Kort beskrivelse:
Tilsætning af en lille mængde glycerin til en bunke jern(III)oxid, aluminiumpulver og kaliumpermanganat giver en flamme, gnister og smeltet jern.
Søgsmål:
Det illustrerer begrebet eksoterme reaktioner, metallurgi af jern og aktiveringsenergi.
Forklaring af forsøget:
Reaktionen mellem jern(III)oxid og aluminium kan repræsenteres ved ligningen:
Fe2O3 (s) + 2 Al (s) → Al2O3 (s) + 2 Fe (s)
Denne reaktion er en af en klasse af reaktioner, der er kendt som “termit”-processen, som er blevet anvendt industrielt til svejsning, fremstilling af metaller fra deres oxider og fremstilling af brandbomber. Processen initieres af varme, men bliver derefter selvbærende.
Thermitreaktionen initieres af den varme, der frigives fra blandingen af kaliumpermanganat og glycerin. Anvendelse af antændelse af magnesiumbånd til at igangsætte den ønskede reaktion er ikke så pålidelig som den angivne.
Materialer Forberedelse:
- 50 – 55 g jern(III)oxidpulver, Fe2O3
- 15 g aluminiumspulver
- 20 – 25 g kaliumpermanganat, KMnO4
- 5 – 6 mL glycerin (glycerol), C3H5(OH)3
- Scoopula
- 2 terra cotta urtepotter, ca. 2 ½ in. indvendig topdiameter med 1 cm hul i bunden
- Filterpapir eller køkkenrulle, der passer til bunden af den ene potte
- Jernring med indvendig diameter på 6 – 7 cm
- 1 m ringstativ
- Cementpapir – varmebestandigt – ca. 1 m x 1 m
- Stor metalspand fyldt med tørt sand
- Transparent sikkerhedsskærm
- 10 mL bægerglas
- Tang
- Varmebeskyttelseshandsker
Denne demonstration bør kun udføres i et stort velventileret rum eller udendørs. Reaktionen producerer en stor mængde røg. Der kan kastes gnister 2 m lodret og 5 m vandret. Hold brændbart materiale væk fra forsøgsområdet. Læg et stykke papirhåndklæde eller filterpapir over den nederste åbning i den ene lerkrukke, og placer denne krukke inde i den anden lerkrukke. Jern(III)oxid og aluminiumspulver blandes grundigt. Blandingen hældes i gryden med en skovl. Der dannes en lille kegleformet fordybning i midten af blandingen ca. 2 cm dyb og 1 – 2 cm bred. Denne fordybning fyldes med 20 – 25 g kaliumpermanganatkrystaller. Der dannes endnu en lille kegleformet fordybning i KmnO4-krystallerne.
Leg lerkrukkerne i en metalring, der er fastspændt på toppen af et ringstativ. Placer ringstativet i midten af den varmebestandige cementplade. For at fange det smeltede jern anbringes et sandbad ca. 1 m under reaktionsbeholderen. Brug sikkerhedsskjoldet til beskyttelse mod gnister.
Præsentation:
Fyld 5 – 6 mL glycerin i et lille bægerglas. Hæld hurtigt glycerinen på fordybningen i KMnO4-krystallerne. Træd straks tilbage. Blandingen antændes i løbet af ca. 15 sekunder. Der opstår flammer, gnister, røg og støv. Det smeltede jern løber gennem hullet i gryden ned i sandbadet. Når reaktionen er afsluttet, tages det hvidglødende jern op med en tang. Lad jernet køle af, før du rører ved det.
Farer:
Denne demonstration producerer intens varme og smeltet metal. En ildslukker skal være let tilgængelig til enhver tid. Der bør ikke anvendes vand til at slukke reaktionen, da tilsætning af vand til varmt jern producerer potentielt eksplosiv brintgas. Da brande som følge af termitreaktioner kan være vanskelige at kontrollere, bør kemikalierne ikke anvendes i større mængder end foreslået. Der bør anvendes et sikkerhedsskjold til beskyttelse mod gnister. Man bør være forsigtig med at undgå at blive udsat for smeltet jern. Der bør bæres varmebeskyttende handsker, og de varme produkter bør kun håndteres med en tang. KMnO4 skal håndteres med stor forsigtighed, da der kan opstå eksplosioner, hvis det kommer i kontakt med organiske eller andre let oxiderbare stoffer, enten i opløsning eller i tør tilstand. På grund af den røg og det støv, der frigives, bør demonstrationen udføres i et godt ventileret rum ved afslutningen af foredraget.
Bortskaffelse:
Lad de producerede faste stoffer afkøle til stuetemperatur. Alle faste stoffer kan skrabes af i en affaldsbeholder. Den indre urtepotte revner uvægerligt og bør ikke genbruges.
Video:
Generelt begreb:
- Thermodynamik
Reaktionstype:
- Exothermisk