Thermit (pyroteknik): definition, sammensætning og anvendelser
Thermit (pyroteknik): definition, sammensætning og anvendelser — forklaring af reaktionen, typiske metalblandinger og sikre industrielle samt tekniske anvendelser.
Thermit er en pyroteknisk blanding bestående af et metaloxid og et mere reaktivt metal, der ved antændelse gennemgår en stærkt eksoterm redox-reaktion. Selvom termit ikke er et eksplosivt materiale i traditionel forstand (det detonerer ikke), kan reaktionen udvikle meget høje temperaturer og brænde ekstremt hurtigt, hvilket gør termit til et effektivt middel til at smelte eller svejse metaller.
Sammensætning og kemisk reaktion
Den mest kendte termitblanding er jern(III)oxid-aluminium. Ved reaktionen oxiderer jern(III)oxidet aluminiumet og reduceres selv til flydende jern, mens aluminium oxideres til aluminiumoxid. Den overordnede redoxligning kan skrives som:
Fe2O3 + 2 Al → 2 Fe + Al2O3
For at termitreaktionen kan forløbe, skal det anvendte metal være mere reaktivt (have større tilbøjelighed til at oxidere) end metallet i oxideet. Derfor kan et metal aldrig anvendes sammen med sit eget metaloxid i en termitblanding.
Varianter og mulige komponenter
Ud over jern(III)oxid og aluminium findes der mange andre kombinationer. Nogle af de metaller, der kan bruges i termitlignende aluminothermiske reaktioner, omfatter bor, magnesium, calcium, titan, zink og silicium. Eksempler på metaloxider, der anvendes, er kobber(II)oxid, chrom(III)oxid, jern(II,III)oxid, mangan(IV)oxid, siliciumdioxid, boretrioxid eller bly(II,IV)oxid.
Egenskaber og virkninger
Termitreaktionen er kraftigt exoterm og kan frembringe meget høje temperaturer, nok til at smelte jern og andre tungere metaller. Reaktionen er lokalt koncentreret og frembringer ofte en væske af smeltet metal samt et fast eller flydende oxid-slag. Da reaktionen ikke er en hurtig lufttilførselsafhængig eksplosion, betegnes termit typisk som ikke-eksplosivt, men stoffets varmeudvikling og smeltede produkter gør det yderst farligt.
Anvendelser
Termit og beslægtede aluminothermiske reaktioner har både civile og militære/historiske anvendelser. Industrielt anvendes termitprincipper blandt andet ved svejsning af jernbaneskinner (såkaldt termitsvejsning) og ved reparation eller delvis fjernelse af metalkomponenter, hvor præcise, høje temperaturer kræves lokalt. I historisk og militært regi er termit og modificerede varianter (ofte omtalt som thermate) blevet anvendt som brand- eller indsatsmidler på grund af deres evne til at smelte materiel.
Sikkerhed og lovgivning
Termit udgør betydelige sikkerhedsrisici: kontakt med smeltet metal kan forårsage alvorlige forbrændinger, flyvende slagger kan antænde brændbare materialer, og kraftig varme kan skade omgivelserne. Derudover kan røggasser og partikler være sundhedsskadelige. Af disse grunde bør håndtering af termit kun foregå af personer med relevant uddannelse og passende værnemidler, og under kontrollerede forhold.
Lovgivning og regulering vedrørende fremstilling, opbevaring og brug af pyrotekniske og kraftigt reaktive materialer varierer fra land til land. I mange jurisdiktioner kræves tilladelser eller professionelle certificeringer for at håndtere sådanne materialer til industrielle eller demonstrationsformål.
Miljø- og sundhedsmæssige aspekter
Efter forbrænding kan der dannes oxider og andre partikler, som kan være problematiske for både miljø og helbred. Håndtering af affaldsprodukter samt rensning efter anvendelse bør derfor ske i overensstemmelse med gældende regler og med henblik på at minimere risiko for forurening og eksponering.
Bemærk: Denne tekst beskriver de fysiske og kemiske egenskaber ved termit og eksempler på anvendelser. Den indeholder ikke instruktioner til fremstilling, antændelse eller anvendelse af termit i praksis; sådanne procedurer kan være farlige og er ofte regulerede.
