Что такое термит в химии

Терми́тная смесь (терми́т — химический, технический) (от греч. therme — жар, тепло) — порошкообразная смесь алюминия (реже магния) с оксидами различных металлов (обычно железа).

При воспламенении интенсивно сгорает с выделением большого количества тепла. Обычно имеет температуру горения 2300—2700 °C, а в случае применения более сильных окислителей, таких как оксиды никеля, хрома или вольфрама, — значительно выше. Смесь поджигают специальным запалом (смесь пероксида бария, магния и натрия). Количественное соотношение компонентов смеси определяется стехиометрическим соотношением. Наиболее распространён железоалюминиевый термит: Fe₂O₃ = 75 %; Al = 25 % (содержащий прокалённую окалину или богатую железную руду), используемый для сварки рельсов и при отливке крупных деталей. Температура воспламенения такого термита около 1300 °C (запальной смеси 800 °C); образующиеся железо и шлак нагреваются до 2400 °C. Иногда в состав железного термита вводят железную обсечку, легирующие присадки и флюсы. Процесс проводят в магнезитовом тигеле. Имеются термиты для сварки телефонных и телеграфных проводов, а также проводов линий электропередачи. В военной технике термит используют в качестве зажигательных составов. В производстве ферросплавов термит с добавлением флюсов называется шихтой.

Кроме алюминия могут применяться и другие металлы:

Содержание

Свойства [ править | править код ]

Зажигательные смеси на основе термита представляют собой смесь алюминиевого порошка (пудры) и оксида железа. У этих составов очень высокая температура горения +2000° — +3500 °C. Они способны гореть без присутствия кислорода, их невозможно потушить водой. Некоторые виды термитов горят почти без пламени, некоторые с приличным форсом (силой или количеством) огня. Термит обладает чрезвычайно сильным прожигающим действием. Расплавленный термит легко прожигает листы дюраля, стали и железа. При такой температуре растрескивается бетон и кирпич, плавится стекло, горит сталь. Термит образует высокотемпературный шлак, усиливающий его прожигающую способность. Термитом можно вызвать пожар на любом объекте, даже если там нет легковоспламеняющихся материалов. По одной из конспирологических версий, с помощью термита были взорваны знаменитые башни-близнецы в Нью-Йорке. Его практически невозможно потушить.

Применение [ править | править код ]

Применяется в производстве ферросплавов, в зажигательных снарядах, сварочных работах, в туристическом деле при неблагоприятных погодных условиях и т. д.

В культуре [ править | править код ]

В романе «Изгнание владыки» (1946) так описывается термитная смесь:

Слыхал когда-нибудь о термите? Эх, ты! Вот слушай. Я тебе объясню. Термит уже давно применяется в промышленности. Это порошкообразная смесь из некоторых металлов, которая способна воспламеняться и при горении развивать высокую температуру — до трех с половиной тысяч градусов

Особенности изготовления термитной смеси своими руками — состав и рекомендации

От DA

Термитная смесь — порошок, отличающийся составом в зависимости от типа и назначения, выдающий температуру 2300-2700 0С при сгорании. При использовании сильных окислителей количество тепла при горении увеличивается. Смесь используется в разных целях — пиротехнических, сварочных, в боевых условиях. Термосмеси горят при отсутствии кислорода, чем и обуславливается их применение в экстремальных условиях, например, под водой или в космосе.

Область использования

Термиты находят применение в промышленных и военных целях. Их используют в качестве детонаторов с повышенным тепловым воздействием. Находят применение термосмеси и в пиротехнике — для производства сигнальных огней или химических источников яркого света. Чаще всего термит применяют во время сварочных работ — для соединения деталей под воздействием высоких температур.

Технические свойства

Свойство любой термитной смеси — высокая температура горения, находящаяся в пределах 2000-4000 градусов в зависимости от химического состава и типа окислителя. Термит возгорается при температуре 800-1500 градусов и способен поддерживать горение при отсутствии кислорода, что расширяет сферу его применения. Так как пламя невозможно потушить водой, термосмеси используются для подводной сварки. Благодаря высокой удельной теплоте сгорания расплавленные термиты прожигают толстые листы стали, чугуна или блоки бетона, становясь инструментом резки.

Классификация смесей

Разные свойства термосмесей породили систему классификации по составу и назначению. Традиционный термит приготавливается из алюминиевых опилок или пудры и оксида железа в пропорции 1:3. Для уменьшения скорости сгорания в составе используются алюминиевые опилки. С уменьшением фракции алюминиевого компонента вплоть до состояния пудры скорость горения увеличивается. Железная термитная смесь традиционного состава используется для сварки металлических конструкций.

