Termit (chémia): definícia, zloženie a princíp termitovej reakcie
Termit (chémia): definícia, zloženie a princíp termitovej reakcie — podrobný prehľad zložiek (hliník, oxid železa), reakcií, použitia a bezpečnostných opatrení.
Termit je zápalná zmes kovového prášku a oxidu kovu, ktorá pri reakcii uvoľňuje veľmi veľké množstvo tepla. Nie je to výbušný materiál, v zmysle rýchlej expanzie plynov, ale môže horieť veľmi rýchlo a dosahovať extrémne vysoké teploty, čo z nej robí nebezpečný zdroj žeravého roztaveného kovu.
Zloženie
Termit tvoria dve základné zložky:
- oxid menej reaktívneho kovu (ako oxidy železa alebo iných kovov),
- metál (v práškovej forme), ktorý je reaktívnejší než kov prítomný v oxide a slúži ako redukčné činidlo.
V praxi sa najčastejšie používa zmes oxid železa(III) a hliníka, kde oxiduje hliník a súčasne sa redukuje na železo, pričom hliník prechádza na oxid hlinitý. Takéto reakcie sa všeobecne označujú ako aluminotermické (Goldschmidtov proces).
Na výrobu termita možno použiť mnoho ďalších kovov i oxidov. Medzi kovmi možno spomenúť bór, horčík, vápnik, titán, zinok alebo kremík. Medzi príkladmi oxidov sú oxid meďnatý(II), oxid chrómový(III), oxid železitý(II,III), oxid mangánový(IV), oxid kremičitý, oxid bórový alebo oxid olovnatý(II,IV). Dôležité je, že kov sa nemôže kombinovať so svojím vlastným oxidom — kov v zmesi musí byť reaktívnejší než kov v oxide, inak termitová reakcia nenastane.
Princíp termitovej reakcie
Termitová reakcia je silne exotermická redoxná reakcia: redukčné činidlo (napríklad hliník) odoberá kyslík z metalického oxidu (napríklad Fe2O3), výsledkom čoho vzniká nový oxid redukčného činidla (napr. Al2O3) a uvoľní sa kov v elementárnej podobe (napr. železo) spolu s veľkým množstvom tepla. Pre bežný príklad:
Fe2O3 + 2 Al → 2 Fe + Al2O3 + veľké množstvo tepla
Teplota hmoty pri priebehu reakcie môže dosahovať približne 2000–3000 °C, čo postačuje na roztavenie vznikajúceho kovu. Energetická priebeh reakcie je daný termodynamikou (entropia a entalpia, vo výsledku záporná Gibbsova energia pri danej teplote), nie tlakom plynov, preto nejde o konvenčné výbušné správanie.
Použitie
- Priamo v priemysle: aluminotermické zváranie (napr. zvarenie koľajníc), opravy ťažko prístupných kovových častí a miest, kde je potrebné lokálne zdroje vysokého tepla.
- Výroba kovov a čistých kovových zliatin v malých množstvách tam, kde sú konvenčné spôsoby náročné.
- Historické a vojenské využitia: termit sa používal aj ako zápalná alebo prerušovacia látka, prípadne pri demontáži vrstiev kovu. (Existujú varianty zmesi modifikované pre zvýšenie zápalnosti alebo intenzity účinku.)
Bezpečnosť a obmedzenia
Termitové zmesi pri reakcii produkujú žeravé kvapky roztaveného kovu a veľmi vysoké lokálne teploty. Preto je manipulácia extrémne nebezpečná:
- reakcia je ťažko zastaviteľná — voda ju nezahasí, naopak kontakt vody s roztaveným kovom môže spôsobiť prudké rozstrekovanie žeravých častíc,
- vznikajú žeravé iskry a vysoké teploty môžu zapáliť okolité horľavé materiály alebo poškodiť konštrukcie,
- manipulácia si vyžaduje vhodné osobné ochranné prostriedky, pracovné postupy a miesta určené na takéto práce,
- v mnohých krajinách a priemyselných odvetviach sú použitie a preprava termitu regulované z dôvodu bezpečnosti a potenciálneho zneužitia.
Vzhľadom na riziká je dôležité, aby s termitovými zmesami pracovali len školení profesionáli s vhodným vybavením a povoleniami. Pre bežného čitateľa platí zásada vyhnúť sa pokusom s takýmito zmesami doma alebo bez odborného dohledu.
Krátke zhrnutie
Termit je silne exotermická zmes oxidu kovu a reaktívneho kovu (najčastejšie Fe2O3 + Al), ktorá pri redoxnej reakcii vytvára veľmi vysoké teploty a roztavený kov. Nie je klasickým výbušným materiálom, ale predstavuje značné nebezpečenstvo v podobe žeravej látky a iskier; preto sa jej použitie obmedzuje na priemyselné a odborné aplikácie s prísnymi bezpečnostnými opatreniami.

Horenie termitom

Termit pred horením
Ďalšie spaľovanie termitov
Reakcia a zapaľovanie
Reakcia pre termit oxidu hlinitého a železa(III) je takáto:
2 Al + Fe 2O 3→ Al 2O 3+ 2 Fe
Termit je ťažké zapáliť. Musí byť veľmi horúci. Používajú sa pásky z horčíka. Na zapálenie termita možno použiť zmes manganistanu draselného a glycerínu. Možno ho zapáliť kremenným zapaľovačom alebo detskou prskavkou. Možno ho zmiešať so sírou a vyrobiť z neho termitín, ktorý uľahčuje tavenie železa.
Na rozdiel od všeobecnej mienky môžu kovy horieť. Bežné kovy však musia byť práškové, inak odvádzajú teplo príliš rýchlo na to, aby mohli založiť oheň.
História
Termitová reakcia bola objavená v roku 1893. Nemecký chemik Hans Goldschmidt ju patentoval v roku 1895. Ľudia ju nazývali "Goldschmidtova reakcia" alebo "Goldschmidtov proces". Goldschmidt sa snažil vyrobiť veľmi čisté kovy bez použitia uhlíka pri tavení. Čoskoro objavil význam termitu pri zváraní. Začal sa používať začiatkom roku 1900 na zváranie železničných tratí.
Používa
Termit sa používa na svoj pôvodný účel, zváranie železničných koľajníc. Používa sa aj na zváranie drôtov. Termit sa používa aj na výrobu niektorých kovov. Chróm sa dá vyrobiť termitovou reakciou medzi oxidom chrómu(III) a hliníkom. Prvý urán bol vyrobený termitom. Termit sa môže používať aj v ohňostrojoch na zapálenie iných zápalných látok.
Termit sa používal v armáde ako zápalná zbraň. Používa sa najmä na ničenie budov a zariadení, pretože ľahko taví kov. Do termita sa môže pridať dusičnan bárnatý, aby sa vytvorila ľahšie horiaca zmes. Najmä počas druhej svetovej vojny armáda zhodila na mestá tisíce bômb obsahujúcich termit, ktoré všade spôsobili požiare.
Bezpečnosť
Termit nie je bezpečné vyrábať doma. Uvoľňuje ultrafialové svetlo, ktoré môže poškodiť oči. Vytvára tiež veľmi horúci plameň, ktorý môže roztaviť železo. Je veľmi ťažké ho uhasiť. Z termitovej zmesi môžu vytekať prúdy roztaveného železa, ktoré zapália všetko, čoho sa dotknú. Niektoré kovy môžu pri umiestnení do termita vrieť a vzplanúť, napríklad zinok. Ak sa termit predhreje a potom zapáli, môže horieť veľmi rýchlo, pričom uvoľní obrovské množstvo tepla a svetla. Ak sa vhodí do vody, môže vodu veľmi rýchlo prevariť a spôsobiť výbuch. Ak ho hodíte na ľad, môže spôsobiť explóziu ľadu, avšak je bezpečné ho hodiť do trojlitrovej kadičky naplnenej mierne vlhkým pieskom.
Súvisiace stránky
- Výbušnina
- Dymová bomba
Otázky a odpovede
Otázka: Čo je to termit?
Odpoveď: Termit je zápalná zmes vyrobená z oxidu menej reaktívneho kovu zmiešaného s reaktívnejším kovom.
Otázka: Je termit výbušný materiál?
Odpoveď: Nie, termit nie je výbušný materiál.
Otázka: Čo sa stane, keď sa na výrobu termita použije zmes oxidu železa(III) a hliníka?
Odpoveď: V zmesi oxidu železa(III) a hliníka, ktorá sa používa na výrobu termita, oxid železa(III) oxiduje hliník, pričom sa redukuje na železo, a hliník sa oxiduje na oxid hlinitý.
Otázka: Aké ďalšie oxidy kovov a kovy sa môžu použiť na výrobu termita?
Odpoveď: Niektoré z ďalších oxidov kovov a kovov, ktoré možno použiť na výrobu termitov, sú bór, horčík, vápnik, titán, zinok, kremík, oxid meďnatý(II), oxid chrómový(III), oxid železitý(II,III), oxid mangánatý(IV), oxid kremičitý, oxid bórový alebo oxid olovnatý(II,IV).
Otázka: Môže sa kov použiť so svojím oxidom kovu na termit?
Odpoveď: Nie, kov sa nemôže použiť so svojím oxidom kovu na termit.
Otázka: Prečo sa kov nemôže použiť so svojím oxidom kovu na termit?
Odpoveď: Kov sa nemôže použiť so svojím oxidom kovu na termit, pretože kov musí byť reaktívnejší ako kov v oxide, inak termit nebude fungovať.
Otázka: Čo spaľuje termit veľmi rýchlo a veľmi horúco?
Odpoveď: Termit horí veľmi rýchlo a veľmi horúco.
Prehľadať