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