Krátký popis:
Přidáním malého množství glycerinu k hromadě oxidu železitého (III), práškového hliníku a manganistanu draselného vznikne plamen, jiskry a roztavené železo.
Účel/cíl:
Znázorňuje pojem exotermické reakce, metalurgii železa a aktivační energii.
Vysvětlení experimentu:
Reakci oxidu železitého (III) a hliníku lze znázornit rovnicí:
Fe2O3 (s) + 2 Al (s) → Al2O3 (s) + 2 Fe (s)
Tato reakce patří do skupiny reakcí známých jako „termit“, které se průmyslově používají ke svařování, přípravě kovů z jejich oxidů a výrobě zápalných zařízení. Proces je iniciován teplem, ale poté se stává samovolným.
Termitová reakce je iniciována teplem uvolněným ze směsi manganistanu draselného a glycerinu. Použití zapálení hořčíkové pásky k iniciaci požadované reakce není tak spolehlivé jako uvedené.
Příprava materiálů:
- 50 – 55 g práškového oxidu železitého (III), Fe2O3
- 15 g práškového hliníku
- 20 – 25 g manganistanu draselného, KMnO4
- 5 – 6 ml glycerinu (glycerolu), C3H5(OH)3
- Skoupula
- 2 terakotové květináče, cca 1,5 mL. 2 ½ palce. vnitřní horní průměr s 1 cm otvorem ve dně
- Filtrační papír nebo papírová utěrka na dno jednoho květináče
- Železný kroužek o vnitřním průměru 6 – 7 cm
- 1 m kroužkového stojanu
- Cementová deska – žáruvzdorná – cca 1,5 cm. 1 m x 1 m
- Velký kovový kbelík naplněný suchým pískem
- Transparentní bezpečnostní štít
- Kádinka o objemu 10 ml
- Kleště
- Rukavice na ochranu před teplem
Tuto demonstraci provádějte pouze ve velké dobře větrané místnosti nebo venku. Při reakci vzniká velké množství kouře. Jiskry mohou být vrženy 2 m vertikálně a 5 m horizontálně. Udržujte hořlavý materiál mimo experimentální prostor. Umístěte kousek papírové utěrky nebo filtračního papíru přes spodní otvor jednoho hliněného hrnce a umístěte tento hrnec dovnitř druhého hliněného hrnce. Důkladně promíchejte oxid železitý (III) a práškový hliník. Naberte směs do hrnce. Ve středu směsi vytvořte malý kuželovitý důlek. 2 cm hluboký a 1 až 2 cm široký. Tento důlek naplňte 20 – 25 g krystalů manganistanu draselného. Vytvořte další malý kuželovitý důlek v krystalech KmnO4.
Hliněné hrnce umístěte do kovového kruhu upnutého do horní části kruhového stojanu. Kroužkový stojan umístěte doprostřed žáruvzdorné cementové desky. Pro zachycení roztaveného železa umístěte asi 1 m pod reakční nádobu pískovou vanu. Na ochranu před jiskrami použijte bezpečnostní štít.
Prezentace:
Do malé kádinky nalijte 5 – 6 ml glycerinu. Rychle nalijte glycerin na prohlubeň v krystalech KMnO4. Okamžitě ustupte. Vznícení směsi dosáhnete asi za 15 sekund. Vznikne plamen, létající jiskry, kouř a prach. Roztavené železo vytéká otvorem v nádobě do pískové lázně. Po skončení reakce zvedněte kleštěmi bílé žhavé železo. Před dotykem nechte železo vychladnout.
Nebezpečí:
Při této demonstraci vzniká intenzivní žár a roztavený kov. Hasicí přístroj by měl být vždy po ruce. K hašení reakce by se neměla používat voda, protože přidáním vody do horkého železa vzniká potenciálně výbušný plynný vodík. Vzhledem k tomu, že požáry vznikající při termitových reakcích lze obtížně kontrolovat, neměly by se chemické látky používat ve větším množství, než je navrženo. Na ochranu před jiskrami by se měl používat bezpečnostní štít. Je třeba dbát na to, aby nedošlo k vystavení roztavenému železu. Měly by se používat ochranné rukavice proti teplu a s horkými produkty by se mělo manipulovat pouze kleštěmi. S KMnO4 zacházejte velmi opatrně, protože při kontaktu s organickými nebo jinými snadno oxidovatelnými látkami, ať už v roztoku nebo v suchém stavu, může dojít k výbuchu. Vzhledem k uvolňujícímu se kouři a prachu by měla být demonstrace na konci přednášky provedena v dobře větrané místnosti.
Zlikvidujte:
Vyrobené pevné látky nechte vychladnout na pokojovou teplotu. Všechny pevné látky lze seškrábnout do nádoby na odpad. Vnitřní květináč vždy praskne a neměl by se znovu používat.
Video:
Obecný pojem:
- Termodynamika
Typ reakce:
- Exotermická
.