Termitblanding ( termit - kemisk, teknisk ) (fra andet græsk θερμά - varme , varme) - en pulveriseret blanding af aluminium (mindre ofte magnesium ) med oxider af forskellige metaller (normalt jern ).
Når den antændes, brænder den intensivt med frigivelse af en stor mængde varme . Det har normalt en forbrændingstemperatur på 2300-2700 ° C, og i tilfælde af brug af stærkere oxidationsmidler, såsom nikkel- , krom- eller wolframoxider , er det meget højere. Blandingen sættes i brand med en speciel lunte (en blanding af bariumperoxid , magnesium og natrium ). Det kvantitative forhold mellem komponenterne i blandingen bestemmes af det støkiometriske forhold. Den mest almindelige jern-aluminium termit: Fe 2 O 3 (normalt rust) \u003d 75%; Al = 25 % (indeholder brændt skæl eller rig jernmalm ). Antændelsestemperaturen for sådan termit er ca. 1300 °C (primeblanding 800 °C); det resulterende jern og slagge opvarmes til 2400 °C. Nogle gange indføres jernskårne , legeringsadditiver og flusmidler i sammensætningen af jerntermit . Processen udføres i en magnesitdigel . Termitter fås til svejsning af telefon- og telegrafledninger samt ledninger til elledninger . I militærteknologi bruges termit som brandsammensætninger. Ved fremstilling af ferrolegeringer kaldes termit med tilsætning af flusmidler ladning .
Teoretisk set kan termitblandingen være sammensat af forskellige metaller, der kan tjene som brændstof og oxidationsmidler . Aluminium er blevet udbredt på grund af dets åbenlyse fordele:
Derudover har den lave massefylde af aluminiumoxidet dannet ved reaktionen en tendens til at lade det flyde på det resulterende rene metal. Dette er især vigtigt for at reducere svejseforurening.
De mest almindelige og tilgængelige oxidationsmidler er jernoxider , som bruges i blandinger med forskellige metaller [1] :
Under laboratorieforhold kan selv tøris (fast kuldioxid) tjene som oxidationsmiddel [2] . Oxygenfrie oxidanter - fluorpolymerer kan bruges i brandfarlige sammensætninger , et eksempel er en blanding af magnesium + Teflon + Viton (MTV) .
Eksempler på termitbrændende sammensætninger [3] [4] :
Den mest almindelige sammensætning er jerntermit. Jernoxid (III) eller jernoxid (II, III) anvendes sædvanligvis som oxidationsmiddel. Førstnævnte producerer mere varme. Sidstnævnte antændes lettere, sandsynligvis på grund af oxidets krystalstruktur. Tilsætning af kobber- eller manganoxider kan i høj grad forbedre antændingsvenligheden. Densiteten af kogte termitter er ofte så lav som 0,7 g/cm3. Dette resulterer igen i en relativt lav energitæthed (ca. 3 kJ/cm3), hurtig forbrænding og sprøjt af smeltet jern på grund af udvidelsen af indespærret luft. Thermite kan presses til en densitet på 4,9 g/cm3 (næsten 16 kJ/cm3) ved lave forbrændingshastigheder (ca. 1 cm/s). Presset termit har en højere smelteevne, hvilket betyder, at den kan smelte stålkoppen, hvor termiten med lav densitet ville svigte. Jerntermit, med eller uden tilsætningsstoffer, kan presses ind i skæreanordninger med en varmebestandig krop og dyse. Iltbalanceret jerntermit 2Al + Fe 2 O 3 har en teoretisk maksimal densitet på 4,175 g/cm3, en adiabatisk forbrændingstemperatur på 3135 K eller 2862 °C eller 5183 °F (med inkluderede faseovergange begrænset af jern, der koger ved 3135 K) , aluminium er oxidet (kortvarigt) smeltet, og det producerede jern er for det meste flydende, en del af det er i gasform - 78,4 g jerndamp dannes pr. 1 kg termit. Energiindholdet er 945,4 cal/g (3.956 J/g). Energitætheden er 16.516 J/cm3.