Afbrænding af termit
Termit før afbrænding
Mere termitbrænding
Reaktion og antændelse
Reaktionen for en aluminium-jern(III)oxid-termit er som følger:
2 Al + Fe 2O 3→ Al 2O 3+ 2 Fe
Det er vanskeligt at antænde termit. Det skal være meget varmt. Man bruger bånd af magnesiummetal. En blanding af kaliumpermanganat og glycerin kan bruges til at antænde termit. Det kan antændes med en fyrstenstænder eller en børneblussetænder. Det kan blandes med svovl for at lave termit, som gør det lettere at smelte jern.
I modsætning til hvad mange tror, kan metaller brænde. Almindelige metaller skal dog være pulveriseret, ellers vil de lede varmen for hurtigt væk til at starte en brand.
Historie
Termitreaktionen (termit) blev opdaget i 1893. Den tyske kemiker Hans Goldschmidt tog patent på den i 1895. Man kaldte den "Goldschmidt-reaktionen" eller "Goldschmidt-processen". Goldschmidt forsøgte at fremstille meget rene metaller uden brug af kulstof i smeltningen. Han opdagede snart værdien af termit i svejsning. Det begyndte at blive brugt i begyndelsen af 1900-tallet til at svejse togskinner.
Bruger
Thermit bruges til sit oprindelige formål, nemlig at svejse jernbaneskinner sammen. Det bruges også til at svejse ledninger. Thermit bruges også til at fremstille nogle metaller. Chrom kan fremstilles ved en termitreaktion mellem chrom(III)oxid og aluminium. Den første uran blev fremstillet ved hjælp af termit. Thermit kan også anvendes i fyrværkeri til at antænde andre brandbomber.
Termit blev brugt i militæret som et brandvåben. Det bruges hovedsagelig til at ødelægge bygninger og udstyr, da det let smelter metal. Bariumnitrat kan tilsættes til termit for at lave en lettere brændende blanding. Især under Anden Verdenskrig kastede militæret tusindvis af bomber med termit på byer, hvilket startede brande overalt.
Sikkerhed
Det er ikke sikkert at fremstille termit derhjemme. Det frigiver ultraviolet lys, som kan skade øjnene. Det skaber også en meget varm flamme, som kan smelte jern. Den er ekstremt vanskelig at slukke. Strømme af smeltet jern kan strømme ud af en termitblanding og antænde alt, hvad den kommer i berøring med. Nogle metaller kan koge og bryde i flammer, når de placeres i termit, f.eks. zink. Hvis det forvarmes og derefter antændes, kan termit brænde meget hurtigt og frigive en enorm mængde varme og lys. Hvis det tabes i vand, kan det koge vandet meget hurtigt og forårsage en eksplosion. Hvis det tabes på is, kan det få isen til at eksplodere, men det er sikkert at tabe det i et tre liters bægerglas fyldt med let fugtigt sand.
Relaterede sider
- Eksplosivt
- Røgbombe
Spørgsmål og svar
Q: Hvad er termit?
A: Termit er en brandfarlig blanding lavet af et oxid af et mindre reaktivt metal blandet med et mere reaktivt metal.
Q: Er termit et eksplosivt materiale?
A: Nej, termit er ikke et eksplosivt materiale.
Q: Hvad sker der, når jern(III)oxid-aluminium-blandingen bruges til termit?
A: I den blanding af jern(III)oxid og aluminium, der bruges til termit, oxiderer jern(III)oxiden aluminiummet og bliver reduceret til jern i processen, og aluminiummet oxideres til aluminiumoxid.
Q: Hvad er nogle af de andre metaloxider og metaller, der kan bruges til termit?
A: Nogle af de andre metaloxider og metaller, der kan bruges til termit, er bor, magnesium, calcium, titanium, zink, silicium, kobber(II)-oxid, krom(III)-oxid, jern(II,III)-oxid, mangan(IV)-oxid, siliciumdioxid, bortrioxid eller bly(II,IV)-oxid.
Q: Kan et metal bruges sammen med dets metaloxid til termit?
A: Nej, et metal kan ikke bruges sammen med dets metaloxid til termit.
Q: Hvorfor kan et metal ikke bruges sammen med dets metaloxid til termit?
A: Et metal kan ikke bruges sammen med sin metaloxid til termit, fordi metallet skal være mere reaktivt end metallet i oxiden, ellers vil termit ikke virke.
Q: Hvorfor brænder termit meget hurtigt og meget varmt?
A: Termit brænder meget hurtigt og meget varmt.
Søge