Термит: какво е, състав и действие на термитната реакция
Термит: какво представлява, състав и механизъм на термитната реакция — смеси, използвани метали, приложения и важни мерки за безопасност при работа с термит.
Термитът е запалителна смес. Тя не е взривоопасен материал, но може да гори много бързо и при изключително високи температури, което го прави опасен при неправилна употреба.
Той се състои от оксид на по-малко реактивен метал, смесен с по-реактивен метал. Една от най-често срещаните смеси е железен(III) оксид-алуминий. Железният(III) оксид действа като окислител — той отдава кислород на алуминия; в процеса се редуцира до желязо, а алуминият се окислява до алуминиев оксид. Тази реакция е силно екзотермична и отделя голямо количество топлина.
Много други метални оксиди и метали могат да се използват за термит. Някои метали, които могат да се използват, са бор, магнезий, калций, титан, цинк или силиций. Някои метални оксиди, които могат да се използват, са меден(II) оксид, хром(III) оксид, железен(II,III) оксид, манганов(IV) оксид, силициев диоксид, боров триоксид или оловен(II,IV) оксид. Едно важно правило е, че металът трябва да бъде по-реактивен (по-добър редуктор) от метала в оксида; в противен случай термитната реакция няма да протече ефективно.
Състав и химична реакция
Класическата (алуминиево-железна) термитна реакция може да се опише с общо уравнение:
Fe2O3 + 2 Al → 2 Fe + Al2O3
При тази реакция се освобождава голямо количество топлина (реакцията е силно екзотермична), което води до нагряване и често до стопяване на получения метал (например желязо). Реалните смеси и продукти могат да варират в зависимост от използваните оксиди и метали.
Температура и продукти
- Термитните реакции достигат много високи температури — на места температурата на реакционната зона може да надхвърли няколко хиляди градуса по Целзий.
- Често се образува стопен метал (например стопено желязо при класическия термит) и стабилни оксиди (напр. алуминиев оксид).
- Реакцията не е детонационна; тя протича като горене/високоекзотермичен процес и може да предизвика разпръскване на горещи капки метал и искри.
Видове и модификации
- Освен класическия термит, съществуват и модификации, съдържащи допълнителни вещества (например прилагани за по-добро рязане или за контрол на температурата). Такива модификации понякога се наричат "термате".
- Чрез избор на различни метални оксиди и метали може да се получи различен краен продукт (напр. мед вместо желязо), което намира приложение в лабораторни и промишлени процеси за редукция на оксиди.
Приложения
- Индустриални: алуминиево-железният термит се използва при термитно заваряване (напр. за заваряване на железопътни линии) и в някои видове ремонт и металообработка.
- Научни: термитните процеси се използват за получаване на чисти метали от техните оксиди в лабораторни условия.
- Военно и пиротехническо приложение: някои видове термитни смеси имат приложение като запалителни или унищожителни средства в специални контексти.
Безопасност и рискове
Термитът е опасен материал: реакцията протича при екстремни температури и може да причини тежки изгаряния, запалване на материали и разпръскване на горещи капки стопен метал.
- При контакт с горещи продукти има риск от пожари и структурни повреди.
- Въздухът в близост до реакцията може да съдържа прах и фини частици от оксиди, които са вредни при вдишване.
- Термитът не е взривчат, но не бива да се използва в затворени или неподходящо защитени пространства, нито близо до горими материали и чувствителни конструкции.
- Професионална употреба: работа с термит трябва да се извършва само от специалисти, с подходящи защити (пищеходни разстояния, защитни средства, мерки за гасене и контрол на разливи) и при спазване на местните закони и разпоредби.
Околна среда и регулации
Останките от термитни реакции съдържат метални и неметални оксиди и изискват подходящо изваждане и обезвреждане. В много държави използването и разпространението на определени термитни смеси може да бъде регулирано или ограничено поради рисковете за безопасност и злоупотреби.
Обобщение: Термитът е мощна екзотермична смес с широк спектър от приложения, но и значителни рискове. Знания за състава и работата на реакцията помагат за разбирането ѝ, но реалната работа с тези материали изисква професионална подготовка, защитни мерки и спазване на регулации.
