Amestec de termită ( termit - chimic, tehnic ) (din altă greacă θερμά - căldură , căldură) - un amestec sub formă de pulbere de aluminiu (mai rar magneziu ) cu oxizi de diferite metale (de obicei fier ).
Când este aprins, arde intens cu degajarea unei cantități mari de căldură . Are de obicei o temperatură de ardere de 2300-2700 ° C, iar în cazul utilizării agenților oxidanți mai puternici, cum ar fi oxizii de nichel , crom sau wolfram , este mult mai mare. Amestecul este dat foc cu o siguranță specială (un amestec de peroxid de bariu , magneziu și sodiu ). Raportul cantitativ al componentelor amestecului este determinat de raportul stoichiometric . Cea mai comună termită fier-aluminiu: Fe 2 O 3 (de obicei rugina) \u003d 75%; Al = 25% (conținând sol calcinat sau minereu bogat de fier ). Temperatura de aprindere a unei astfel de termite este de aproximativ 1300 °C (amestecul de amorsare 800 °C); fierul și zgura rezultate sunt încălzite până la 2400 °C. Uneori fierul tăiat , aditivi de aliere și fluxuri sunt introduse în compoziția termitei de fier . Procesul se desfășoară într-un creuzet de magnezit . Termitele sunt disponibile pentru sudarea cablurilor telefonice și telegrafice, precum și a firelor pentru liniile electrice . În tehnologia militară, termita este folosită ca compoziții incendiare. În producția de feroaliaje , termita cu adaos de fluxuri se numește sarcină .
Teoretic, amestecul de termită poate fi compus din diferite metale care pot servi drept combustibil și oxidanți . Aluminiul a devenit larg răspândit datorită avantajelor sale evidente:
În plus, densitatea scăzută a aluminei formate din reacție tinde să o lase să plutească pe metalul pur rezultat. Acest lucru este deosebit de important pentru a reduce contaminarea sudurii.
Cei mai comuni și mai accesibili agenți oxidanți sunt oxizii de fier , care sunt utilizați în amestecuri cu diferite metale [1] :
În condiții de laborator, chiar și gheața carbonică (dioxid de carbon solid) poate servi ca agent de oxidare [2] . Oxidanți fără oxigen - fluoropolimerii pot fi utilizați în compoziții incendiare , un exemplu este un amestec de magneziu + teflon + viton (MTV) .
Exemple de compoziții incendiare-termite [3] [4] :
Cea mai comună compoziție este termita de fier. Oxidul de fier (III) sau oxidul de fier (II, III) este de obicei utilizat ca agent oxidant. Primul produce mai multă căldură. Acesta din urmă se aprinde mai ușor, probabil datorită structurii cristaline a oxidului. Adăugarea de oxizi de cupru sau mangan poate îmbunătăți considerabil ușurința aprinderii. Densitatea termitelor fierte este adesea de până la 0,7 g/cm3. Aceasta, la rândul său, are ca rezultat o densitate de energie relativ scăzută (aproximativ 3 kJ/cm3), ardere rapidă și stropire a fierului topit datorită expansiunii aerului prins. Termita poate fi presată la o densitate de 4,9 g/cm3 (aproape 16 kJ/cm3) la viteze scăzute de ardere (aproximativ 1 cm/s). Termita presată are o capacitate de topire mai mare, ceea ce înseamnă că poate topi cupa de oțel acolo unde termita de densitate scăzută ar eșua. Termita de fier, cu sau fără aditivi, poate fi presată în dispozitive de tăiere cu corp și duză rezistente la căldură. Termita de fier echilibrată cu oxigen 2Al + Fe 2 O 3 are o densitate maximă teoretică de 4,175 g/cm3, o temperatură adiabatică de ardere de 3135 K sau 2862 °C sau 5183 °F (cu tranziții de fază incluse limitate de fier care fierbe la 3135 K) , aluminiu oxidul este (pentru scurt) topit, iar fierul produs este în mare parte lichid, o parte din acesta este în formă gazoasă - se formează 78,4 g de vapori de fier la 1 kg de termită. Conținutul de energie este de 945,4 cal/g (3.956 J/g). Densitatea de energie este de 16.516 J/cm3.
În amestecul inițial în forma în care a fost inventat, oxidul de fier a fost folosit sub formă de solzi de moară. Compoziția a fost foarte greu de aprins
Termita de cupru poate fi obținută din oxid de cupru (I) (Cu 2 O, roșu) sau oxid de cupru (II) (CuO, negru). Viteza de ardere este de obicei foarte rapidă, iar punctul de topire al cuprului este relativ scăzut, astfel încât reacția produce o cantitate semnificativă de cupru topit într-un timp foarte scurt. Reacțiile termitelor de cupru (II) pot fi atât de rapide încât pot fi considerate ca un fel de pulbere instantanee. Poate avea loc o explozie, în urma căreia stropii de picături de cupru se vor împrăștia pe distanțe considerabile. Amestecul echilibrat cu oxigen are o densitate maximă teoretică de 5,109 g/cm3, o temperatură adiabatică a flăcării de 2843 K (inclusiv tranziții de fază) cu alumină în stare topită și cupru atât în formă lichidă, cât și în formă gazoasă; Pentru 1 kg din această termită se formează 343 g de vapori de cupru. Conținutul energetic este de 974 cal/g.
