Termit (chemie)

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na navigaci Skočit na vyhledávání
Vzorek termitu.

Termit (thermit, thermite) je pyrotechnická směs, hořící vysokou teplotou. Označení termit se používá především pro směs práškového hliníku (pyrohliníku) a oxidu železitého, ale i pro jiné pyrotechnické směsi, s práškovým kovem a oxidem jiného kovu. Reakce hoření termitu je typická tím, že vzniká vysoká teplota 2000 až 3000 °C (je silně exotermická), hoření probíhá beze vzniku výrazného množství plynných zplodin (téměř bezplamenné hoření) a struska je v tekutém stavu. Termit hoří i bez přístupu vzdušného kyslíku a dokonce i pod vodou.

Hoření termitu se zakládá na aluminotermické reakci (redox systém), kde redukční činidlo je práškový hliník a oxidační činidlo oxid kovu.

2 Al + Fe2O3 → 2 Fe + Al2O3
8 Al + 3 Fe3O4 → 9 Fe + 4 Al2O3

Termit byl objeven v roce 1893. Nejčastější složení termitu je: 25 % pyrohliníku a 75 % oxidů železa (okují). Pyrohliník je prášková forma hliníku, u které se vyžaduje především malý obsah nečistot a vhodný tvar zrn. Okuje jsou směsí oxidů železa, které vznikají například při jeho zpracování na válcovacích stolicích a kutí. Termit s takovýmto složením má nevýhodu ve velmi vysoké zápalné teplotě: 800 až 1300 °C, takže vyžaduje účinný prostředek pro zapálení.

Použití termitu[editovat | editovat zdroj]

Hoření termitu.
Použití termitu ke svařování kolejnic.

V průmyslu se termity používají na přípravu některých těžko tavitelných kovů, například manganu nebo chromu podle rovnic

3 Mn3O4 + 8 Al → 4 Al2O3 + 9 Mn
Cr2O3 + 2 Al → Al2O3 + 2 Cr

V minulosti (a i dnes) se práškový termit používá na sváření kolejnic[1]. Práškový termit se nasype do speciální nádoby a zapálí, po vyhoření termitu se roztavené železo rozpustí do formy, ve které byly napřed umístěny konce kolejnic a tam vytvoří mezi nimi kvalitní svár. Další použití termitu jsou tzv. termitové dmuchavky – obvykle uzavřené nádoby s lisovaným termitem s nízkou emisí plynů a počinovou složí s elektrickým palníkem ve spodní, otevřené, části. Po zapálení odtékající tavenina prohřívá a propaluje materiál, na kterém je nádoba postavena. Jiným použitím jsou tzv. žárové zápalky – obvykle hliníkové trubičky plněné termitem a počinovou složí + hlavičkou po frikci nebo elektrickým palníkem.

Volně smíchaný termit z oxidu železitého a hliníku 75/25 má hustotu 0,7 g/cm3 a obsah energie 2 800 J/cm3. Toto je poměrně málo a takto připravený termit je často neschopen tavit ocelové nádoby ve kterých je demonstrativně umístěn, popř. předměty jako jsou ocelové sloupy. Běžným lisování lze termit stlačit na hustoty 2 – 3 g/cm3 a silné lisy jej stlačí i na hustoty přes 4 g/cm3 (termit s malým přebytkem hustějšího oxidu železitého lze stlačit až na 4,9 g/cm3). Takto připravený termit má energetickou hustotu 16 kJ/cm3 a vlivem absence množství vzduchových bublinek hoří pomalu (řádově 1 cm/s) a navíc příliš neprská roztavené železo mimo cíl (u termitu s nízkou hustotou je železo rozprašováno i rozepnutým vzduchem uvnitř termitu, což je umocňováno i rychlostí reakce která neumožňuje více kultivovaný únik bublinek vzduchu a železných par). Lisovaný termit je tak dramaticky účinnější při tavení předmětů než laicky nasypaný termit nízké hustoty.

Maximální hustota termitu z oxidu železitého s nulovou kyslíkovou bilancí je 4,175 g/cm3, adiabatická teplota (tj. bez ztrát tepla do okolí) hoření se započítáním změny fází je 3135 K (2826°C) – tato horní hranice je určena teplotou vypařování vzniklého železa, které tak odebírá energii hořící směsi bez změny teploty (analogicky – voda v hrnci limituje teplotu na 100°C i při maximální snaze hořáku). Na kilogram adiabaticky hořícího termitu vznikne 78,4 g železné páry (tj. asi 200 l na kg směsi, není pravda že by termit hořel bez vlastní produkce plynů – neadiabatický průběh reálné reakce malých množství ale objem těchto par silně snižuje). Vyprodukovaná energie je 3 956 J/g a energetická hustota je 16 516 J/cm3.

Malé a rapidně hořící termitové řezačky jsou používány pro rapidní překonání ocelových sloupků a mříží tam, kde by relativní pomalost a vysoká hmotnost zařízení na bázi stlačených plynů (autogen apod.) či pil/hydraulických nůžek nebyla vhodná (operace pod vodou, rapidní vnik do objektů při zásahu ozbrojených složek)[2]..