Изгаряне на термит
Термит преди изгаряне
Още малко изгаряне на термит
Реакция и запалване
Реакцията за термит от алуминиево-железен(III) оксид е следната:
2 Al + Fe 2O 3→ Al 2O 3+ 2 Fe
Трудно е да се запали термит. Той трябва да е много горещ. Използват се ленти от магнезиев метал. За запалването на термита може да се използва смес от калиев перманганат и глицерин. Той може да се запали с кремъчна запалка или с детска искрица. Може да се смеси със сяра, за да се получи термит, който улеснява разтопяването на желязото.
Противно на общоприетото мнение, металите могат да горят. Обикновените метали обаче трябва да са на прах, защото в противен случай те ще отведат топлината твърде бързо, за да предизвикат пожар.
История
Реакцията на термита (термит) е открита през 1893 г. Немският химик Ханс Голдшмит я патентова през 1895 г. Хората я наричат "реакцията на Голдшмидт" или "процесът на Голдшмидт". Голдшмидт се опитва да получи много чисти метали без използването на въглерод при топенето. Скоро той открива значението на термита при заваряването. Той започва да се използва в началото на 1900 г. за заваряване на влакови релси.
Използва
Термитът се използва по първоначалното си предназначение - заваряване на железопътни релси. Използва се и за заваряване на проводници. Термитът се използва и за производство на някои метали. Хромът може да се получи чрез термитна реакция между хром(III) оксид и алуминий. Първият уран е направен чрез термитна реакция. Термитът може да се използва и във фойерверките за запалване на други запалителни вещества.
Термитът е използван в армията като запалително оръжие. Използва се главно за унищожаване на сгради и оборудване, тъй като лесно разтопява метала. Към термита може да се добави бариев нитрат, за да се получи по-лесно запалима смес. Особено по време на Втората световна война военните хвърлят хиляди бомби, съдържащи термит, върху градовете, което предизвиква пожари навсякъде.
Безопасност
Термитът не е безопасен за приготвяне в домашни условия. Той отделя ултравиолетова светлина, която може да увреди очите. Освен това създава много горещ пламък, който може да разтопи желязо. Той се гаси изключително трудно. От термитната смес могат да потекат потоци от разтопено желязо, които да запалят всичко, до което се докоснат. Някои метали могат да кипнат и да избухнат в пламъци, когато се поставят в термит, например цинкът. Ако се нагрее предварително и след това се запали, термитът може да гори много бързо, като отделя огромно количество топлина и светлина. Ако бъде пуснат във вода, той може да я кипне много бързо и да предизвика експлозия. Ако го пуснете върху лед, той може да се взриви, но е безопасно да го пуснете в трилитрова чаша, пълна с леко влажен пясък.
Свързани страници
- Експлозивен
- Димна бомба
Въпроси и отговори
В: Какво представлява термитът?
О: Термитът е запалителна смес, съставена от оксид на по-малко реактивен метал, смесен с по-реактивен метал.
В: Термитът взривоопасен материал ли е?
О: Не, термитът не е взривоопасен материал.
В: Какво се случва, когато за термита се използва смес от железен(III) оксид и алуминий?
О: В сместа от железен(III) оксид и алуминий, използвана за термит, железният(III) оксид окислява алуминия, като в процеса се редуцира до желязо, а алуминият се окислява до алуминиев оксид.
Въпрос: Кои са някои от другите метални оксиди и метали, които могат да се използват за термит?
О: Някои от другите метални оксиди и метали, които могат да се използват за термит, са бор, магнезий, калций, титан, цинк, силиций, меден(II) оксид, хром(III) оксид, железен(II,III) оксид, манганов(IV) оксид, силициев диоксид, боров триоксид или оловен(II,IV) оксид.
Въпрос: Може ли даден метал да се използва с металния си оксид за термит?
О: Не, даден метал не може да се използва със своя метален оксид за термит.
В: Защо даден метал не може да се използва с металния си оксид за термит?
О: Металът не може да се използва с металния си оксид за термит, защото металът трябва да е по-реактивен от метала в оксида, в противен случай термитът няма да работи.
В: Какво изгаря термита много бързо и много горещо?
О: Термитът гори много бързо и много горещо.
обискирам