Вулканический термит

В 1898 г. немецкий инженер-металлург Ганс Гольдшмидт изобрел способ выплавки металлов из их оксидов с помощью алюминия как восстановителя. Для этого использовалась смесь порошков алюминия и оксида металла, которую ученый назвал термитом (от греческого «терме» - жар, теплота). В случае термита из Fe3O4 и алюминия развивается температура около 2400 °С, а сама эта реакция начинается, когда температура достигает 1000 °С. Способ получения

металлов с помощью термита назвали алюмотермией, а смесь порошков оксида металла и алюминия — термитом Гольдшмидта. Алюмотермия является частным случаем металлотермии, которую открыл в 1856 р. Н.Н. Брекетов. На сегодняшний день известно много самых разнообразных термитных составов. В роли восстановителя может выступать не только алюминий, но и магний, кальций, ферросилиций, бор, бориды, кремний, титан и др. В качестве окислителей также берут фториды или хлориды малоактивных металлов и даже тефлон. Термиты служат не только для получения металлов, но и для сварки, а также в качестве боевых

зажигательных смесей.

Теперь проведем реакцию горения термита Fe3O4 + Al, которая внешне

напоминает извержение лавы из кратера вулкана. Для опыта предварительно готовят совершенно сухой речной песок, высушивая его при 200 С в сушильном шкафу или просто в духовке. Одновременно высушивают небольшой керамический горшок. Широкую металлическую емкость (тазик, сковородку и т.п.) наполняют сухим песком, а над ним укрепляют в кольце штатива глиняный цветочный горшок и закрывают его донное отверстие листом фильтровальной бумаги. Высушенные порошки оксида железа Fe3O4 и алюминия смешивают в соотношении 3:1 по массе. Этой смеси - термита - берут не более 200 г (около 50 г Аl и приблизительно 150 г Fe3O4) и засыпают ее в горшок на 3/4 его объема. Для приготовления термитной смеси не следует вместо алюминиевого порошка брать алюминиевую пудру. Алюминиевая пудра содержит окисленный алюминий, что сильно мешает началу реакции. Но главная неприятность состоит в том, что алюминиевая пудра содержит много воздуха, а это приводит к сильному разбрызгиванию очень горячей смеси. В термитной смеси, засыпанной в горшок, делают по центру углубление и помещают в него запал — обрезок магниевой ленты, зачищенной мелкозернистой наждачной бумагой. С помощью длинной лучинки зажигают магниевую ленту и быстро отходят в сторону на расстояние 2—3 м. После того как сгорает запал, начинается бурная реакция. Над горшком появляется пламя и дым, из него вылетают раскаленные частички смеси, а из донного отверстия вытекает струйка расплавленного железа, образовавшегося по реакции:

                             4Al + 3Fe3O4 = 6Fe + 4Al2O3

Алюминий — металл более активный, чем железо, поэтому он отнимает кислород у оксида железа, превращаясь при этом в оксид алюминия. Когда расплавленное железо остынет, извлекают образовавшийся королек из песка и очищают от шлака - оксида алюминия.

Теперь становится очевидным, почему песок должен быть совершенно сухим. Из влажного песка будет испаряться вода, и капли расплавленного железа начнут разбрызгиваться. В этом случае опыт станет крайне опасным.

Если проводить эксперимент на улице, то в качестве одноразового реакционного сосуда подойдет и железная консервная банка, которую закапывают в песок.

Получить Fe3O4 можно действием избытка раствора аммиака на раствор, который содержит равные количества солей Fe(II) и Fe(III). Выпадает осадок, его фильтруют, промывают водой, сушат и прокаливают примерно при 200 °С.