Пиротехнические смеси горят при невысокой температуре, но дают яркий свет. Они используются для производства сигнальных ракет и фальшфейров на основе термита. Горючим компонентом такой смеси выступает сера, а окислителем — хлорат калия. Для ускорения горения добавляется карбонат стронция, выступающий катализатором реакции.

Медная термитная смесь приготавливается из оксида меди, количество которого составляет 70 % массовой части, 10-12 % чистого алюминия и такого же количества меди, 8 % ферромарганца. Этот состав обладает наивысшей температурой горения — около 4000 градусов, и предназначен для сварки стальных ответственных конструкций, например, магистральных газопроводов или рельс.

Форма выпуска

Производители термосмесей выпускают их в различной форме. Сухие смеси, предназначенные для дальнейшего формирования в тигле, выпускаются в виде порошка, упакованного в прочную полипропиленовую банку объемом 1000 грамм. Термиты, пригодные для пайки проводов линий электропередач, выпускаются в форме патрона, имеющего цилиндрическую форму с продольным отверстием. Для сварки металлоконструкций термитными смесями используют форму карандаша, не требующего прокаливания перед использованием, а для розжига применяются термитные спички.

Приготовление своими руками

Цена 1 килограмма термита колеблется в пределах 3-5 тысяч рублей в зависимости от производителя и назначения смеси. Зная состав термосмеси, можно приготовить ее самому дома и использовать в качестве сварочного материала для проводов и металлических конструкций. При помощи цементатора получают термитные карандаши, удобные для сварки металла при отсутствии электрического или углекислотного сварочного аппарата. Изготовление термита происходит в несколько этапов с соблюдением техники безопасности.

Наиболее простой способ изготовления термитной смеси своими руками — приготовление традиционного состава из оксида железа и алюминиевой пудры, которую можно купить в магазине для химреактивов.

Получение окиси железа

Оксид железа Fe3O4, основной компонент традиционного термитного состава, представляет собой обычную ржавчину. Но для приготовления термосмеси понадобится химически чистая окалина, получаемая из окиси Fe2O3.

Для производства Fe2O3 понадобится источник питания 12 Вольт постоянного тока или питающийся от сети 220 В выпрямитель с преобразователем и понижающим трансформатором. В качестве источника оксида железа выступает металлический гвоздь или пластина, которая помещается в стеклянную тару с насыщенным раствором поваренной соли. Чем больше соли в растворе, тем выше его электропроводность и тем выше скорость получения окиси железа Fe2O3.

Положительный конец провода выпрямителя подсоединяется к металлическому гвоздю, пластине или стержню и опускается в банку с раствором. Второй конец помещается в растворе так, чтобы не было соприкосновения с металлическим стержнем.

Через сутки работы самостоятельно изготовленного прибора с железного стержня соскабливается получившаяся окись железа. Дальнейшие действия заключаются в измельчении полученного вещества в фарфоровой ступе до состояния мелкодисперсного порошка. Максимальный размер частиц не должен превышать 0,5 мм. Чтобы сделать полученный реагент пригодным для приготовления термитной смеси, его нужно поместить в тигель и прокалить до красного цвета. Исходный компонент Fe3O4 готов.

Дальнейшее приготовление

Для смешивания компонентов выбирается глубокая пластиковая миска, в которую помещается полученный оксид железа и алюминиевый порошок в соотношении 75 и 25 %, или 3:1. Чтобы компенсировать чистоту полученной окиси железа, ее количество можно увеличить. Удобней всего смешивать реагенты в пропорции 8 частей окиси к 3 частям алюминиевого порошка, купленного в магазине. Для увеличения длительности горения нужно использовать опилки, которые получаются путем стирания алюминиевого бруска или провода напильником. В этом случае массовая доля опилок и порошка должна составлять те же 3 части. Экспериментируя с количеством внесенных опилок можно добиться приемлемой скорости сгорания без изменения состава термитной смеси.

Изготовление термитного карандаша

Термитный карандаш представляет собой стержень из углеродистой стали с нанесенным на него покрытием из термита. Применяется для сварки различных металлических изделий. Изготавливается в форме цилиндра разного диаметра, в зависимости от толщины свариваемого металла. Для розжига смеси используется затравка или шнур.

В домашних условиях простейший термитный карандаш изготавливается из традиционной смеси на основе оксида железа и алюминия, смешанного с клеем. Состав приготавливается как обычное круто замешанное тесто. Полученная масса наносится на кусок стальной проволоки нужной длины и обкатывается до нужного диаметра. Для домашних условий достаточно сформировать цилиндры толщиной 2-3 мм.

