واکنش ترمیت — به زبان ساده

واکنش ترمیت از جمله واکنش‌های شیمیایی است که همواره در آزمایشگاه‌های شیمی برای بررسی واکنش‌های گرماده و گرماگیر مورد استفاده قرار می‌گیرد. به عبارت دیگر، در واکنش ترمیت یک فلز را می‌سوزانید اما این سوختن، بسیار سریع‌تر از سرعت معمول در یک واکنش اکسایش است. از جمله کاربردهای اصلی این واکنش در جوشکاری است و توجه داشته باشید برای انجام این آزمایش، موارد ایمنی باید حتما رعایت شوند چراکه این آزمایش به شدت گرماده و خطرناک است.

اکسید آهن و پودر آلومینیوم

«واکنش ترمیت» (Thermite Reaction) به طور معمول شامل پودر آلومینیوم و اکسید فلز است که در بیشتر موارد از اکسید آهن بهره می‌گیرند. واکنش‌دهنده‌ها را به کمک ماده‌ای همچون «دکسترین» (Dextrin) به یکدیگر می‌چسبانند تا از هم جدا نشوند. علاوه بر این، پیش از واکنش، برای جلوگیری از جدا شدن مواد می‌توان آن‌ها را با یکدیگر مخلوط کرد. این مخلوط، تا زمانی حالت پایدار خود را حفظ می‌کند که به دمای مورد نظر واکنش (دمای شعله) نرسیده باشد. توجه داشته باشید که بعد از مخلوط کردن این دو ماده، به هیچ عنوان ‌آن‌ها را در دستگاه خردکن قرار ندهید.

فیلم آموزش شیمی معدنی ۱ – جامع و کاربردی در فرادرس

کلیک کنید

مواد لازم برای انجام واکنش ترمیت

برای انجام واکنش ترمیت به مواد زیر نیاز خواهید داشت:

• ۵۰ گرم پودر $$Fe_2O_3$$
• 15 گرم پودر آلومینیوم
• کاغذ صافی

برای تهیه پودر آلومینیوم کافی است فویل‌های آلومینیومی را در داخل یک مخلوط‌کن (خردکن) قرار دهید و آن‌ها را به پودر تبدیل کنید. البته توجه داشته باشید که آلومینیوم، سمی است و برای پودر کردن آن باید از دستکش، ماسک و عینک ایمنی استفاده کنید تا از تماس آن با پوست یا استنشاق آن جلوگیری شود. در انتها نیز تمامی لباس‌ها و دستگاه‌های در تماس با پودر آلومینیوم را بشویید. لازم به ذکر است که پودر آلومینیوم نسبت به فویل و شمش آن، واکنش‌پذیری بسیار بیشتری دارد.

اکسید آهن را می‌توان از زنگ آهن یا مگنتیت (کلوخه آهن) تهیه کرد. در برخی مناطق ساحلی، برای بدست آوردن مگنتیت کافی است تا آهنربایی را از کنار ماسه‌های ساحلی عبور دهید. زمانی که مواد لازم را آماده کردید، برای شروع واکنش ترمیت تنها به حرارت نیاز دارید.

انجام واکنش ترمیت

یک کاغذ صافی را به شکل مخروط تبدیل می‌کنیم و مخلوط حاصل را درون آن قرار می‌دهیم. دمای مورد نیاز برای شروع واکنش ترمیت بسیار بالا است و به همین دلیل برای فعالسازی آن به انرژی گرمایی زیادی نیاز داریم. برای این کار می‌توانید از یک کپسول گاز پروپان کنید. البته برای انجام این واکنش، شعله باید حتما به مخلوط نزدیک شود که این کار نیازمند احتیاط و رعایت موارد ایمنی است. از یک نوار منیزیم نیز می‌توان به عنوان فتیله برای شروع واکنش ترمیت بهره برد و با استفاده از فندک آشپزخانه، آن‌را شعله‌ور کرد.