I den oprindelige blanding i den form, den blev opfundet i, blev jernoxid brugt i form af mølleskala. Sammensætningen var meget svær at antænde
Kobbertermit kan fås fra kobber(I)oxid (Cu 2 O, rød) eller kobber(II)oxid (CuO, sort). Forbrændingshastigheden er normalt meget hurtig, og smeltepunktet for kobber er relativt lavt, så reaktionen producerer en betydelig mængde smeltet kobber på meget kort tid. Reaktionerne af kobber(II)-termitter kan være så hurtige, at de kan opfattes som en slags instant-pulver. Der kan opstå en eksplosion, som resulterer i, at stænk af kobberdråber vil spredes over betydelige afstande. Den oxygenafbalancerede blanding har en teoretisk maksimal massefylde på 5,109 g/cm3, en adiabatisk flammetemperatur på 2843 K (inklusive faseovergange) med aluminiumoxid i smeltet tilstand og kobber i både flydende og gasform; For 1 kg af denne termit dannes 343 g kobberdamp. Energiindholdet er 974 cal/g.
Kobber (I) termit anvendes i industrien, for eksempel ved svejsning af tykke kobberledere (håndsvejsning). Denne type svejsning bliver også evalueret for splejsning af kabler i den amerikanske flåde til brug i højstrømssystemer såsom elektrisk fremdrift. Den oxygenbalancerede blanding har en teoretisk maksimal massefylde på 5.280 g/cm3, en adiabatisk flammetemperatur på 2843 K (inklusive faseovergange) med smeltet aluminiumoxid og kobber i både flydende og gasform; For 1 kg af denne termit dannes 77,6 g kobberdamp. Energiværdi 575,5 cal/g
Termitsammensætningen er termit beriget med et saltbaseret oxidationsmiddel (sædvanligvis nitrater, f.eks. bariumnitrat-Ba(NO 3 ) 2 eller peroxider ). I modsætning til termitter, brænder termater med frigivelse af flammer og gasser. Tilstedeværelsen af et oxidationsmiddel letter antændelsen af blandingen og forbedrer indtrængning af den brændende sammensætning i målet, da den frigjorte gas udstøder den smeltede slagge og giver mekanisk blanding. Denne mekanisme gør termit mere egnet end termit til brandformål og til nøddestruktion af følsomt udstyr (såsom kryptografiske enheder), da termits virkning er mere lokaliseret.
Metaller under de rette forhold brænder ligesom træ eller benzin. (Faktisk er rust resultatet af oxidation af stål eller jern med en meget lav hastighed.) Termitreaktionen opstår, når de rigtige blandinger af metalliske brændstoffer kombineres og antændes. Selve tændingen kræver ekstremt høje temperaturer. [Citat påkrævet]
Antændelse af termitreaktionen kræver normalt en stjernekaster eller let tilgængelig magnesiumtape, men kan kræve vedvarende indsats, da tændingen kan være upålidelig og uforudsigelig. Disse temperaturer kan ikke nås med konventionelle sortkrudttænder, nitrocellulosestave, detonatorer, pyrotekniske initiatorer eller andre almindelige tændere. Selv når termit er varmt nok til at lyse rødt, antændes det ikke, da det skal være hvidt varmt for at starte reaktionen.
Ofte bruges strimler af metallisk magnesium som sikringer. Fordi metaller brænder uden at frigive kølemiddelgasser, kan de potentielt brænde ved meget høje temperaturer. Reaktive metaller såsom magnesium kan nemt nå temperaturer høje nok til at antænde termitter. Magnesiumantændelse forbliver populær blandt termithobbyister, hovedsagelig fordi den er let at få til, men et stykke af den brændende strimmel kan falde ned i blandingen, hvilket får den til at antænde for tidligt.
