Termitas — ugnies mišinys: sudėtis, reakcija ir panaudojimas

Termitas — karštai degantis mišinys (pvz. Fe2O3+Al): sudėtis, cheminė reakcija, saugus naudojimas ir praktiniai panaudojimai, įskaitant suvirinimą.

Termitas yra padegamasis, labai egzoterminį (šilumą išskiriantis) procesą sukeliantis mišinys. Tai nėra sprogstamoji medžiaga, tačiau termito reakcija degdama išskiria labai didelę šilumą ir gali degtinti labai greitai — dažnai susidaro labai karštos, lydžios medžiagos ir gausu žiežirbų.

Tipiškai termitas susideda iš mažiau reaktyvaus metalų oksido ir labiau reaktyvaus metalo miltelių. Vienas iš labiausiai paplitusių mišinių yra geležies(III) oksido ir aliuminio mišinys. Cheminė reakcija paprastai aprašoma taip:

Fe2O3 + 2 Al → 2 Fe + Al2O3

Šioje reakcijoje geležies(III) oksidas veikia kaip oksidatorius (jis priima elektronus ir redukuojasi iki elementinės geležies), o aliuminis — kaip reduktorius (jis oksiduojasi iki aliuminio oksido). Reakcija yra labai egzoterminė — išskiriama labai daug šilumos (apytiksliai apie 850 kJ vienam moliui Fe2O3), todėl susidaro labai aukšta temperatūra (reakcijos vietoje gali siekti kelis tūkstančius laipsnių C, dažnai nurodoma ~2 500–3 000 °C), o susidariusi geležis būna lydima.

Sudėtis ir alternatyvos

Termitui galima naudoti įvairius metalų oksidus ir įvairius aktyvius metalus. Svarbu, kad metalas būtų reaktyvesnis už oksido metalo atitinkamoje elektrodinaminėje eilėje — kitaip reakcija neįvyks. Populiarios sudedamosios dalys:

• Metalai: boras, magnis, kalcis, titanas, cinkas arba silicis.
• Metalų oksidai: vario(II) oksidas, chromo(III) oksidas, geležies(II,III) oksidas, mangano(IV) oksidas, silicio dioksidas, boro trioksidas arba švino(II,IV) oksidas.

Pastaba: metalas negali būti naudojamas su savo pačio oksidu (pvz., aliuminis negali „reaguoti“ su aliuminio oksidu). Metalas turi būti pakankamai reaktyvus, kad galėtų redukuoti oksido metalo jonus.

Dozavimas ir savybės

Prie konkretaus mišinio dažnai nurodomi stoichiometriniai santykiai. Pavyzdžiui, Fe2O3 + 2Al mišiniui masinis santykis Fe2O3:Al yra maždaug 3:1 (tiksliau ~2,96:1). Mišinys paprastai būna labai smulkaus miltelių frakcijos, gerai sumaišytas, kad reakcija vyktų tolygiai.

Uždegimo būdai

Termitas yra sunkiai uždegamas tiesioginiu ugnies šaltiniu, nes reikia labai aukštos užsidegimo temperatūros. Dažniausiai naudojami uždegimo metodai:

• magnio juostelė ar magnio milteliai (užsidega žymiai žemesne temperatūra ir perduoda pakankamai šilumos);
• specialūs uždegikliai (pvz., didelės galios sprogstamojo tipo žiežirbos, specialūs uždegimo mišiniai ar elektriniai žiežirbos);
• komerciniai „termito uždegikliai“ arba uždegimo užtaisymai, kuriuos naudoja pramonė.

Panaudojimas

• Geležies termitas plačiai naudojamas pramonėje, ypač geležinkelio bėgių suvirinimui („termitinė suvirinimo“ technologija) — nesreakcionavusi termito reakcija leidžia gauti skystą geležį, užpildančią jungties tarpus.
• Metalo pjovimui ar ardymui (termitas gali skystinti metalus ir taip juos perpjausti arba ištirpinti dalis).
• Laboratorinėse arba gamybos sąlygose termitas naudojamas tam tikriems metalams išgauti arba metalo oksidams redukuoti, kai reikia aukštos temperatūros.
• Kariniame bei pramoniniame kontekste termitas ir jo modifikacijos (pvz., „thermate“ su sieros ar kitų priemaišų priedais) naudojami kaip incendiariškai veikiančios medžiagos.
• Demonstracijoms ir edukacijai (fizikos/chemijos pamokose) termito reakcija dažnai rodo egzoterminį reakcijų pobūdį — tačiau tai turi vykti griežtai kontroliuojant sąlygas ir taikant saugos priemones.

Saugumas ir rizika

Termitas yra pavojingas. Svarbiausi saugos aspektai:

• Reakcijos metu susidaro labai aukšta temperatūra ir metaliniai lašai — jie gali sukelti sunkius nudegimus ir užsidegimus.
• Termitas nėra sprogstamas kaip trinitrotoluenas, tačiau dėl žiežirbų, karštų lašų ir didelio temperatūros gradientų gali kilti gaisras ar sprogstamosios deformacijos (pvz., jei užsidegęs termitas atsidurs šalia vandens ar organinių medžiagų).
• Užgesinti termito liepsną vandenimi yra pavojinga: vanduo ant labai karštos lydžios medžiagos gali sukelti staigų garavimą ir sprogimą. Dėl šios priežasties pritaikomi specialūs metodai — smėlio užvertimas arba specializuoti gesintuvai metalų gaisrams (D klasės gesintuvai).
• Darbo metu būtina naudoti tinkamą apsauginę įrangą: apsauginius akinius (veido skydą), ugniai atsparias pirštines ir drabužius, laikytis saugaus atstumo.
• Namų sąlygomis termitą gaminti ar naudoti pavojinga ir dažnai neteisėta — tai gali sukelti rimtų sužalojimų arba teisinių pasekmių.

Papildomi variantai ir pastebėjimai

Yra termito modifikacijos, pvz., vadinamasis „thermate“ (priedai, tokių kaip sieros, metalų druskos ar papildomi oksidatoriai), kurios keičia liepsnos temperatūrą, skystųjų produktų tekėjimo savybes arba degimo charakteristikas. Tokie mišiniai gali būti naudojami specializuotiems pramoniniams arba karininiams tikslams.

Apibendrinant: termitas yra efektyvus ir galingas egzoterminis mišinys, plačiai panaudojamas pramonėje (ypač suvirinant bėgius) ir kai kuriose specializuotose taikymo srityse. Tačiau dėl aukštų temperatūrų, pavojaus užsidegti ir sunkumų gesinant, jo naudojimas reikalauja griežtos saugos praktikos ir kompetencijos.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra termitas?

K: Ar termitas yra sprogstamoji medžiaga?

K: Kas atsitinka, kai termitui naudojamas geležies (III) oksido ir aliuminio mišinys?

Klausimas: Kokie kiti metalų oksidai ir metalai gali būti naudojami termitams gaminti?

Klausimas: Ar metalas gali būti naudojamas kartu su savo metalo oksidu termitui gaminti?

Klausimas: Kodėl metalas negali būti naudojamas kartu su metalo oksidu termitui gaminti?

Klausimas: Kas termite dega labai greitai ir labai karštai?

Paieška pagal raidę