Termit se používá ve vojenství jako zápalná látka – náplň zápalných malorážových pum, zápalně-průbojných střel a zápalných granátů. Náplně municí obsahují zpravidla směs 50-80 % termitu a pomocných látek, které zlepšují vlastnosti při výrobě i při použití. Příklad termitu pro letecké bomby: 24 % pyrohliníku, 50 % oxidů železa (okují) a 26 % dusičnanu barnatého. Přísada dusičnanu snižuje zápalnou teplotu termitu na 500-700 °C, plyny vznikající při hoření zvyšují zápalné schopnosti termitu a baryum zvyšuje tekutost strusky. Část hliníku může být též nahrazena hořčíkem a ferosiliciem. Z kovových příměsí mohou termity obsahovat např. vápník, z jiných např. inertní lehká tavidla, která na povrchu vytvářejí kompaktní strusku a zabraňují úniku tepla do okolí a tak zvyšují teplotu v podkladové reakční zóně. Pro dokonalejší využití pumy se jako obalový materiál obvykle využívají slitiny hořčíku a hliníku (elektrony).

Směsi podobné termitům se ve vojenské pyrotechnice používají též jako osvětlovací a signální světlice, a v civilní a zábavné pyrotechnice například při ohňostrojích.

Termit (nebo Thermate – viz dále) může být použit žháři pro úmyslné způsobení požáru. Po zlikvidování požáru patří mezi standardní postupy zjistit jeho možná ohniska a hledat stopy po těchto dvou chemických látkách.

Thermate[editovat | editovat zdroj]

Thermate je komerční verze termitu, která obsahuje přídavek síry, která způsobuje ještě rapidnější a agresívnější hoření a snižuje teplotu nutnou pro zahájení reakce.

Český název jsou termáty a jde o pyrotechnické slože s velkým obsahem kovu (hliník, hořčík, ferosilicium). Snáze se zapalují a používají se jako počinové směsi pro zažehnutí termitů a jiných složí (např. TPH). Typické je použití také v pyrotechnických zápalkách. Jako nejběžnější oxidační činidlo snižující teplotu zapálení kovových směsí je používán dusičnan barnatý.

Malý přídavek síry v průmyslových termitech slouží především ke snížení jiskřivosti směsi během hoření, které způsobuje redukované železo a odvádí se tak zbytečně teplo z taveniny. Nesmí ji být moc, jinak by zase došlo ke zbytečné emisi plynů a stejnému efektu.

Nanotermit[editovat | editovat zdroj]

Jako nanotermit se nazývá termit (nebo thermate), jehož složky jsou smíchány a promíseny mnohem dokonaleji než u běžného termitu, do jemného prášku. To umožňuje jeho větší efektivitu při použití, rychlejší a intenzivnější reakci a větší účinnost při hoření. Reakce s ním coby reaktantem může uvolnit více energie než dynamit. Jeho příprava je náročná vzhledem k pokročilým technologickým postupům; nejkvalitnější nanotermit pochází jen z několika málo civilních a vojenských laboratoří[3][4].

Plamen[editovat | editovat zdroj]

Jak termit tak thermate hoří silně oranžovým plamenem, bohatým na jiskry z agresivní exotermické oxidace. Ta se během několika sekund ustálí na teplotě přes 2000 °C; uvolněná energie z hoření dokáže např. tavit ocel či jiné kovy s vysokým bodem tání. Termit a termáty hoří bílým oslnivým plamenem, často jiskřivým z hořícího znovuzapáleného železa z redukce. Pokud hoří oranžově nebo žlutě, obsahuje soli sodíku, např. ve formě oxidačního činidla nebo tavidla.

U ocele mohou být její drobné úlomky roztavené hořením odhozeny (řádově decimetry) od místa reakce, při čemž vytvoří drobné kuličky, veliké řádově od několika nanometrů až jednoho milimetru v průměru (kulový tvar je dán snahou roztavené oceli zaujmout co nejmenší povrch k danému objemu vlivem povrchového napětí – po odvržení z centra žáru se „kapka“ oceli ochladí a v této podobě již zůstane).

Odkazy[editovat | editovat zdroj]

Reference[editovat | editovat zdroj]

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Termit (chémia) na slovenské Wikipedii.

  1. svařování kolejnic termitem Form-Thermit. [s.l.]: [s.n.] Dostupné online. (česky) 
  2. https://www.youtube.com/watch?v=PhTiv5JGtD0
  3. Making Nanostructured Pyrotechnics in a Beaker [online]. Grand Junction, CO: U.S.Dapartment of Energy, 10.4.2000 [cit. 2016-09-10]. Dostupné online. (anglicky) 
  4. MURDAY, James. In: Amptiac, Special Issue, Vol.6, No.1. Mill Street, New York 13440: DoD Reserchers, 2000. Dostupné online. (anglicky)

Literatura[editovat | editovat zdroj]

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]