در انتها و پس از پایان واکنش، از یک انبر نسوز برای برداشتن فلز مذاب استفاده کنید. به هیچ عنوان بر روی فلز ذوب شده آب نریزید یا آن را در داخل آب فرو نبرید.

واکنش شیمیایی

معادله کلی در واکنش ترمیت به صورت زیر است:

نور و حرارت + $$\mathrm {Fe}_{2} \mathrm {O}_{3}+2 \mathrm{Al} \rightarrow 2 \mathrm {Fe}+\mathrm {Al}_{2} \mathrm{O}_{3}$$

همانطور که می‌بینید، این واکنش را می‌توان در دسته واکنش‌های اکسایش و کاهش قرار داد که در آن، یک فلز اکسید می‌شوند و دیگری کاهش می‌یابد. سرعت این واکنش را می‌توان با اضافه کردن منبع دیگری از اکسیژن، افزایش داد. به طور مثال،‌ انجام آزمایش در بستری از یخ خشک، نور بسیار شدیدی تولید می‌کنند.

فیلم مجموعه آموزش دروس شیمی – از دروس دانشگاهی تا کاربردی در فرادرس

کلیک کنید

همانطور که در ابتدای متن نیز به آن اشاره شد، واکنش ترمیت به شدت گرماده است. علاوه بر این‌که نباید به شعله حاصل از واکنش، نزدیک شد و مواد نیز به صورت انفجاری از آن به بیرون پرتاب می‌شوند، واکنش، نور بسیار شدیدی نیز تولید می‌کند که برای چشم، زیانبار است.

نکات ایمنی در خصوص انجام واکنش ترمیت

از ‌آن‌جایی که این واکنش، نور و گرمای بسیار زیادی تولید می‌کند، انجام آن باید تنها در آزمایشگاه و در شرایطی ایمن صورت بگیرد. در ادامه، برخی از نکات ایمنی مربوط به این آزمایش بیان می‌شوند.

• تنها معلمان و اساتید شیمی این آزمایش را انجام دهند و از دانش‌آموزان برای انجام این آزمایش استفاده نشود.
• از عینک ایمنی استفاده کنید.
• از یک کپسول آتش‌نشانی برای خاموش کردن شعله‌های حاصل از واکنش و مواد مشتعل کمک بگیرید اما سعی نکنید که انجام واکنش را با این کار، متوقف کنید چراکه بعد از شروع واکنش، متوقف کردن سریع آن امکان‌پذیر نیست.
• آمادگی لازم را برای جمع‌آوری شعله‌های پرتاب شده داشته باشید. بهتر است از یک محافظ شیشه‌ای در اطراف ظرف آزمایش استفاده کنید.
• تحت هیچ شرایطی نباید آهن مذاب یا سرباره آن با آب تماس پیدا کند چون در اثر این اتفاق، واکنشی انفجاری خواهیم داشت.
• سوزاندن نوار منیزیم، نور ماورا بنفش تولید می‌کند. اگر شیشه محافظ از نوع پلی‌کربنات باشد، به طور معمول، نور UV را جذب می‌کند اما در هر صورت، نباید به طور مستقیم به آن نگاه کرد.
• اگر به هر دلیل، پس از اعمال شعله بر روی مواد واکنش، واکنش انجام نشد، پیش از نزدیک شدن به مخلوط، باید یک دقیقه صبر کرد.
• با توجه به پرتاب مواد مشتعل به هنگام واکنش، نباید در شعاع ۳ متری از ظرف واکنش، هیچ ماده اشتعال‌پذیری قرار داشته باشد.
• میز انجام واکنش باید با ردیف اول کلاس، فاصله‌ای حداقل ۵ متری داشته باشد.
• معلم آزمایشگاه، به سرعت بعد از اعمال شعله بر روی مخلوط واکنش، باید ۴ تا ۵ متر از محل واکنش فاصله بگیرد.