Thermiet

'n Thermiet mengsel wat Yster(III)oksied gebruik

Thermiet is 'n pirotegniese samestelling van aluminiumpoeier en 'n metaaloksied wat 'n aluminotermiese reaksie laat ontstaan wat bekend staan as 'n thermiet reaksie. Dit is nie 'n plofstof nie maar dit kan vir kort tydjies uiters hoë temperature laat ontstaan wat op 'n klein teiken gefokus kan word.

Metale kan onder die regte toestande ook brand net soos hout of petrol. Roes is om die waarheid te sê bloot die oksidasie van staal of yster teen lae tempos. Thermiet is 'n samestelling wat die korrekte mengsel van metaalbrandstowwe om verbranding te ondersteun wanneer dit aangesteek word. Ontsteking vereis gewoonlik hoë temperature.

Die aluminium word geoksideer deur 'n ander metaal, gewoonlik ysteroksied (roes). Die produkte wat gevorm word is aluminiumoksied, vrye elementêre yster en 'n baie groot hoeveelheid warmte. Die reagense word gewoonlik verpoeier en met 'n bindmiddel vermeng om te verseker dat die materiaal bymekaar bly.

Die reaksie word gebruik in thermietsweiswerk wat dikwels gebruik word om treinspore aanmekaar te las. Ander metaaloksiede kan ook gebruik word soos chroomoksied om elementêre metaal te lewer. Koperthermiet, wat koperoksied gebruik, word gebruik om elektriese verbindings te vervaardig. Sommige thermietagtige mengsels word gebruik as pirotegniese ontstekers soos in die geval van vuurwerke.

Geskiedenis

'n Thermietreaksie met ongeveer 110 gram poeier. Die gietysterpot is uiteindelik vernietig deur die reaksie.

Thermiet is in 1893 ontdek en in 1895 deur die Duitse skeikundige, Hans Goldschmidt gepatenteer. Die reaksie word daarom ook soms die "Goldschmidt reaksie" of "Goldschmidt proses" genoem. Dr. Goldschmidt se doelwit was aanvanklik gewees om suiwer metale te vervaardig sonder om koolstof in die smeltproses te gebruik, maar hy het vinnig die waarde in sweiswerk raakgesien.

Die eerste kommersiële toepassings was die sweis van tremspore in Essen in 1899. Degussa, 'n maatskappy wat afkomstig is van Goldschmidt se firma, is steeds een van die wêreld se grootste produsente van sweisthermiet.

Soorte

Swart- of blou ysteroksied (Fe₃O₄), wat ontstaan wanneer yster in 'n suurstofryke omgewing onder hoë hitte geoksideer word is die mees gebruikte oksideermiddel wat in thermiet gebruik word omdat dit goedkoop is en maklik vervaardig kan word. Rooi yster-(III)-oksied (Fe₂O₃, algemeen bekend as roes) kan ook gebruik word. Ander oksiede word ook so nou en dan in spesiale toepassings gebruik, soos onder andere MnO₂, Cr₂O₃ en koperoksied. Almal gebruik aluminium as reaktiewe metaal. Fluoropolimere kan ook gebruik word in spesiale formulerings; Teflon met magnesium of aluminium is ook relatief algemeen.

In beginsel kan enige reaktiewe metaal in plaas van aluminium gebruik word. Dit word egter selde gedoen omdat die eienskappe van aluminium ideaal is vir hierdie reaksie. Dit is by verre die goedkoopste van die hoogs reaktiewe metale; dit vorm ook 'n passiveringslagie wat dit veiliger maak om te hanteer as enige ander reaktiewe metaal. Die smelt- en kookpunte van aluminium maak dit ook ideaal vir thermiet-reaksies. Dit is 'n relatief laagsmeltende (660 °C) metaal wat beteken dat dit maklik is om die metaal te smelt wat meebring dat die reaksie hoofsaaklik in die vloeistoffase plaasvind en daarom ook vinnig reageer. Terselfdertyd verseker sy hoë kookpunt dat die reaksie baie hoë temperature kan bereik, aangesien verskeie prosesse neig om die maksimum temperatuur tot net onder die kookpunt te beperk. So 'n hoë kookpunt is algemeen onder oorgangsmetale (soos yster en koper wat teen 2887 °C en 2582 °C respektiewelik kook) maar is veral buitengewoon onder die hoogs reaktiewe metale (magnesium en natrium kook teen laer temperature van 1090 °C en 883 °C respektiewelik).

Alhoewel die reagense stabiel is by kamertemperatuur, brand dit tydens 'n intense eksotermiese reaksie as hulle verhit word tot ontbrandingstemperature. Die produkte wat gevorm word is in die vloeistoffase as gevolg van die hoë temperature wat bereik word (so hoog as 2500 °C met yster-(III)-oksied)—die werklike temperatuur wat bereik word hang egter af van hoe vinnig die warmte na die omliggende omgewing kan ontsnap. Thermiet bevat suurstof en daarom is 'n uitwendige bron van lug nie nodig om die reaksie te onderhou nie. Dus kan die reaksie nie gesmoor word en kan dit in enige omgewing ontbrand, gegewe dat daar voldoende hitte aanvanklik beskikbaar is om die mengsel te ontsteek. Thermiet brand goed as dit nat is en kan nie met water geblus word nie. Klein hoeveelhede water sal kook voordat dit die reaksie bereik. As thermiet onder water ontbrand word, sal die gesmelte yster suurstof uit die water onttrek en waterstofgas vrystel in 'n enkelverplasingsreaksie. Hierdie vrygestelde gas kan dan op sy beurt ontbrand deur met die suurstof in die lug te reageer.