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Aluminothermisches Verfahren (Thermit) |
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Versuch
Nr.019
Bewertung / Schwierigkeitsgrad:
Zeitaufwand: mit Vorbereitung ca. 30 Minuten |
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Geräte:
Schutzbrille, Schutzhandschuhe aus Leder, Blumentopf
(Höhe 8-10 cm), Stativ, Ringklammer, feuerfeste Unterlage (Kachel)
oder besser Schale mit Sand, Zange, Hammer, Magnet.
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Chemikalien:
Gut getrocknetes Eisen(III)-oxid, Aluminium Grieß, Magnesiumband
(etwa 10 cm lang), Magnesiumspäne, Bariumperoxid
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Sicherheitshinweise:
Achtung:Die Chemikalien müssen völlig trocken sein,
weil sonst die Mischung herausgeschleudert werden kann und es zu
lebensgefährlichen Verbrennungen kommen kann! Der Versuch verläuft
so heftig, daß es zum Herumspritzen von Eisenkügelchen
kommen kann. (--> unbedingt im Abzug arbeiten) Deshalb Abstand
halten (5 m). Kein brennbares Material in der Nähe (Gasschläuche
fernhalten). Schutzbrille!
Unter den angegebenen Bedingungen (vor allem: kleines Reaktionsgefäß
verwenden) kann der Versuch im Klassenraum durchgeführt werden.
Auf keinen Fall aus der Nähe in den Topf hineinsehen!
Die Mischung neigt nämlich auch noch Minuten nach dem Zündversuch
zur Reaktion.
Aluminium (Al): F
R15-17 S7/8-43.6
Aluminiumoxid (Al2O3):
S 22
Magnesiumband (Mg): ---
Eisen(III)-oxid (Fe2O3): ---
Bariumperoxid (BaO2): Vorsicht: Noch nicht vollständig
geprüft!
F
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Einverständniserklärung:
Hiermit erklären Sie sich bereit den folgenden Versuch unter
eigener Verantwortung
und nur mit ausreichendem chemischen Wissen und geeigneten Schutzvorrichtungen
durchzuführen!
Der Autor kann für jegliche Personen- und Sachschäden
durch mögliche Fehlversuche nicht haftbar gemacht werden. (siehe
Sicherheitscheck bzw. Disclaimer) |
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Versuchsanleitung:
Man wiege 20 g Eisenoxid (noch besser ein Gemisch aus
Eisen(II/III)-oxid) und 7 g Aluminium ein und vermische beide sorgfältig.
Diese Mischung ist verschlossen lange Zeit stabil. In den Blumentopf
gibt man zum Abdecken des Wasserablaufs etwas Aluminiumfolie. Man
stelle ein Papprohr (Durchmesser etwa 1-2 cm) in die Mitte des Topfes
und fülle außen herum Sand. Nun füllt man das Rohr
mit dem Thermit-Gemisch. Darauf gibt man ein Zündgemisch
aus 3 g Magnesiumspänen und 1 g Bariumperoxid
(die beiden Stoffe auf keinen Fall verreiben, sondern
vorsichtig(!) miteinander vermischen).
Unter den mittels Ringklammer befestigten Topf stellt man am Besten
eine feuerfeste Schüssel, die mindestens 10 cm hoch mit Sand
gefüllt ist. Zum Zünden nimmt man ein Stück Magnesiumband
mit einer Zange, zündet es an (Vorsicht,
nicht in die Flamme schauen!) und hält es an die
Zündmischung. Sobald die Reaktion beginnt sollte man einen
Sicherheitsabstand von 5 m einhalten.
Man beobachtet
eine heftige Reaktion mit Funkenbildung und großer Hitzeentwicklung
(2000°C !). Aus dem Blumentopf tropft eine flüssige Masse
in den Sand und bildet dort einen glühenden Regulus. Nach dem
Abkühlen zerschlägt man den Regulus mit einem Hammer auf
einer festen Unterlage, damit Schlacke und Eisen voneinander getrennt
werden. Das Eisen kann mit einem Magneten identifiziert werden.
Versuchsverlauf
in Bildern: |
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Entsorgung:
(siehe auch Entsorgungsmaßnahmen)
Das entstandene Eisen und die Schlacke können im
Restmüll entsorgt werden.
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Erklärung
/ Hintergrund:
Die Reaktion verläuft entsprechend folgender Gleichung:
Fe2O3
+ 2 Al --> 2 Fe + Al2O3
Das unedlere
Aluminium reduziert das Fe3+ zum elementaren Eisen und wird dabei
zum Al3+ oxidiert (Redoxreaktion).
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Sonstiges:
Mit freundlichem Dank an Frank Bock (Uni Würzburg) für
die Ausarbeitung der Versuchsanleitung
Es
ist in der Öffentlichkeit wenig bekannt, daß vom
Jahre 1950 an kilometerlange Gleise lückenlos verschweißt
werden. Daraus ergeben sich technische und wirtschaftliche
Vorteile für die Bahn und nicht zuletzt eine erhöhte
Bequemlichkeit für die Reisenden.
Das Thermit® Schweißverfahren nutzt als einiges
der bekannten Schmelzschweiß- verfahren eine chemische
Reaktion zur Erzeugung des heißflüssigen Zusatzwerkstoffes
aus.
Diese
von Prof. Hans Goldschmidt im Jahre 1896 entwickelte Reaktion
läuft in wenigen Sekunden unter starker Wärmeentwicklung
ab. Der mit 2500 GradC geschmolzene heißflüssige
Thermit®-Stahl definierter Qualität verschweißt
die Werkstückenden durch Zwischen- und Umguß. Nach
diesem Verfahren können Werkstücke aller Art mit
beliebigen Querschnitten verschweißt werden. Seine größte
Verbreitung hat das Thermit® Schweißverfahren wegen
seiner einfachen und von äußeren Energiequellen
unabhängigen Ausführung bei der Schienenschweißung
gefunden.
Das Thermit® Schweißverfahren ist in Europa und
Übersee patentiert.
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Demonstrationskasten
"ALUMINOTHERMIE" Experimentierkasten für Unterricht
zum selber machen
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