Kort beskrivning:
Tillägg av en liten mängd glycerin till en hög med järn(III)oxid, aluminiumpulver och kaliumpermanganat ger upphov till en flamma, gnistor och smält järn.
Syfte/Mål:
Illustrerar begreppet exotermiska reaktioner, järnmetallurgi och aktiveringsenergi.
Experimentets förklaring:
Reaktionen mellan järn(III)oxid och aluminium kan representeras av ekvationen:
Fe2O3 (s) + 2 Al (s) → Al2O3 (s) + 2 Fe (s)
Denna reaktion är en av en klass av reaktioner som är kända som ”termit”-processen, som har använts industriellt för svetsning, framställning av metaller från deras oxider och tillverkning av brandfarliga anordningar. Processen initieras av värme, men blir sedan självförsörjande.
Thermitreaktionen initieras av den värme som frigörs från blandningen av kaliumpermanganat och glycerin. Användning av antändning av magnesiumband för att initiera den önskade reaktionen är inte lika tillförlitlig som den angivna.
Materialförberedelse:
- 50 – 55 g järn(III)oxidpulver, Fe2O3
- 15 g aluminiumpulver
- 20 – 25 g kaliumpermanganat, KMnO4
- 5 – 6 mL glycerin (glycerol), C3H5(OH)3
- Scoopula
- 2 terrakottablommkrukor, ca. 2 ½ tum. inre toppdiameter med 1 cm hål i botten
- Filterpapper eller pappershandduk som passar i botten på en kruka
- Järnring med innerdiameter 6 – 7 cm
- 1 m ringstativ
- Cementpapp – värmebeständig – ca. 1 m x 1 m
- Stor metallhink fylld med torr sand
- Transparent skyddsskärm
- 10 mL bägare
- Tång
- Värmeskyddshandskar
Denna demonstration bör endast utföras i ett stort välventilerat rum eller utomhus. Reaktionen ger upphov till en stor mängd rök. Gnistor kan kastas 2 m vertikalt och 5 m horisontellt. Håll brännbart material borta från försöksområdet. Placera en bit pappershandduk eller filterpapper över bottenöppningen på den ena lerkrukan och placera den krukan inuti den andra lerkrukan. Blanda järn(III)oxid och aluminiumpulver noga. Skopa upp blandningen i krukan. Gör en liten konisk fördjupning i mitten av blandningen ca. 2 cm djup och 1-2 cm bred. Fyll denna fördjupning med 20-25 g kaliumpermanganatkristaller. Forma ytterligare en liten konisk fördjupning i KmnO4-kristallerna.
Placera lerkrukorna i en metallring som är fastspänd på toppen av ett ringstativ. Placera ringstativet i mitten av den värmebeständiga cementplattan. För att fånga upp det smälta järnet placerar du ett sandbad ca 1 m under reaktionskärlet. Använd säkerhetsskölden som skydd mot gnistor.
Presentation:
Placera 5 – 6 ml glycerin i en liten bägare. Häll snabbt glycerinet på fördjupningen i KMnO4-kristallerna. Gå omedelbart tillbaka. Blandningen antänds på cirka 15 sekunder. Lågor, gnistor, rök och damm bildas. Smält järn rinner genom hålet i krukan ner i sandbadet. När reaktionen är över använder du en tång för att ta upp det vitglödgade järnet. Låt järnet svalna innan du rör vid det.
Faror:
Denna demonstration producerar intensiv värme och smält metall. En brandsläckare bör alltid vara lättillgänglig. Vatten bör inte användas för att släcka reaktionen, eftersom tillsats av vatten till hett järn ger upphov till potentiellt explosiv vätgas. Eftersom bränder till följd av termitreaktioner kan vara svåra att kontrollera bör kemikalierna inte användas i större mängder än vad som föreslås. En säkerhetssköld bör användas som skydd mot gnistor. Försiktighet bör iakttas för att undvika exponering för smält järn. Värmeskyddande handskar bör bäras och de heta produkterna bör endast hanteras med en tång. Hantera KMnO4 med stor försiktighet, eftersom explosioner kan uppstå om det kommer i kontakt med organiska eller andra lätt oxiderbara ämnen, antingen i lösning eller i torrt tillstånd. På grund av den rök och det damm som frigörs bör demonstrationen utföras i ett välventilerat rum i slutet av föreläsningen.
Bortskaffande:
Låt de producerade fasta ämnena svalna till rumstemperatur. Alla fasta ämnen kan skrapas av i en avfallsbehållare. Den inre blomkrukan spricker alltid och bör inte återanvändas.
Video:
Generellt begrepp:
- Thermodynamik
Reaktionstyp:
- Exotermisk
.