Brief Description:
Adição de uma pequena quantidade de glicerina a uma pilha de óxido de ferro (III), pó de alumínio, e permanganato de potássio produz uma chama, faíscas, e ferro fundido.
Propósito/Goal:
Ilustra o conceito de reações exotérmicas, a metalurgia do ferro, e a energia de ativação.
Explicação da Experiência:
A reacção de óxido de ferro (III) e alumínio pode ser representada pela equação:
Fe2O3 (s) + 2 Al (s) → Al2O3 (s) + 2 Fe (s)
Esta reacção é uma de uma classe de reacções conhecida como o processo “thermite”, que tem sido utilizada industrialmente para a soldadura, a preparação de metais a partir dos seus óxidos, e a produção de dispositivos incendiários. O processo é iniciado pelo calor, mas depois se torna auto-sustentável.
A reação termita é iniciada pelo calor liberado da mistura de permanganato de potássio e glicerina. O uso da ignição da fita de magnésio para iniciar a reação desejada não é tão confiável quanto a reação dada.
Preparação dos materiais:
- 50 – 55 g de pó de óxido de ferro (III), Fe2O3
- 15 g de pó de alumínio
- 20 – 25 g de permanganato de potássio, KMnO4
- 5 – 6 mL de glicerina (glicerol), C3H5(OH)3
- Scoopula
- 2 vasos de terra cotta, ca. 2 ½ in. diâmetro interior superior com furo de 1 cm no fundo
- Filtro de papel ou toalha de papel para caber no fundo de um vaso
- Anel de bronze com diâmetro interior de 6 – 7 cm
- Anel de 1 m de diâmetro interior
- Tábua de cimento – resistente ao calor – ca. 1 m x 1 m
- Balde metálico grande cheio de areia seca
- Protecção de segurança transparente
- 10 mL copo
- Tornos
- Luvas de protecção de calor
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Esta demonstração deve ser realizada apenas numa grande sala bem ventilada ou ao ar livre. A reacção produz uma grande quantidade de fumo. As faíscas podem ser lançadas 2 m na vertical e 5 m na horizontal. Mantenha o material inflamável longe da área experimental. Coloque um pedaço de papel toalha ou papel filtro sobre a abertura inferior de um vaso de barro e coloque esse vaso dentro do outro vaso de barro. Misturar intimamente o óxido de ferro (III) e o pó de alumínio. Mergulhe a mistura na panela. Forme um pequeno recuo em forma de cone no centro da mistura ca. 2 cm de profundidade e 1 – 2 cm de largura. Encha este recuo com 20 – 25 g de cristais de permanganato de potássio. Forme outro pequeno recuo em forma de cone nos cristais KmnO4.
Coloque os potes de argila dentro de um anel metálico preso à parte superior de um suporte de anel. Coloque o suporte de anéis no meio da placa de cimento resistente ao calor. Para apanhar o ferro derretido, coloque um banho de areia cerca de 1 m abaixo do recipiente de reacção. Use o escudo de segurança para proteção contra faíscas.
Apresentação:
Coloque 5 – 6 mL de glicerina em um pequeno copo. Deite rapidamente a glicerina sobre a depressão nos cristais KMnO4. Afaste-se imediatamente. A ignição da mistura é feita em cerca de 15 segundos. São produzidas chamas, faíscas voadoras, fumo e pó. O ferro fundido corre através do buraco da panela para o banho de areia. Quando a reação termina, use uma pinça para pegar o ferro quente branco. Deixe o ferro esfriar antes de tocar.
Perigos:
Esta demonstração produz calor intenso e metal fundido. Um extintor de incêndio deve estar disponível a qualquer momento. A água não deve ser usada para extinguir a reação, já que a adição de água ao ferro quente produz gás hidrogênio potencialmente explosivo. Uma vez que os incêndios resultantes de reações térmicas podem ser difíceis de controlar, os produtos químicos não devem ser usados em quantidades maiores do que as sugeridas. Um escudo de segurança deve ser usado para proteção contra faíscas. Deve-se tomar cuidado para evitar a exposição ao ferro fundido. Devem ser usadas luvas de protecção contra o calor, e os produtos quentes devem ser manuseados apenas com pinças. Manusear o KMnO4 com muito cuidado, uma vez que podem ocorrer explosões se este for colocado em contacto com substâncias orgânicas ou outras substâncias facilmente oxidáveis, quer em solução ou no estado seco. Devido à fumaça e poeira liberada, a demonstração deve ser realizada em sala bem ventilada no final da palestra.
Disposição:
Deixe os sólidos produzidos esfriarem à temperatura ambiente. Todos os sólidos podem ser raspados em um recipiente de resíduos. O vaso interno de flores invariavelmente racha, e não deve ser reutilizado.
Vídeo:
Conceito Geral:
- Termodinâmica:
Tipo de Reacção:
- Exotérmico: