitas dalam sifat-sifat struktur, konduktivitas dan magnetiknya. Efek ini telah diselidik secara luas dan sementara keterangannya yang berbeda-beda telah dilaporkan, ini muncul tidak sepenuhnya dipahami.

Fe3O4 merupakan konduktor listrik dengan konduktivitas secara signifikan lebih tinggi (X 106) dibandingkan Fe2O3, dan dianggap berasal dari pertukaran elektron antara pusat FeII dan FeIII.

Kegunaan

Fe3O4 digunakan sebagai pigmen hitam dan dikenal sebagai  C.I pigment black 11 (C.I. No.77499).

Fe3O4 digunakan sebagai katalis dalam proses Haber dan dalam reaksi pergantian gas air. Kegunaan terakhir sebagai HTS, katalis pergantian suhu tinggi (high temperature shift catalyst) dari oksida besi yang distabilkan oleh kromium oksida.  Katalis besi-kromium direduksi pada reaktor permulaan untuk emnghasilkan Fe3O4 dari α-Fe2O3 dan Cr2O3 menjadi CrO3.

Partikel nano Fe3O4 digunakan sebagai bahan pembeda dalam MRI scanning Ferumoxytol ialah suatu sedian Fe3O4 intravena untuk pengobatan anemia akibat dari penyakit ginjal kronis.

Seiring dengan belerang dan aluminium, oksida ini merupakan bahan dalam sejenis thermite spesifik yang berguna untuk pemotongan baja.

Pembiruan ialah suatu proses pasivasi yang menghasilkan lapisan Fe3O4 pada permukaan baja untuk melindunginya dari karat.

Terjadinya secara Biologis

Magnetite telah ditemukan sebagai kristal nano dalam bakteri magnetotactic (42-45 nm) dan jaringan paruh merpati rumah.***

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s