Termit zawierający tlenek żelaza(III)

Termit (Thermit, Termat, Ferrmit, Th) mieszanina złożona ze sproszkowanego glinu i tlenku żelaza w proporcjach stechiometrycznych . W niektórych odmianach termitu zamiast tlenków żelaza stosowane są też tlenki innych metali .

Termit wynalazł w 1893 roku niemiecki chemik Hans Goldschmidt . Początkowo był stosowany jako paliwo do produkcji czystych metali bez konieczności użycia węgla , lecz szybko został wykorzystany także na potrzeby spawalnictwa .

Zasada działania

Termit ulega silnie egzotermicznej reakcji redoks , w której glin gwałtownie redukuje tlenki metali (→ aluminotermia ), czemu towarzyszy jedna z najwyższych temperatur uzyskiwanych w procesach przemysłowych (ok. 3000 °C, a w obecności materiałów zwiększających temperaturę nawet 3800 °C) i intensywne świecenie. Produktem reakcji jest tlenek glinu oraz płynne żelazo. Reakcja ta jest określana w przemyśle mianem reakcji termitowej. Nazwa samej substancji termit wywodzi się od nazwy reakcji egzotermicznej.

Reakcja termitowa może rozpocząć się samoistnie, co zmusza do prowadzenia ścisłej kontroli użycia proszku aluminiowego w zakładach przemysłu ciężkiego. Jednak najczęściej trzeba do niej doprowadzić przez wcześniejsze podgrzanie termitu do temperatury zapłonu . W tym celu najczęściej stosuje się inicjator z magnezu , potasu , siarki lub różnych soli utleniających (np. saletr ).

Termaty

Mianem termatu określa się termit zmieszany z innymi substancjami, w celu zmiany przebiegu reakcji termitowej. Celem domieszkowania jest np.: podwyższenie temperatury reakcji, skrócenie lub wydłużenie czasu jej trwania, a najczęściej ułatwienie zapoczątkowania reakcji przez obniżenie temperatury zapłonu.

Najczęściej w składzie termatów występuje sproszkowany stop glinu z magnezem, co przyśpiesza reakcję, oraz inicjator (np. miesza się termit z siarką, magnezem, saletrami).

Spawanie szyn za pomocą termitu

Zastosowania cywilne

Termity są stosowane między innymi jako środki spawalnicze do spawania rur i szyn kolejowych. Dzięki temu, że spawanie z użyciem termitu wypełnia metalem wewnętrzne powierzchnie styku, jest on bardzo wytrzymały, odporny na korozję i przewodzi dobrze prąd elektryczny . Może być także wykorzystywany do przecinania lub spawania stali, np. szyn kolejowych bez potrzeby użycia ciężkiego sprzętu.

Innym częstym obszarem zastosowań jest hutnictwo, gdzie używa się go w tzw. procesie termitowym prowadzącym do uzyskiwania czystych metali z ich rud . Przykładem takiego procesu była opracowana na potrzeby projektu Manhattan metoda uzyskiwania znacznych ilości czystego uranu .

Jeśli termit został zrobiony z tlenku żelaza(III) , dla maksymalnej efektywności powinien zawierać masowo 25,3% aluminium i 74,7% tlenku żelaza. Reakcja spalania takiej mieszaniny wygląda tak:

Fe₂O₃ + 2Al → Al₂O₃ + 2Fe;    Δ H = -851,5 k J / mol

Natomiast gdy termit jest sporządzony z użyciem tlenku żelazowo-żelazawego (FeO·Fe₂O₃), optymalne proporcje wynoszą 23,7% aluminium oraz 76,3% tlenku. Reakcja przebiega według wzoru:

3Fe₃O₄ + 8Al → 4Al₂O₃ + 9Fe;    Δ H = -3347,6 k J / mol

Zastosowanie w wojsku

Stosowany jako środek bojowy należy do mas pirotechnicznych zapalających, a używa się go jako wkładu w granatach ręcznych lub magnetycznych. Używane w przypadkach, gdy konieczne jest szybkie zniszczenie przedmiotów oraz innego wyposażenia, gdy istnieje wysokie zagrożenie nagłego zdobycia ich przez siły wroga. Z powodu trudności w zapaleniu czystego termitu oraz jego małego płomienia i promienia działania, rzadko jest on używany samodzielnie. Przeważnie dodaje się różne składniki, by wzmocnić efekt zapalający. Thermate-TH3 jest mieszaniną termitu i dodatków pirotechnicznych o bardzo dobrych własnościach zapalających. Skład wagowy to 68,7% termitu, 29% azotanu baru , 2% siarki i 0,3% spoiwa. Azotan baru zwiększa temperaturę reakcji, powoduje powstanie dużego płomienia przy spalaniu i znacząco obniża temperaturę zapłonu.

Typowym zastosowaniem wojskowym termitu jest niszczenie artylerii wroga bez użycia materiałów wybuchowych, a więc bez głośnej eksplozji mogącej zaalarmować wroga. W czasie operacji Overlord , w ramach inwazji w Normandii , 2nd Rangers Batallion użył granatów termitowych, by wyeliminować niemieckie działa na Pointe du Hoc ^[]. Artylerię można uszkodzić termitem na kilka sposobów. Można włożyć odbezpieczony granat termitowy do zamka działa i szybko go zamknąć, co spowoduje jego stopienie. Można również wrzucić granat przez lufę, lub przymocować go przy mechanizmach obrotu i podniesienia lufy, co uniemożliwi celowanie.

Niebezpieczeństwa

Typowa reakcja termitowa przebiega niezwykle gwałtownie, czego efektem jest rozbryzgiwanie się płynnego metalu we wszystkich kierunkach. Obecność substancji o temperaturze wrzenia niższej niż temperatura reakcji termitowej może wywołać wybuch, w wyniku którego rozgrzany metal może zostać odrzucony na duże odległości. Zetknięcie wody z reagującym termitem powoduje podwójnie groźną eksplozję - następuje wybuchowe odparowanie wody i jej termiczny rozkład, a powstające w wyniku tej reakcji wodór i tlen nie łączą się od razu w reakcji spalania, lecz opuszczają strefę wysokiego ciśnienia z różnymi prędkościami. Powstający w ten sposób nadmiar wodoru spala się w pewnym oddaleniu, przyczyniając się do rozprzestrzeniania płomieni.

Reakcję należy przeprowadzać z dużą ostrożnością, w odpowiedniej odzieży ochronnej oraz w bezpiecznej odległości od ludzi i substancji palnych.

Linki zewnętrzne

• Historia termitu na stronach firmy Degussa-Huss, właściciela patentu Goldshmidta
• Stałe środki zapalające. W: Józef Łabędzki: Szkolenie obronne . T. Zeszyt II: Broń zapalająca. Warszawa: Szkoła Główna Służby Pożarniczej, 2007.