Déscription sommaire:
L’ajout d’une petite quantité de glycérine à un tas d’oxyde de fer (III), de poudre d’aluminium et de permanganate de potassium produit une flamme, des étincelles et du fer fondu.
But/objectif:
Illustre le concept de réactions exothermiques, la métallurgie du fer et l’énergie d’activation.
Explication de l’expérience:
La réaction de l’oxyde de fer (III) et de l’aluminium peut être représentée par l’équation :
Fe2O3 (s) + 2 Al (s) → Al2O3 (s) + 2 Fe (s)
Cette réaction fait partie d’une classe de réactions connues sous le nom de procédé « thermite », qui a été utilisé industriellement pour la soudure, la préparation de métaux à partir de leurs oxydes, et la production de dispositifs incendiaires. Le processus est initié par la chaleur, mais devient ensuite auto-entretenu.
La réaction de thermite est initiée par la chaleur dégagée par le mélange de permanganate de potassium et de glycérine. L’utilisation de l’allumage d’un ruban de magnésium pour initier la réaction souhaitée n’est pas aussi fiable que celle donnée.
Préparation des matériaux :
- 50 – 55 g de poudre d’oxyde de fer (III), Fe2O3
- 15 g de poudre d’aluminium
- 20 – 25 g de permanganate de potassium, KMnO4
- 5 – 6 mL de glycérine (glycérol), C3H5(OH)3
- Scoopula
- 2 pots de fleurs en terre cuite, d’environ. 2 ½ po. diamètre intérieur supérieur avec un trou de 1 cm au fond
- Papier filtre ou serviette en papier pour s’adapter au fond d’un pot
- Anneau en fer avec un diamètre intérieur de 6 – 7 cm
- Support d’anneau de 1 m
- Panneau de ciment – résistant à la chaleur – ca. 1 m x 1 m
- Grand seau métallique rempli de sable sec
- Bouclier de sécurité transparent
- Bécher de 10 ml
- Pinces
- Gants de protection contre la chaleur
Cette démonstration doit être effectuée uniquement dans une grande pièce bien ventilée ou à l’extérieur. La réaction produit une grande quantité de fumée. Des étincelles peuvent être projetées à 2 m verticalement et 5 m horizontalement. Eloignez les matériaux inflammables de la zone expérimentale. Placez un morceau de papier absorbant ou de papier filtre sur l’ouverture du fond d’un pot en argile et placez ce pot à l’intérieur de l’autre pot en argile. Mélangez intimement l’oxyde de fer (III) et la poudre d’aluminium. Versez le mélange dans le pot. Formez une petite cavité conique au centre du mélange d’environ 2 cm de profondeur et de 1 à 2 cm d’épaisseur. 2 cm de profondeur et 1 à 2 cm de largeur. Remplissez cette cavité de 20 à 25 g de cristaux de permanganate de potassium. Formez une autre petite indentation conique dans les cristaux de KmnO4.
Placez les pots d’argile à l’intérieur d’un anneau métallique fixé au sommet d’un support annulaire. Placez le support d’anneau au milieu de la planche de ciment résistant à la chaleur. Pour récupérer le fer fondu, placez un bain de sable à environ 1 m sous le récipient de réaction. Utilisez le bouclier de sécurité pour vous protéger des étincelles.
Présentation:
Placez 5 à 6 ml de glycérine dans un petit bécher. Versez rapidement la glycérine sur la dépression des cristaux de KMnO4. Reculez immédiatement. L’inflammation du mélange est obtenue en 15 secondes environ. Une flamme, des étincelles, de la fumée et de la poussière sont produites. Le fer en fusion s’écoule par le trou du pot dans le bain de sable. Lorsque la réaction est terminée, utilisez une pince pour ramasser le fer chauffé à blanc. Laissez le fer refroidir avant de le toucher.
Dangers:
Cette démonstration produit une chaleur intense et du métal en fusion. Un extincteur doit être facilement accessible à tout moment. L’eau ne devrait pas être utilisée pour éteindre la réaction, car l’addition d’eau au fer chaud produit de l’hydrogène gazeux potentiellement explosif. Comme les incendies résultant de réactions de thermite peuvent être difficiles à contrôler, les produits chimiques ne doivent pas être utilisés en plus grandes quantités que celles suggérées. Un écran de sécurité doit être utilisé pour se protéger des étincelles. Il faut prendre soin d’éviter l’exposition au fer fondu. Des gants de protection contre la chaleur doivent être portés et les produits chauds doivent être manipulés avec des pinces. Manipulez le KMnO4 avec beaucoup de précautions, car des explosions peuvent se produire s’il est mis en contact avec des substances organiques ou d’autres substances facilement oxydables, que ce soit en solution ou à l’état sec. En raison de la fumée et de la poussière dégagées, la démonstration doit être effectuée dans une pièce bien ventilée à la fin du cours.
Élimination:
Laissez les solides produits refroidir à la température ambiante. Tous les solides peuvent être raclés dans un récipient à déchets. Le pot de fleurs intérieur se fissure invariablement et ne doit pas être réutilisé.
Vidéo:
Concept général:
- Thermodynamique
Type de réaction:
- Exothermique
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