Descrizione breve:
L’aggiunta di una piccola quantità di glicerina a un mucchio di ossido di ferro (III), polvere di alluminio e permanganato di potassio produce una fiamma, scintille e ferro fuso.
Scopo/Obiettivo:
Illustra il concetto di reazioni esotermiche, la metallurgia del ferro e l’energia di attivazione.
Spiegazione dell’esperimento:
La reazione tra ossido di ferro (III) e alluminio può essere rappresentata dall’equazione:
Fe2O3 (s) + 2 Al (s) → Al2O3 (s) + 2 Fe (s)
Questa reazione fa parte di una classe di reazioni note come processo della “termite”, che è stato usato industrialmente per la saldatura, la preparazione di metalli dai loro ossidi, e la produzione di dispositivi incendiari. Il processo è iniziato dal calore, ma poi diventa autosufficiente.
La reazione della termite è iniziata dal calore rilasciato dalla miscela di permanganato di potassio e glicerina. L’uso dell’accensione del nastro di magnesio per iniziare la reazione desiderata non è così affidabile come quello dato.
Preparazione dei materiali:
- 50 – 55 g di ossido di ferro (III) in polvere, Fe2O3
- 15 g di polvere di alluminio
- 20 – 25 g di permanganato di potassio, KMnO4
- 5 – 6 mL di glicerina (glicerolo), C3H5(OH)3
- Scoopula
- 2 vasi di terracotta, ca. 2 ½ in. diametro interno superiore con un foro di 1 cm sul fondo
- Carta da filtro o tovagliolo di carta per adattarsi al fondo di un vaso
- Anello di ferro con diametro interno di 6 – 7 cm
- Supporto ad anello da 1 m
- Bordo di cemento – resistente al calore – ca. 1 m x 1 m
- Grande secchio di metallo riempito di sabbia asciutta
- Scudo di sicurezza trasparente
- Becco da 10 mL
- Tonghe
- Guanti di protezione dal calore
Questa dimostrazione dovrebbe essere eseguita solo in una grande stanza ben ventilata o all’aperto. La reazione produce una grande quantità di fumo. Le scintille possono essere lanciate 2 m in verticale e 5 m in orizzontale. Tieni il materiale infiammabile lontano dall’area sperimentale. Metti un pezzo di tovagliolo di carta o di carta da filtro sull’apertura del fondo di un vaso di argilla e metti quel vaso dentro l’altro vaso di argilla. Mescolare intimamente l’ossido di ferro (III) e la polvere di alluminio. Raccogliete la miscela nella pentola. Formare una piccola rientranza a forma di cono nel centro della miscela di circa 2 cm di profondità e 1 – 2 cm di larghezza. Riempire questa rientranza con 20 – 25 g di cristalli di permanganato di potassio. Formare un’altra piccola rientranza a forma di cono nei cristalli di KmnO4.
Posizionare i vasi di argilla all’interno di un anello di metallo fissato alla parte superiore di un supporto ad anello. Mettete il supporto ad anello al centro della tavola di cemento resistente al calore. Per catturare il ferro fuso, mettere un bagno di sabbia a circa 1 m sotto il recipiente di reazione. Usare lo scudo di sicurezza per la protezione dalle scintille.
Presentazione:
Porre 5 – 6 mL di glicerina in un piccolo becher. Versare rapidamente la glicerina sulla depressione dei cristalli di KMnO4. Indietreggiare immediatamente. L’accensione della miscela si ottiene in circa 15 secondi. Si producono fiamme, scintille volanti, fumo e polvere. Il ferro fuso scorre attraverso il foro della pentola nel bagno di sabbia. Quando la reazione è finita, usa le pinze per raccogliere il ferro bianco e caldo. Lascia raffreddare il ferro prima di toccarlo.
Pericoli:
Questa dimostrazione produce calore intenso e metallo fuso. Un estintore dovrebbe essere sempre disponibile. L’acqua non dovrebbe essere usata per estinguere la reazione, poiché l’aggiunta di acqua al ferro caldo produce gas di idrogeno potenzialmente esplosivo. Poiché gli incendi risultanti dalle reazioni della termite possono essere difficili da controllare, le sostanze chimiche non dovrebbero essere usate in quantità maggiori di quanto suggerito. Uno schermo di sicurezza dovrebbe essere usato per proteggersi dalle scintille. Si dovrebbe fare attenzione ad evitare l’esposizione al ferro fuso. Si dovrebbero indossare guanti protettivi contro il calore e i prodotti caldi dovrebbero essere maneggiati solo con le pinze. Maneggiare il KMnO4 con molta attenzione, poiché possono verificarsi esplosioni se viene messo in contatto con sostanze organiche o altre sostanze facilmente ossidabili, sia in soluzione che allo stato secco. A causa del fumo e della polvere rilasciati, la dimostrazione dovrebbe essere eseguita in una stanza ben ventilata alla fine della lezione.
Smaltimento:
Lasciare raffreddare i solidi prodotti a temperatura ambiente. Tutti i solidi possono essere raschiati via in un contenitore per rifiuti. Il vaso interno si crepa invariabilmente, e non dovrebbe essere riutilizzato.
Video:
Concetto generale:
- Thermodynamics
Tipo di reazione:
- Exothermic