Briefe beschrijving:
Een kleine hoeveelheid glycerine toevoegen aan een hoopje ijzer(III)oxide, aluminiumpoeder en kaliumpermanganaat levert een vlam, vonken en gesmolten ijzer op.
Doelstelling:
Het concept van exotherme reacties, de metallurgie van ijzer en activeringsenergie verduidelijken.
Uitleg van het experiment:
De reactie van ijzer(III)oxide en aluminium kan met de vergelijking worden weergegeven:
Fe2O3 (s) + 2 Al (s) → Al2O3 (s) + 2 Fe (s)
Deze reactie behoort tot een klasse reacties die bekend staat als het “thermiet”-proces, dat industrieel is gebruikt voor lassen, de bereiding van metalen uit hun oxiden, en de productie van brandgevaarlijke apparaten. Het proces wordt op gang gebracht door warmte, maar wordt daarna zelfonderhoudend.
De thermietreactie wordt op gang gebracht door de warmte die vrijkomt uit het mengsel van kaliumpermanganaat en glycerine. Het gebruik van de ontsteking van magnesiumlint om de gewenste reactie op gang te brengen is niet zo betrouwbaar als het gegeven.
Materiaalvoorbereiding:
- 50 – 55 g ijzer(III)oxidepoeder, Fe2O3
- 15 g aluminiumpoeder
- 20 – 25 g kaliumpermanganaat, KMnO4
- 5 – 6 mL glycerine (glycerol), C3H5(OH)3
- Scoopula
- 2 terra cotta bloempotten, ca. 2 ½ in. binnendiameter bovenkant met gat van 1 cm in bodem
- Filterpapier of papieren handdoek passend op de bodem van één pot
- Izeren ring met binnendiameter van 6 – 7 cm
- 1 m ringstandaard
- Cementplaat – hittebestendig – ca. 1 m x 1 m
- Grote metalen emmer gevuld met droog zand
- Transparant veiligheidsscherm
- 10 mL bekerglas
- Tongs
- Hittebestendige handschoenen
Deze demonstratie mag alleen worden uitgevoerd in een grote, goed geventileerde ruimte of buiten. De reactie veroorzaakt een grote hoeveelheid rook. Vonken kunnen 2 m verticaal en 5 m horizontaal worden geworpen. Houd brandbaar materiaal uit de buurt van de experimenteerruimte. Leg een stukje keukenrol of filtreerpapier over de bodemopening van een kleipot en plaats die pot in de andere kleipot. Meng het ijzer(III)oxide en het aluminiumpoeder goed door elkaar. Schep het mengsel in het potje. Maak in het midden van het mengsel een kleine kegelvormige inkeping van ca. 2 cm diep en 1 – 2 cm breed. Vul deze inkeping met 20 – 25 g kaliumpermanganaatkristallen. Maak nog een kleine kegelvormige inkeping in de KmnO4-kristallen.
Plaats de kleipotten in een metalen ring die aan de bovenkant van een ringstandaard is geklemd. Zet de ringstandaard in het midden van de hittebestendige cementplaat. Om het gesmolten ijzer op te vangen, plaatst u een zandbad ongeveer 1 m onder het reactievat. Gebruik het veiligheidsschild ter bescherming tegen vonken.
Presentatie:
Doe 5 – 6 mL glycerine in een klein bekerglas. Giet de glycerine snel op de holte in de KMnO4-kristallen. Doe onmiddellijk een stap terug. Het mengsel ontbrandt in ongeveer 15 seconden. Er ontstaan vlammen, rondvliegende vonken, rook en stof. Gesmolten ijzer loopt door het gat in de pot in het zandbad. Als de reactie voorbij is, pakt u met een tang het withete ijzer op. Laat het ijzer afkoelen alvorens het aan te raken.
Gevaren:
Deze demonstratie produceert intense hitte en gesmolten metaal. Een brandblusser moet te allen tijde direct beschikbaar zijn. Water zou niet moeten worden gebruikt om de reactie te blussen, aangezien de toevoeging van water aan heet ijzer potentieel explosief waterstofgas produceert. Aangezien branden als gevolg van thermietreacties moeilijk onder controle te krijgen kunnen zijn, moeten de chemicaliën niet in grotere hoeveelheden worden gebruikt dan wordt voorgesteld. Een veiligheidsscherm moet worden gebruikt ter bescherming tegen vonken. Blootstelling aan gesmolten ijzer moet worden vermeden. Hittebestendige handschoenen moeten worden gedragen, en de hete producten mogen alleen met een tang worden gehanteerd. Behandel KMnO4 met grote voorzichtigheid, want er kunnen explosies ontstaan als het in contact komt met organische of andere gemakkelijk oxideerbare stoffen, hetzij in opgeloste of droge toestand. In verband met de rook en het stof die vrijkomen, moet de demonstratie aan het eind van het college in een goed geventileerde ruimte worden uitgevoerd.
Verwijdering:
Laat de geproduceerde vaste stoffen afkoelen tot kamertemperatuur. Alle vaste stoffen kunnen worden afgeschraapt in een afvalcontainer. De binnenste bloempot barst steevast en mag niet worden hergebruikt.
Video:
Algemeen concept:
- Thermodynamica
Type reactie:
- Exotherm