Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0969 Název školy Gymnázium Česká a Olympijských nadějí, České Budějovice, Česká 64 Název materiáluVY_32_INOVACE_CH_6E_BAR_23_TERMIT.

Prezentace na téma: "Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0969 Název školy Gymnázium Česká a Olympijských nadějí, České Budějovice, Česká 64 Název materiáluVY_32_INOVACE_CH_6E_BAR_23_TERMIT."— Transkript prezentace:

1 Číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0969 Název školy Gymnázium Česká a Olympijských nadějí, České Budějovice, Česká 64 Název materiáluVY_32_INOVACE_CH_6E_BAR_23_TERMIT AutorMgr. Ivan Bartoš, Ph.D. Tematický okruhChemické reakce Ročník6. Datum tvorby15.9.2013 AnotaceDemonstrace historicky významné reakce hliníku s oxidem železitým. Propojuje chemii s učivem dějepisu: 2. světová válka. Metodický pokynPracovní list je určen jako výuková pomůcka se zaměřením na mezipředmětové vztahy předmětů chemie, fyzika, biologie, dějepis i jako materiál k samostudiu. Možnosti využití: promítání, práce jednotlivců nebo dvojic u PC, vytištění pracovního listu pro laboratorní cvičení. Pokud není uvedeno jinak, použitý materiál je z vlastních zdrojů autora DIGITÁLNÍ UČEBNÍ MATERIÁL

2 Pomůcky: kovová miska, písek, zápalnice, Bunsenův kahan, nehořlavá podložka, papír Chemikálie: práškový oxid železitý, práškový hliník, síra, dusičnan draselný Bezpečnost: hliník práškový: hořlavý, R 15,17, S 7/8,43 síra: hořlavá, R11, S 16,26,36 dusičnan draselný: oxidující, R 8, S 17,24/25

3 Postup: Smísíme suchý, jemně práškový hliník se suchým oxidem železitým v hmotnostním poměru 2:1 a důkladně promícháme. Takto jsme získali takzvaný TERMIT. Dále si připravíme iniciační směs, a to ze 4 gramů síry a 3 gramů dusičnanu draselného. Obě látky opatrně mícháme bez vyvíjení tlaku přesypáváním na papírové podložce. Je důležité, aby termit byl dokonale suchý, aby extrémně horký materiál prudce nevystříkl z tyglíku. Jednotlivé komponenty by měly být odděleně vysušeny při teplotě 125˚C v elektrické sušárně. Ještě lepší je směs zahřívat v mírném plameni (použijeme podložku, aby se plamen nedostal do přímého kontaktu se směsí termitu), tím se totiž odstraní vzduchové bubliny ve směsi, která se stane kompaktnější. Následně dosáhneme vyšších teplot, protože celek směsi je tepelně vodivější (vzduch je výborný tepelný izolant). K dispozici by měl být sněhový hasící přístroj, nikoli voda na hašení (možnost vzniku vodíku!). Přihlížející nesmějí být blíž než 5 metrů od reakční směsi, a proto celou demonstraci provádíme na volném prostranství, provedení v laboratoři vyžaduje zkušeného demonstrátora. Po vychladnutí termitu (je nutné se řádně přesvědčit) vytvoříme v kovové misce podložené pískem na nehořlavé podložce malou „hromádku“, na jejímž vrcholu vytvoříme důlek, do něhož nasypeme iniciační směs. Vznikla tak jakási „sopka“, do jejíhož vrcholu vsuneme dostatečně dlouhou zápalnou šňůru, poněvadž lze dosáhnout teploty asi 2500˚C.

4 Vysvětlení: Při termitových reakcích je sloučenina kovu redukována jedním nebo několika kovy nebo slitinami kovů takovým způsobem, že pokud je reakční směs zapálena v jednom svém místě, reakce probíhá rovnoměrně tak, že po kompletní oxidaci redukující látky vzniká tekutá struska, zatímco zredukovaný kov je získán ve formě homogenního tvaru. Pokud je oxid kovu použit v nadbytku, redukovaný kov je neznečištěný prvkem použitým jakožto redukční činidlo. Goldschmidtovy významné objevy zahrnovaly i možnost zažehnout reakční směs prostřednictvím zápalnice, místo zahřívání směsi do okamžiku iniciace. Celý proces bylo možné mít pod kontrolou, a tak se nabízelo jeho využití v průmyslovém měřítku. Goldschmidt také vymyslel důmyslná uspořádání, aby bylo možné připravovat tekuté železo pro svařování a opravování kolejnic a strojírenských součástek. Po mnoho let byl tento proces hojně využíván na železničních a tramvajových tratích nebo ve válcovnách plechu. Reakce práškového hliníku, použitého jako redukční činidlo při redukci oxidů kovů, je zvlášť vhodná při získávání elementárních kovů, jako titan a molybden, u nichž je redukční proces obtížný a nákladný. Tento výrobní postup je znám jako aluminotermie, nebo také Goldschmidtův proces. Jedná se o vysoce exotermickou reakci, z níž vzejde tavenina kovu o teplotě výrazně vyšší než je jeho teplota tání.

5 Směs jemných částeček hliníku s oxidem železitým v hmotnostním poměru 2:1 je označována jako THERMIT. Kolejnicové díly jsou obvykle svařovány procesem, který vystihuje reakce: Fe 2 O 3 + 2 Al→ Al 2 O 3 + 2 Fe ∆H = 848,54 kJ.mol -1 Podobně jako u řady dalších reakcí mezi reaktanty v pevné fázi, i tuto reakci je obtížné iniciovat. Během 2. světové války byl používán pomalu hořící termit v zásobnících schopných ohřívat konve s polévkou a další potraviny. Bezpečnost: Demonstrace termitu by měla být provedena na volném prostranství. V ideálním případě lze dosáhnout teploty asi 2500˚C, proto by měla být směs s termitem podložena vrstvou písku na nehořlavé podložce. Je důležité, aby termit byl dokonale suchý a dále, aby extrémně horký materiál prudce nevystříkl z kelímku. Jednotlivé komponenty by měly být odděleně vysušeny při teplotě 125˚C. Směs nesmí být zahřívána v plameni, jen se uloží do exsikátoru.

6 Obr. 1

7 Obr. 2

8 Obr. 3

9 Zdroje: Obr. 1, Obr. 2, Obr. 3: archiv autora BARTOŠ I.: Digitalizovaný experiment - prostředek k osvojení vybraného učiva obecné chemie. Disertační práce. Praha: Př UK, 2010. [online]. [cit. 15.9.2013]. Dostupny na WWW: http://www.chem.leeds.ac.uk/delights/