Reaktionen mellem kaliumpermanganat og glycerol eller ethylenglycol bruges som et alternativ til magnesiummetoden. Når disse to stoffer blandes, begynder en spontan reaktion, hvor temperaturen i blandingen langsomt stiger, indtil der dannes en flamme. Den varme, der frigives under oxidationen af glycerol, er tilstrækkelig til at starte en termitreaktion.
Ud over magnesiumtænding foretrækker nogle hobbyfolk også at bruge stjernekastere til at antænde termitblandingen. De når den krævede temperatur og giver tilstrækkelig tid, før forbrændingspunktet når prøven. Dette kan være en farlig metode, da jerngnister, som magnesiumstrimler, brænder ved tusindvis af grader og kan antænde termit, selvom stjernekasteren ikke selv kommer i kontakt med det. Dette er især farligt med finmalet termit.
Tændstikshoveder brænder varmt nok til at antænde termit. Det er muligt at bruge tændstikhoveder pakket ind i aluminiumsfolie og en tilstrækkelig lang duktilt/elektrisk tændstik, der fører til tændstikhovederne.
Tilsvarende kan fint dispergeret termit antændes med en flintgnisttænder, da gnister er et brændende metal (i dette tilfælde de meget reaktive sjældne jordarters metaller lanthan og cerium). Derfor er det ikke sikkert at bruge en lighter nær termit.
Termitreaktioner har mange anvendelsesmuligheder. Det er ikke et sprængstof; i stedet virker det ved at udsætte et meget lille område for ekstremt høje temperaturer. Stærk varme fokuseret på en lille plet kan bruges til at skære igennem metal eller svejse metalkomponenter sammen, enten ved at smelte metallet fra komponenterne eller ved at indsprøjte smeltet metal fra selve termitreaktionen.
Thermite kan bruges til reparationer ved svejsning i stedet for tykke stålprofiler såsom lokomotivakselrammer, hvor reparationer kan udføres uden at fjerne delen fra installationsstedet.
Thermite kan bruges til hurtigt at skære eller svejse stål, såsom jernbaneskinner, uden behov for komplekst eller tungt udstyr. Imidlertid er defekter såsom slaggeindeslutninger og hulrum (huller) ofte til stede i sådanne svejsede samlinger, så der kræves stor omhu for at udføre processen med succes. Den numeriske analyse af termitsvejsning af skinner blev behandlet på samme måde som analysen af afkøling af et støbegods. Både finite element-analyse og eksperimentel analyse af termitskinnesvejsninger har vist, at svejsespalten er den vigtigste parameter, der påvirker dannelsen af defekter. Forøgelse af svejsespalten har vist sig at reducere krympningshulrum og lapsvejsedefekter, og øget forvarmning og termittemperatur har yderligere reduceret disse defekter. Imidlertid bidrager reduktionen af disse defekter til udseendet af den anden form for defekten: mikroporøsitet. Man skal også sørge for, at skinnerne forbliver lige uden at forårsage forvrængning, der kan forårsage slitage ved høje hastigheder og i tunge akseltryklinjer.
Termitreaktionen, når den bruges til at rense malme af visse metaller, kaldes termitprocessen eller aluminotermisk reaktion. Tilpasningen af reaktionen, der blev brugt til at producere rent uran, blev udviklet af Manhattan Project på Ames Laboratory under ledelse af Frank Spedding. Det kaldes nogle gange for Ames-processen.
Kobbertermit bruges til at svejse tykke kobbertråde sammen til elektriske forbindelser. Det er meget udbredt i el- og telekommunikationsindustrien (eksotermiske svejsede samlinger).
Håndgranater og termitladninger bruges almindeligvis af militæret til både at modvirke materiel og delvist ødelægge udstyr; sidstnævnte er almindeligt, når der ikke er tid til sikrere eller mere grundige metoder. For eksempel kan termit bruges til nøddestruktion af kryptografisk udstyr, når der er fare for, at det kan blive erobret af fjendtlige tropper. Fordi standard jerntermit er svært at antænde, brænder med lidt eller ingen flamme og har en kort rækkevidde, bruges standardtermit sjældent alene som en brandsammensætning. Generelt øger en forøgelse af volumenet af gasformige reaktionsprodukter i en termitblanding hastigheden af varmeoverførsel (og derfor beskadigelse) af den pågældende termitblanding. Det bruges normalt sammen med andre ingredienser, der forstærker dets brandeffekt. Thermite-TH3 er en blanding af termit og pyrotekniske tilsætningsstoffer, der udkonkurrerer standard termit i brandfarlige applikationer. Dens vægtsammensætning er typisk omkring 68,7 % termit, 29,0 % bariumnitrat, 2,0 % svovl og 0,3 % bindemiddel (såsom PBAN). Tilsætning af bariumnitrat til termit øger dens termiske effekt, producerer en større flamme og reducerer antændelsestemperaturen betydeligt. Selvom det primære formål med Thermat-TH3 i militæret er som et anti-materiel brandvåben, kan det også bruges til at svejse metalkomponenter.
Den klassiske militære brug af termitter er at gøre artilleristykker ubrugelige, og de har været brugt til dette formål siden Anden Verdenskrig, for eksempel ved Pointe du Hoc, Normandiet. Thermite kan permanent deaktivere artilleristykker uden brug af sprængladninger, så termite kan bruges, når der er behov for stilhed til en operation. Dette kan gøres ved at stikke en eller flere termitgranater ind i bagdelen og derefter hurtigt lukke den; dette svejser bolten og gør det umuligt at lade pistolen. Alternativt vil en termitgranat påført inde i løbet af en pistol beskadige løbet, hvilket gør pistolen farlig at affyre. Thermite kan også svejse pistolens sigte- og hævemekanisme, hvilket gør korrekt sigtning vanskelig.
Under Anden Verdenskrig brugte både tyske og allierede brandbomber termitblandinger. Brandbomber bestod normalt af snesevis af tynde termitfyldte dåser (bomber) antændt med en magnesium lunte. Brandbomber forårsagede massive skader på mange byer på grund af brande forårsaget af termit. Særligt udsatte er byerne, som hovedsageligt bestod af træbygninger. Disse brandbomber blev hovedsageligt brugt under natlige luftangreb. Bombesigter kunne ikke bruges om natten, hvilket skabte behovet for ammunition, der kunne ødelægge mål uden behov for præcis placering.
Brugen af termitter er farlig på grund af de ekstremt høje temperaturer og de ekstreme vanskeligheder med at undertrykke reaktionen, når den først er startet. De små strømme af smeltet jern, der frigives fra reaktionen, kan rejse betydelige afstande og kan smelte gennem metalbeholdere og antænde deres indhold. Derudover kan brændbare metaller med relativt lave kogepunkter, såsom zink (med et kogepunkt på 907 °C, ca. 1370 °C under den temperatur, hvor termit brænder) potentielt i høj grad sprøjte overophedet kogende metal ud i luften, hvis det er næste gang til termiten.
Hvis termiten af en eller anden grund er forurenet med organisk materiale, hydrerede oxider og andre forbindelser, der kan frigive gasser ved opvarmning eller reagere med termitkomponenter, kan reaktionsprodukterne sprøjtes. Desuden, hvis termitblandingen indeholder nok lufthuller og brænder hurtigt nok, kan den overophedede luft også få blandingen til at sprøjte. Af denne grund foretrækkes det at anvende relativt rå pulvere, således at reaktionshastigheden er moderat, og varme gasser kan forlade reaktionszonen.
Forvarmning af termit før antændelse kan nemt ske ved et uheld, for eksempel ved at hælde en ny termitbunke på en varm, nyligt antændt termitslaggebunke. Når den antændes, kan forvarmet termit brænde næsten øjeblikkeligt, frigive lys og varmeenergi med en meget højere hastighed end normalt og forårsage forbrændinger og øjenskader på en rimelig sikker afstand.
Termitreaktion kan forekomme ved et uheld i industrianlæg, hvor arbejdere bruger slibende slibe- og skæreskiver til at arbejde på jernholdige metaller. Ved brug af aluminium i denne situation dannes en blanding af oxider, som kan eksplodere voldsomt.
