Lyhyt kuvaus:
Rauta(III)oksidia, alumiinijauhetta ja kaliumpermanganaattia sisältävään kasaan lisätään pieni määrä glyseriiniä, jolloin syntyy liekki, kipinöitä ja sulaa rautaa.
Tarkoitus/tavoite:
Edistää eksotermisten reaktioiden käsitettä, raudan metallurgiaa ja aktivoitumisenergiaa.
Kokeen selitys:
Rauta(III)oksidin ja alumiinin reaktio voidaan esittää yhtälöllä:
Fe2O3 (s) + 2 Al (s) → Al2O3 (s) + 2 Fe (s)
Tämä reaktio kuuluu ”termiitti”-prosessiksi kutsuttujen reaktioiden luokkaan, jota on käytetty teollisesti hitsaukseen, metallien valmistukseen niiden oksideista ja sytytyslaitteiden valmistukseen. Prosessi käynnistyy lämmön vaikutuksesta, mutta muuttuu sitten itsekestäväksi.
Termiittireaktio käynnistyy kaliumpermanganaatin ja glyseriinin seoksesta vapautuvasta lämmöstä. Magnesiumnauhan sytyttämisen käyttäminen halutun reaktion käynnistämiseen ei ole yhtä luotettavaa kuin annettu.
Materiaalien valmistus:
- 50 – 55 g rauta(III)oksidijauhetta, Fe2O3
- 15 g alumiinijauhetta
- 20 – 25 g kaliumpermanganaattia, KMnO4
- 5 – 6 ml glyserolia (glyserolia), C3H5(OH)3
- Skooppi
- 2 terrakottakukkaruukkua, ka. 2 ½ in. sisähalkaisija ylhäällä ja 1 cm:n reikä pohjassa
- Suodatinpaperi tai paperipyyhe, joka sopii yhden ruukun pohjalle
- Rautarengas, jonka sisähalkaisija on 6 – 7 cm
- 1 m:n rengasjalusta
- Sementtikartonki – lämmönkestävä – n. 1 cm. 1 m x 1 m
- Suuri metalliämpäri, joka on täytetty kuivalla hiekalla
- Läpinäkyvä suojakilpi
- 10 ml:n dekantterilasi
- Pihdit
- Lämpösuojakäsineet
Tämä esittely on suoritettava vain suuressa, hyvin tuuletetussa huoneessa tai ulkona. Reaktio tuottaa suuren määrän savua. Kipinöitä voi sinkoutua 2 m pystysuoraan ja 5 m vaakasuoraan. Pidä syttyvä materiaali poissa koealueelta. Aseta paperipyyhkeen tai suodatinpaperin pala yhden saviastian pohjan aukon päälle ja aseta tämä astia toisen saviastian sisään. Sekoita rauta(III)oksidi ja alumiinijauhe tiiviisti keskenään. Kauho seos ruukkuun. Muotoile pieni kartionmuotoinen syvennys seoksen keskelle n. 20 cm. 2 cm:n syvyyteen ja 1-2 cm:n leveyteen. Täytä tämä syvennys 20-25 g kaliumpermanganaattikiteillä. Muotoile toinen pieni kartionmuotoinen syvennys KmnO4-kiteisiin.
Aseta saviruukut metallirenkaan sisään, joka on kiinnitetty rengastelineen yläosaan. Aseta rengasteline lämmönkestävän sementtilevyn keskelle. Aseta hiekkakylpy noin 1 m reaktioastian alapuolelle, jotta sula rauta saadaan kiinni. Käytä suojakilpeä suojautuaksesi kipinöiltä.
Esitys:
Laita 5 – 6 ml glyseriiniä pieneen dekantterilasiin. Kaada glyseriini nopeasti KMnO4-kiteiden syvennykseen. Astu välittömästi taaksepäin. Seos syttyy noin 15 sekunnissa. Syntyy liekki, kipinöitä, savua ja pölyä. Sula rauta valuu kattilassa olevan reiän läpi hiekkakylpyyn. Kun reaktio on päättynyt, poimi valkoista kuumaa rautaa pihdeillä. Anna raudan jäähtyä, ennen kuin kosketat sitä.
Vaarat:
Tämä esittely tuottaa voimakasta kuumuutta ja sulaa metallia. Palosammuttimen tulisi olla aina helposti saatavilla. Reaktion sammuttamiseen ei saa käyttää vettä, koska veden lisääminen kuumaan rautaan tuottaa räjähdysvaarallista vetykaasua. Koska termiittireaktioista aiheutuvia tulipaloja voi olla vaikea hallita, kemikaaleja ei tulisi käyttää suositeltua suurempia määriä. Kipinöiltä suojaamiseksi on käytettävä suojakilpeä. On varottava altistumista sulalle raudalle. Lämpösuojakäsineitä on käytettävä, ja kuumia tuotteita on käsiteltävä vain pihdeillä. Käsittele KMnO4:ää erittäin varovasti, koska räjähdyksiä voi tapahtua, jos se joutuu kosketuksiin orgaanisten tai muiden helposti hapettuvien aineiden kanssa joko liuoksena tai kuivana. Vapautuvan savun ja pölyn vuoksi demonstraatio on suoritettava hyvin tuuletetussa huoneessa luennon päätteeksi.
Hävittäminen:
Anna syntyneen kiinteän aineen jäähtyä huoneenlämpötilaan. Kaikki kiinteät aineet voidaan raaputtaa jäteastiaan. Sisempi kukkaruukku halkeaa poikkeuksetta, eikä sitä saa käyttää uudelleen.
Video:
Yleinen käsite:
- Thermodynamiikka
Reaktiotyyppi:
- Exoterminen