Termita de cupru (I) este utilizată în industrie, de exemplu la sudarea conductoarelor groase de cupru (sudura manuală). Acest tip de sudare este, de asemenea, evaluat pentru îmbinarea cablurilor în Marina SUA pentru utilizare în sisteme de curent ridicat, cum ar fi propulsia electrică. Amestecul echilibrat cu oxigen are o densitate maximă teoretică de 5,280 g/cm3, o temperatură adiabatică a flăcării de 2843 K (inclusiv tranziții de fază) cu alumină topită și cupru atât sub formă lichidă, cât și gazoasă; Pentru 1 kg din această termită se formează 77,6 g de vapori de cupru. Valoare energetică 575,5 cal/g
Compoziția de termită este termită îmbogățită cu un oxidant pe bază de sare (de obicei nitrați, de exemplu nitrat de bariu-Ba(N03 ) 2 sau peroxizi ) . Spre deosebire de termite, termații ard cu eliberarea de flăcări și gaze. Prezența unui agent oxidant facilitează aprinderea amestecului și îmbunătățește pătrunderea compoziției de ardere în țintă, deoarece gazul eliberat ejectează zgura topită și asigură amestecarea mecanică. Acest mecanism face termita mai potrivită decât termita pentru scopuri incendiare și pentru distrugerea de urgență a echipamentelor sensibile (cum ar fi dispozitivele criptografice), deoarece efectul termitei este mai localizat.
Metalele în condiții potrivite ard la fel ca lemnul sau benzina. (De fapt, rugina este rezultatul oxidării oțelului sau fierului la o rată foarte scăzută.) Reacția termitică are loc atunci când amestecurile potrivite de combustibili metalici se combină și se aprind. Aprinderea în sine necesită temperaturi extrem de ridicate. [E nevoie de citare]
Aprinderea reacției termice necesită de obicei o bandă scânteie sau o bandă de magneziu ușor disponibilă, dar poate necesita un efort susținut, deoarece aprinderea poate fi nesigură și imprevizibilă. Aceste temperaturi nu pot fi atinse cu fuzele convenționale cu pulbere neagră, tije de nitroceluloză, detonatoare, inițiatori pirotehnici sau alte aprinderi obișnuite. Chiar și atunci când termita este suficient de fierbinte pentru a străluci în roșu aprins, nu se aprinde, deoarece trebuie să fie alb fierbinte pentru a iniția reacția.
Adesea, benzi de magneziu metalic sunt folosite ca siguranțe. Deoarece metalele ard fără a elibera gaze frigorifice, ele pot arde la temperaturi foarte ridicate. Metalele reactive precum magneziul pot atinge cu ușurință temperaturi suficient de ridicate pentru a aprinde termite. Aprinderea cu magneziu rămâne populară în rândul pasionaților de termite, în principal pentru că este ușor de obținut, dar o bucată din banda care arde poate cădea în amestec, determinându-l să se aprindă prematur.
Reacția dintre permanganatul de potasiu și glicerol sau etilenglicol este utilizată ca alternativă la metoda magneziului. Când aceste două substanțe sunt amestecate, începe o reacție spontană, în care temperatura amestecului crește încet până se formează o flacără. Căldura eliberată în timpul oxidării glicerolului este suficientă pentru a iniția o reacție termică.
Pe lângă aprinderea cu magneziu, unii pasionați preferă să folosească scântei pentru a aprinde amestecul de termită. Ele ating temperatura necesară și asigură suficient timp înainte ca punctul de ardere să atingă proba. Aceasta poate fi o metodă periculoasă, deoarece scânteile de fier, precum benzile de magneziu, ard la mii de grade și pot aprinde termita, chiar dacă scânteia în sine nu intră în contact cu aceasta. Acest lucru este deosebit de periculos cu termita măcinată fin.
Capetele de chibrituri ard suficient de fierbinți pentru a aprinde termita. Este posibil să folosiți capete de chibrit învelite în folie de aluminiu și un chibrit ductil/electric suficient de lung care duce la capete de chibrit.
În mod similar, termita fin dispersată poate fi aprinsă cu o brichetă din silex, deoarece scânteile sunt un metal care arde (în acest caz, metalele pământurilor rare extrem de reactive, lantanul și ceriul). Prin urmare, nu este sigur să folosiți o brichetă lângă termită.