Blanding af vand med termit eller hældning af vand over en brændende termit kan forårsage en dampeksplosion, der sender varme fragmenter flyvende i alle retninger.
Thermits hovedingredienser blev også brugt på grund af deres individuelle kvaliteter, især reflektivitet og varmeisolering, i malingen eller additivet til den tyske Hindenburg Zeppelin, hvilket kan have bidraget til dens brændende ødelæggelse. Dette var en teori fremsat af den tidligere NASA-videnskabsmand Addison Bain og derefter testet i lille skala af det videnskabelige reality-show MythBusters med semi-overbevisende resultater (det har vist sig ikke at være skyld i termitreaktionen alene, men det har snarere blevet foreslået, at det er en kombination af dette og forbrændingen af brintgas, der fylder kroppen af Hindenburg). MythBusters-programmet bekræftede også gyldigheden af en video fundet online, hvor et antal termitter i en metalspand antændtes, mens de var oven på flere isblokke, hvilket forårsagede en pludselig eksplosion. De var i stand til at bekræfte resultaterne ved at finde enorme isblokke i en afstand af 50 m fra eksplosionsstedet. Medvært Jamie Hyneman foreslog, at dette skyldtes aerosoldannelsen af termitblandingen, muligvis i en sky af damp, hvilket fik den til at brænde endnu hurtigere. Hyneman udtrykte også skepsis over for en anden teori, der forklarer dette fænomen: reaktionen splittede brinten på en eller anden måde. og ilt i isen, og så antændte dem. Denne forklaring hævder, at eksplosionen skyldtes reaktionen mellem højtemperatursmeltet aluminium og vand. Aluminium reagerer voldsomt med vand eller damp ved høje temperaturer, frigiver brint og oxiderer. Hastigheden af denne reaktion og antændelsen af det resulterende brint kan nemt forklare eksplosionen, bekræftet. Denne proces er beslægtet med en eksplosiv reaktion forårsaget af kaliummetal, der trænger ind i vand.
Termit-baserede brandblandinger er en blanding af aluminiumspulver (pulver) og jernoxid. Disse forbindelser har en meget høj forbrændingstemperatur på 2519 ° C. De er i stand til at brænde uden tilstedeværelse af ilt, de kan ikke slukkes med vand. Nogle typer termitter brænder næsten uden flammer, nogle med en anstændig mængde ild. Thermite har en ekstrem stærk brændende effekt. Smeltet termit brænder let gennem plader af duralumin, stål og jern. Ved denne temperatur revner beton og mursten, glas smelter, stål brænder. Termit danner en højtemperaturslagge, der forbedrer dens forbrændingsevne. Thermite kan forårsage brand i enhver genstand, også selvom der ikke er brændbare materialer. Det er næsten umuligt at slukke den.
Det bruges til fremstilling af ferrolegeringer (aluminiumtermi), brandprojektiler , termitsvejsning og andre områder, hvor høje temperaturer er påkrævet.
Romanen The Master's Banishment (1946) beskriver termitblandingen som følger:
Har du nogensinde hørt om termit? Åh dig! Her, hør. Jeg vil forklare dig. Termit har været brugt i industrien i lang tid. Dette er en pulverblanding af nogle metaller, som er i stand til at antænde og udvikle en høj temperatur under forbrænding - op til tre og et halvt tusinde grader.
I Breaking Bad -serien bruger Walter og Jesse termit til at bryde ind i et lager.
I tv-programmet " Galileo ", under overskriften "Eksperimenter", var der et problem med det navn. Eksperimentets leder demonstrerede tydeligt konsekvenserne af at brænde termit og manglende overholdelse af sikkerhedsbestemmelserne ved at brænde sin hånd (måske med vilje). Han forklarede også, at det er umuligt bare at sætte ild til termit (med en tændstik eller en lighter).
I Payday 2 bruges termit til at bryde ind i sikre genstande og pengeskabe.