schikorr-reaksjon

Den tyske metallurgen Gerhard Schikorr, som studerte betydningen av hydrogen ved korrosjon, beskrev i 1933 reaksjonen i «Om jern(II)hydroksid og ferromagnetisk jern(III) hydroksid» (Über eisen(II)-hydroxyd und ein ferromagnetisches eisen(III)-hydroxyd).

Jern(II)hydroksid (Fe(OH)₂) omformes til jern(II,III) i oksidet magnetitt (Fe₃O₄), hydrogengass (H₂) og vann (H₂O):

3Fe(OH)₂ → Fe₃O₄ + H₂ + 2H₂O

Reaksjonen kan blir brukt industrielt til å lage nano- og mikropartikler med magnetitt. Magnetitt (FeO∙Fe₂O₃ (Fe₃O₄)) inneholder divalent jern(II)-oksid (FeO) og trivalent jern(III)-oksidet hematitt (Fe₂O₃) i kubisk krystallstruktur (Fe²⁺(Fe³⁺)₂(O^2-)₄). Hydrotermisk produksjon av magnetitt danner oktaederkrystaller.

Magnetitt er ferrimagnetisk og bioprodusert magnetitt blir anvendt i biomagnetisme, for eksempel magnetosomer i magnetotaktiske bakterier i slekten Magnetospirillum. Magnetitt kan bli brukt av fugler i navigering i Jordens magnetfelt. Magnetitt er også funnet i hjernen hos mennesker.

Schikorr-reaksjonen er en mulig deltaker i opprinnelsen til livet på Jorden.

Rust er en oksidasjon av jern eller stål i nærvær av vann og oksygen og består av en samling jernoksider. En oksidasjon er avgivelse av elektroner og samtidig må et stoff motta elektroner (reduksjon). Metallisk jern (Fe) reagerer med oksygen (O₂) og sammen med vann eller fuktig luft blir det laget hydroksylioner (OH^-). Jern i kontakt med vann går i oppløsning og danner toverdig jern (Fe²⁺) som blir oksidert. Sluttproduktet er rust med jern(III)oksider (Fe₂O₃∙nH₂O) og jern(III)oksider og -hydroksider (FeO(OH), Fe(OH)₃). Imidlertid, jern kan også ruste hvor det ikke finnes oksygen. Kjemisk i form av Schikorr-reaksjonen hvor det blir dannet grønn rust. Alternativt anaerob biokorrosjon (l. corrodere – spise opp) med sulfatreduserende bakterier eller jernreduserende bakterier med dihydrogen som elektrondonor.

Grønn rust er lagdelte dobbelhydroksider. Ett lag metallkationer med toverdig og treverdig jern (Fe²⁺, Fe³⁺) omgitt av hydroksidanioner (OH^-) og oksygenanioner (O₂^-) interkalert (l. intercalaris – innsatt) med et anion i form av karbonat (CO₃^2-), klorid eller sulfat. Deretter følger neste molekylsjikt. Grønn rust er ustabil i luft. Karbonatgrønnrust finnes i tilsvarende form som mineralet fougèritt, ([Fe²⁺₄Fe³⁺₂(OH^-)₁₂]²⁺[CO₃^2-·3H₂O]^2-) fra Fougères, Brittany i Frankrike. Sulfatgrønnrust er karbonat byttet ut med sulfat, i kloridgrønnrust med klorid (Cl^-) ([Fe²⁺₃Fe³⁺(OH^-)₈]⁺[Cl^-·H₂O]^-) i sjøvann med klorid.

Fakultativ anaerobe jernreduserende bakterier Shewanella putrefasciens kan vokse ved lav temperatur og lage heksagonale krystaller med karbonatgrønnrust og sulfatgrønnrust. Bakterien har en fleksibel vekstform og kan også lage trimetylamin og flyktige sulfider som gir lukt fra råtnende saltvannsfisk. Man vet ikke i hvilken grad bakteriell grønnrust blir laget i grunnvannsreservoarer og i oversvømt jord. Siden grønn rust inneholder både toverdig og treverdig jern kan det inngå i biogeokjemiske redoksreaksjoner. Ved nedgraving av radioativt avfall og brukt reaktorbrensel fra kjernekraftverk innkapslet i karbonstål bør man være oppmerksom på anaerob korrosjon og Schikorr-reaksjon.

Serpentifisering på havbunnen ved 100-200^oC skjer når olivinmineraler for eksempel peridotitt, olivin, pyroksen fra mantelen kommer i kontakt med sjøvann og lager molekylært hydrogen som et biprodukt i en Schikorr-reaksjon. Ferrojern (Fe²⁺) blir oksidert til magnetitt og feriijern i serpentiner som hisingeritt og cronsteditt (Fe²⁺₂Fe³⁺(Si, Fe³⁺O₅)(OH)₄). Sistnevnte oppkalt etter den svenske mineralogen Axel Fredrik Cronstedt (1722-1765). Serpentiniseringsreaksjon:

6(Mg,Fe)₂SiO₄ (olivin) + 7H₂O → Fe₃O₄ (magnetitt) + 3(Mg,Fe)₃Si₂O₅(OH)₄ (serpentin) + H₂

• korrosjon

• Brunet Fabrice (2019). «Hydrothermal Production of H₂ and Magnetite From Steel Slags: A Geo-Inspired Approach Based on Olivine Serpentinization». Frontiers in Earth Science 7, s. 17
• Ona-Nguema G,Guerbois D, Pallud C, Brest J, Abdelmoula M & Morin G (2020). «Biogenic Fe(II-III) Hydroxycarbonate Green Rust Enhances Nitrate Removal and Decreases Ammonium. Selectivity during Heterotrophic Denitrification». Minerals 10, s. 818
• Kirschvink JL, Kobayashi-Kirschvink A, Woodford BJ. «Magnetite biomineralization in the human brain». Proc Natl Acad Sci 89(16) (1992)7683-7687
• Russell MJ. «Green Rust (2018). The Simple Organizing 'Seed' of All Life?». Life (Basel) 8, nr 3, s 35