На конце полученного цилиндра при помощи клея крепится затравка из смеси бертолетовой соли с алюминиевой пудрой. После высыхания карандаш готов к использованию и не требует предварительного прокаливания.

При необходимости можно сделать карандаши из купленного медного порошкового термита. Цена медной термитной смеси выше, чем у железной термосмеси, а из килограмма купленного порошка можно приготовить несколько десятков палочек для сваривания металлических труб или уголков толщиной больше 5 мм. Процесс изготовления медных термитных карандашей основан на смешивании клея с готовым порошком и формировании цилиндров.

Для розжига медных термитных карандашей используется магниевая стружка или кусочки пластика, имеющие температуру горения около 1600 градусов. Собственноручно пластик можно приготовить из пластиковых бутылок или пенопласта, растворив их в ацетоне до получения однородной тугой массы.

Техника безопасности и хранение

Когда вопрос, как сделать термитную смесь, решен, возникает другая проблема — безопасности изготовления и хранения полученного термита. Традиционный состав термосмеси требует температуры розжига в пределах 1000-1500 градусов, а компоненты в нормальных условиях химически неактивны, поэтому приготовление термита безопасно.

Хранить термитный порошок нужно в полипропиленовой таре, плотно закупоренной при относительной влажности воздуха не более 80 %. Максимальная температура хранения составляет +30 градусов, поэтому смеси хранятся в хорошо вентилируемом и прохладном помещении вдали от приборов отопления. Порошок огнеопасен, хоть и обладает высокой температурой воспламенения. Правильное хранение термосмеси безопасно, поэтому возможно в обычных домашних условиях.

В статье будет приведен пример очень интересного химического опыта, с помощью которого можно научиться сваривать металл химическим путем. Эта реакция называется еще «Реакцией Гольдшмидта». Такое явление было открыто немецким химиком по имени Гансо Голдшмидт. В этой экзотермической реакции окись железа Fe2O3 взаимодействует с металлическим алюминием. В результате мощной реакции образующийся металл раскаляется добела и плавится за пару секунд.

Инструменты и материалы для самоделки:
— мелкозернистый оксид железа (минимум 80 грамм);
— мелко измельченный алюминий в размере 26 грамм (размер частиц должен быть 250 микрон);
— металлический контейнер (подойдет пустой баллон из под газа);
— стальная пластина с форматом A4 [210×297] и толщиной 19 мм;
— картонная трубка.
Для создания зажигательной смеси будет необходим магний (подойдет кусок или порошок) — глицерин или перманганат калия. Еще нужен чистый и сухой огнеупорный песок, это может быть AL2O3 или [SIO2].
Из инструментов понадобится молоток, шприцы, два шлакоблока или кирпич.

Переходим к процессу:

Шаг первый. Подготовка
Сперва нужно взять стальную пластину, сверху размещаются шлакоблоки или кирпичи. Важно не забывать о правилах противопожарной безопасности. Далее нужно смешать металл, для этого понадобится небольшая емкость, которую можно закрыть. Нужно смешать 80 грамм оксида железа с 26-ю граммами алюминиевого порошка. Емкость нужно закрыть и все смешать, в итоге порошок должен быть однородного цвета.

Если реакция не началась сама по себе, нужно поджечь ее принудительно. Для этого нужно нагреть металлический прут и коснуться им смеси. После этого нужно сразу отойти на безопасное расстояние. Если даже спустя 5 минут реакции не произошло, попытку активации смеси раскаленным прутом нужно повторить.

Шаг третий. Реакция
Если все сделано верно, то начнется химическая реакция. При этом выделяется огромное количество тепла и света, так что здесь важно иметь хороший огнетушитель и находится на безопасном расстоянии. Не следует смотреть на открытый источник пламени, так как можно испортить зрение.

Шаг четвертый. Заключительный этап работ
После того как реакция закончится, металл начнет остывать и затвердеет, теперь нужно дождаться его полного охлаждения. Как правило, на это уходит примерно 30 минут. Затем цилиндр для литья можно удалять.

После извлечения из формы результата реакции, нужно воспользоваться молотком, чтобы разбить наружную оболочку. Ну а далее будет видно блестящий на свету самородок, из которого можно изготовить какую-то интересную самоделку, к примеру, украшение.

Если порошок поместить в какую-то форму, то можно, таким образом, сразу отлить предмет нужной геометрии.