Kurzbeschreibung:
Die Zugabe einer kleinen Menge Glyzerin zu einem Haufen Eisen(III)-oxid, Aluminiumpulver und Kaliumpermanganat erzeugt eine Flamme, Funken und geschmolzenes Eisen.
Zweck/Ziel:
Veranschaulichung des Konzepts der exothermen Reaktionen, der Metallurgie von Eisen und der Aktivierungsenergie.
Erläuterung des Versuchs:
Die Reaktion von Eisen(III)-oxid und Aluminium kann durch die Gleichung dargestellt werden:
Fe2O3 (s) + 2 Al (s) → Al2O3 (s) + 2 Fe (s)
Diese Reaktion gehört zu einer Klasse von Reaktionen, die als „Thermit“-Prozess bekannt ist und industriell zum Schweißen, zur Herstellung von Metallen aus ihren Oxiden und zur Produktion von Brandsätzen verwendet wird. Der Prozess wird durch Hitze ausgelöst, ist dann aber selbsterhaltend.
Die Thermitreaktion wird durch die Hitze ausgelöst, die von der Mischung aus Kaliumpermanganat und Glyzerin freigesetzt wird. Die Verwendung der Zündung eines Magnesiumbandes zur Auslösung der gewünschten Reaktion ist nicht so zuverlässig wie die angegebene.
Materialien Vorbereitung:
- 50 – 55 g Eisen(III)-oxidpulver, Fe2O3
- 15 g Aluminiumpulver
- 20 – 25 g Kaliumpermanganat, KMnO4
- 5 – 6 mL Glycerin (Glycerin), C3H5(OH)3
- Schöpfkelle
- 2 Terrakotta-Blumentöpfe, ca. 2 ½ in. Innendurchmesser oben mit 1 cm Loch im Boden
- Filterpapier oder Papierhandtuch, das in den Boden eines Topfes passt
- Eisenring mit Innendurchmesser von 6 – 7 cm
- 1 m Ringständer
- Zementplatte – hitzebeständig – ca. 1 m x 1 m
- Großer Metalleimer gefüllt mit trockenem Sand
- Durchsichtiges Schutzschild
- 10 mL Becherglas
- Zange
- Hitzeschutzhandschuhe
Diese Demonstration sollte nur in einem großen gut belüfteten Raum oder im Freien durchgeführt werden. Die Reaktion erzeugt eine große Menge Rauch. Funken können 2 m senkrecht und 5 m waagerecht geschleudert werden. Halten Sie brennbares Material vom Experimentierbereich fern. Lege ein Stück Papierhandtuch oder Filterpapier über die untere Öffnung des einen Tontopfes und stelle diesen Topf in den anderen Tontopf. Mische das Eisen(III)-oxid und das Aluminiumpulver gründlich. Schaufle die Mischung in den Topf. Forme eine kleine kegelförmige Vertiefung in der Mitte der Mischung, ca. 2 cm tief und 1 – 2 cm breit. Füllen Sie diese Vertiefung mit 20 – 25 g Kaliumpermanganatkristallen. Forme eine weitere kleine kegelförmige Vertiefung in den KmnO4-Kristallen.
Stelle die Tontöpfe in einen Metallring, der oben an einem Ringständer befestigt ist. Stelle den Ringständer in die Mitte der hitzebeständigen Zementplatte. Um das geschmolzene Eisen aufzufangen, stelle eine Sandwanne etwa 1 m unter das Reaktionsgefäß. Benutze das Schutzschild zum Schutz vor Funken.
Vorführung:
Gib 5 – 6 mL Glyzerin in ein kleines Becherglas. Gieße das Glyzerin schnell auf die Vertiefung in den KMnO4-Kristallen. Tritt sofort zurück. Das Gemisch entzündet sich in etwa 15 Sekunden. Es entstehen Flammen, Funkenflug, Rauch und Staub. Das geschmolzene Eisen läuft durch das Loch im Topf in das Sandbad. Wenn die Reaktion beendet ist, hebt man das weißglühende Eisen mit einer Zange auf. Lassen Sie das Eisen abkühlen, bevor Sie es anfassen.
Gefahren:
Bei dieser Demonstration entstehen große Hitze und geschmolzenes Metall. Ein Feuerlöscher sollte jederzeit griffbereit sein. Wasser sollte nicht zum Löschen der Reaktion verwendet werden, da durch die Zugabe von Wasser zu heißem Eisen explosionsfähiges Wasserstoffgas entsteht. Da Brände, die durch Thermitreaktionen entstehen, schwer zu kontrollieren sind, sollten die Chemikalien nicht in größeren Mengen als empfohlen verwendet werden. Zum Schutz vor Funken sollte ein Schutzschild verwendet werden. Es sollte darauf geachtet werden, dass man nicht mit geschmolzenem Eisen in Berührung kommt. Es sollten Hitzeschutzhandschuhe getragen werden, und die heißen Produkte sollten nur mit einer Zange angefasst werden. KMnO4 ist mit großer Vorsicht zu handhaben, da es zu Explosionen kommen kann, wenn es mit organischen oder anderen leicht oxidierbaren Stoffen in Kontakt kommt, sei es in Lösung oder im trockenen Zustand. Wegen der Rauch- und Staubentwicklung sollte die Demonstration am Ende der Vorlesung in einem gut belüfteten Raum durchgeführt werden.
Entsorgung:
Lassen Sie die entstandenen Feststoffe auf Raumtemperatur abkühlen. Alle Feststoffe können in einen Abfallbehälter abgekratzt werden. Der innere Blumentopf bekommt immer Risse und sollte nicht wiederverwendet werden.
Video:
Allgemeines:
- Thermodynamik
Reaktionstyp:
- Exothermisch