Aluminotermická příprava železa – termit
Pomůcky: malý keramický květináč, nádoba na promíchání složek, alobal, stojan, křížová svorka, železný kruh, kýbl s pískem, ruční plynový hořák, kladivo, magnet, ochranné brýle, kožené rukavice
Bezpečnostní upozornění: Aluminotermická směs musí být dokonale suchá, jinak hrozí „vystřelení“ směsi ven z květináče a popálení přihlížejících osob. Při jejím zapálení se chráníme ochrannými brýlemi a koženými rukavicemi, reakci může demonstrovat pouze učitel chemie.
Postup
Oxid železitý a hliník odděleně předem vysušíme v sušárně (při teplotě 150 °C) nebo přes noc v tenké vrstvě na topení. Ve vhodné uzavíratelné plastové nádobě protřepáním dobře promísíme jemné hliníkové hobliny a suchý práškový oxid železitý v hmotnostním poměru 3 : 1. Dále připravíme zápalnou směs promísením peroxidu barnatého s práškovým hořčíkem v hmotnostním poměru 1 : 1. Otvor ve dně květináče zakryjeme přeloženým alobalem a vsypeme připravenou aluminotermickou směs.
Reakci provádíme venku!
Pod stojan se železným kruhem umístíme kýbl s pískem. Květináč s připravenou směsí vložíme do kruhu a jeho výšku nastavíme tak, aby dno květináče bylo asi 10 cm nad úrovní písku. Do středu směsi uděláme důlek a vsypeme zápalnou směs. Do jejího středu zasuneme hořčíkovou pásku tak, aby končila alespoň 4 cm nad povrchem směsi. V ochranných brýlích a v kožených rukavicích zapálíme konec hořčíkové pásky ručním plynovým hořákem a ustoupíme do vzdálenosti alespoň 3 metrů.
Jakmile hořčíková páska směs zapálí, pozorujeme prudkou reakci doprovázenou jiskrami vyletujícími z květináče:
2 Al + Fe2O3 → 2 Fe(l) + Al2O3 ΔrH° = −730 kJ mol−1
Po několika sekundách se alobal na dně květináče propálí a do písku vyteče kapalné železo rozpálené do jasně žlutého žáru. Květináč většinou žárem praskne. Po vychladnutí železa je možné kováním za pomoci kladiva oddělit křehkou strusku (Al2O3) a železo identifikovat pomocí magnetu.
Tipy a triky
- Reakci provádíme v malém množství nejvýše několika desítek gramů směsi (podle velikosti železného kruhu a květináče).
- Květináč musí do kruhu zapadnout alespoň polovinou svojí výšky.
- Pokud nemáme k dispozici peroxid barnatý nebo práškový hořčík, je možné termit zapálit reakcí manganistanu draselného a bezvodého glycerinu. Do důlku vsypeme krystalický manganistan draselný a zakapeme
jej takovým množstvím glycerinu, aby se do něj právě vsákl. K zapálení směsi dojde se zpožděním asi 30 až 60 sekund.
Jak to funguje
Termit je pyrotechnická směs (nejčastěji hliníku a oxidu železitého), která po zapálení prudce reaguje za uvolnění nezvykle velkého množství tepla. Reakční teplota je 2 000–3 000 °C, vznikající železo je tedy v kapalném stavu a může být rozžhavené až do bílého žáru.
Právě rychlé zvýšení teploty způsobuje riziko vystřelení směsi v případě použití vlhkých složek. Přítomná voda se během okamžiku vypaří, vodní pára mnohonásobně zvětší svůj objem a může vystřelit žhavé reagující složky i produkty.
-pH-