Krótki opis:
Dodanie małej ilości gliceryny do stosu tlenku żelaza (III), proszku aluminiowego i nadmanganianu potasu wytwarza płomień, iskry i stopione żelazo.
Cel:
Przybliża pojęcie reakcji egzotermicznych, metalurgii żelaza i energii aktywacji.
Objaśnienie doświadczenia:
Reakcja tlenku żelaza (III) i glinu może być przedstawiona za pomocą równania:
Fe2O3 (s) + 2 Al (s) → Al2O3 (s) + 2 Fe (s)
Reakcja ta należy do klasy reakcji znanych jako proces „termitu”, który był wykorzystywany przemysłowo do spawania, otrzymywania metali z ich tlenków oraz do produkcji urządzeń zapalających. Proces jest inicjowany przez ciepło, ale następnie staje się samoczynny.
Reakcja termitu jest inicjowana przez ciepło uwalniane z mieszaniny nadmanganianu potasu i gliceryny. Użycie zapłonu wstęgi magnezowej do zainicjowania pożądanej reakcji nie jest tak wiarygodne, jak podano.
Przygotowanie materiałów:
- 50 – 55 g sproszkowanego tlenku żelaza (III), Fe2O3
- 15 g sproszkowanego glinu
- 20 – 25 g nadmanganianu potasu, KMnO4
- 5 – 6 mL gliceryny (glicerolu), C3H5(OH)3
- Szufelka
- 2 doniczki z terakoty, ok. 2 ½ cala. średnica wewnętrzna u góry z 1 cm otworem w dnie
- Bibuła filtracyjna lub ręcznik papierowy pasujący do dna jednej doniczki
- Pierścień żelazny o średnicy wewnętrznej 6 – 7 cm
- 1 m stojak na pierścień
- Płyta cementowa – żaroodporna – ok. 1 m x 1 m
- Duże metalowe wiadro wypełnione suchym piaskiem
- Przezroczysta osłona bezpieczeństwa
- Zlewka o pojemności 10 mL
- Szczypce
- Rękawice chroniące przed wysoką temperaturą
Tę demonstrację należy przeprowadzać wyłącznie w dużym, dobrze wentylowanym pomieszczeniu lub na zewnątrz. W wyniku reakcji powstaje duża ilość dymu. Iskry mogą być rzucane na odległość 2 m w pionie i 5 m w poziomie. Trzymać materiały łatwopalne z dala od obszaru eksperymentu. Umieść skrawek ręcznika papierowego lub bibuły filtracyjnej nad otworem w dnie jednego naczynia glinianego i umieść to naczynie wewnątrz drugiego naczynia glinianego. Dokładnie wymieszać tlenek żelaza (III) i proszek aluminiowy. Nabrać mieszaninę do garnka. Uformować małe wgłębienie w kształcie stożka w środku mieszaniny o głębokości ok. 2 cm i 1 – 2 cm. 2 cm głębokości i 1 – 2 cm szerokości. Wypełnić to wgłębienie 20-25 g kryształów nadmanganianu potasu. Uformuj kolejne małe wgłębienie w kształcie stożka w kryształach KmnO4.
Umieść gliniane naczynia wewnątrz metalowego pierścienia przymocowanego do górnej części stojaka na pierścienie. Umieść stojak na pierścienie na środku żaroodpornej płyty cementowej. Aby wyłapać stopione żelazo, umieść wannę z piaskiem około 1 m poniżej naczynia reakcyjnego. Użyj tarczy ochronnej do ochrony przed iskrami.
Prezentacja:
W małej zlewce umieść 5 – 6 mL gliceryny. Szybko wylej glicerynę na wgłębienie w kryształach KMnO4. Natychmiast cofnąć się. Zapłon mieszaniny następuje po około 15 sekundach. Powstaje płomień, latające iskry, dym i pył. Stopione żelazo spływa przez otwór w naczyniu do kąpieli piaskowej. Po zakończeniu reakcji, użyj szczypiec, aby podnieść białe, gorące żelazo. Pozwól, aby żelazo ostygło przed dotknięciem.
Zagrożenia:
Ta demonstracja wytwarza intensywne ciepło i stopiony metal. Gaśnica powinna być łatwo dostępna przez cały czas. Woda nie powinna być używana do gaszenia reakcji, ponieważ dodanie wody do gorącego żelaza wytwarza potencjalnie wybuchowy wodór. Ponieważ pożary powstałe w wyniku reakcji termitów mogą być trudne do opanowania, nie należy używać substancji chemicznych w ilościach większych niż sugerowane. W celu ochrony przed iskrami należy stosować osłonę bezpieczeństwa. Należy uważać, aby uniknąć kontaktu z roztopionym żelazem. Należy nosić rękawice chroniące przed wysoką temperaturą, a gorące produkty powinny być przenoszone wyłącznie szczypcami. Z KMnO4 należy obchodzić się bardzo ostrożnie, ponieważ może dojść do wybuchu w przypadku kontaktu z substancjami organicznymi lub innymi łatwo utleniającymi się substancjami, zarówno w roztworze, jak i w stanie suchym. Ze względu na uwalniany dym i pył, demonstrację należy przeprowadzić w dobrze wentylowanym pomieszczeniu pod koniec wykładu.
Usuwanie:
Pozwolić wytworzonym ciałom stałym ostygnąć do temperatury pokojowej. Wszystkie substancje stałe mogą być zeskrobane do pojemnika na odpady. Wewnętrzna doniczka nieodmiennie pęka i nie powinna być ponownie używana.
Wideo:
Pojęcie ogólne:
- Termodynamika
Typ reakcji:
- Ekstotermiczna
.