Reacțiile termitice au multe utilizări. Nu este un exploziv; în schimb, funcționează prin expunerea unei zone foarte mici la temperaturi extrem de ridicate. Căldura puternică concentrată pe un punct mic poate fi folosită pentru a tăia prin metal sau pentru a suda componentele metalice împreună, fie prin topirea metalului din componente, fie prin injectarea metalului topit din reacția termică în sine.
Thermite poate fi folosit pentru reparații prin sudare în locul profilelor groase de oțel, cum ar fi cadrele osiei de locomotivă, unde reparațiile pot fi efectuate fără a scoate piesa din locul de instalare.
Thermite poate fi folosit pentru a tăia sau suda rapid oțel, cum ar fi șinele de cale ferată, fără a fi nevoie de echipamente complexe sau grele. Cu toate acestea, defecte precum incluziunile de zgură și golurile (găurile) sunt adesea prezente în astfel de îmbinări sudate, așa că este necesară o atenție deosebită pentru a efectua cu succes procesul. Analiza numerică a sudării termice a șinelor a fost abordată în mod similar cu analiza răcirii unei turnări. Atât analiza cu elemente finite, cât și analiza experimentală a sudurilor șinelor termice au arătat că golul de sudură este cel mai important parametru care influențează formarea defectelor. S-a demonstrat că creșterea spațiului de sudură reduce cavitățile de contracție și defectele de sudură prin suprapunere, iar creșterea temperaturii de preîncălzire și a termitei a redus și mai mult aceste defecte. Cu toate acestea, reducerea acestor defecte contribuie la apariția celei de-a doua forme a defectului: microporozitatea. De asemenea, trebuie avut grijă să vă asigurați că șinele rămân drepte, fără a provoca distorsiuni care pot cauza uzură la viteze mari și în liniile grele de sarcină pe osie.
Reacția termică, atunci când este utilizată pentru purificarea minereurilor de anumite metale, se numește proces de termită sau reacție aluminotermă. Adaptarea reacției utilizate pentru a produce uraniu pur a fost dezvoltată de Proiectul Manhattan la Laboratorul Ames sub conducerea lui Frank Spedding. Uneori este numit procesul Ames.
Termita de cupru este folosită pentru a suda împreună fire groase de cupru pentru conexiunile electrice. Este utilizat pe scară largă în industria energiei electrice și a telecomunicațiilor (imbinari sudate exotermice).
Grenadele de mână și încărcăturile de termită sunt utilizate în mod obișnuit de armată atât pentru a contracara materialul, cât și pentru a distruge parțial echipamentul; acesta din urmă este obișnuit atunci când nu există timp pentru metode mai sigure sau mai amănunțite. De exemplu, termita poate fi folosită pentru distrugerea de urgență a echipamentelor criptografice atunci când există pericolul ca acesta să fie capturat de forțele inamice. Deoarece termita standard de fier este greu de aprins, arde cu o flacără mică sau deloc și are o rază scurtă de acțiune, termita standard este rareori folosită singură ca compoziție incendiară. În general, creșterea volumului produselor de reacție gazoasă a unui amestec de termită crește viteza de transfer de căldură (și, prin urmare, deteriorarea) acelui amestec de termită particular. Se folosește de obicei cu alte ingrediente care îi sporesc efectul incendiar. Thermite-TH3 este un amestec de termită și aditivi pirotehnici care depășesc termita standard în aplicații incendiare. Compoziția sa în greutate este de obicei de aproximativ 68,7% termită, 29,0% azotat de bariu, 2,0% sulf și 0,3% liant (cum ar fi PBAN). Adăugarea de azotat de bariu la termită crește efectul său termic, produce o flacără mai mare și reduce foarte mult temperatura de aprindere. Deși scopul principal al Thermat-TH3 în armată este ca armă incendiară anti-material, poate fi folosit și pentru sudarea componentelor metalice.
Utilizarea militară clasică a termitelor este de a face inutile piesele de artilerie, iar acestea au fost folosite în acest scop încă din al Doilea Război Mondial, de exemplu la Pointe du Hoc, Normandia. Thermite poate dezactiva permanent piesele de artilerie fără a utiliza încărcături explozive, astfel încât termita poate fi folosită atunci când este nevoie de liniște pentru o operațiune. Acest lucru se poate face prin introducerea uneia sau mai multor grenade de termită în clapă și apoi închiderea rapidă a acesteia; aceasta sudează șurubul și face imposibilă încărcarea pistolului. Alternativ, o grenadă cu termită aplicată în interiorul țevii unei arme dăunează țevii, făcând pistolul periculos pentru foc. Thermite poate suda, de asemenea, mecanismul de țintire și de ridicare al pistolului, făcând dificilă țintirea corectă.
În timpul celui de-al Doilea Război Mondial, bombele incendiare germane și aliate au folosit amestecuri de termită. Bombele incendiare constau de obicei din zeci de recipiente subțiri umplute cu termită (bombe) aprinse cu o siguranță de magneziu. Bombele incendiare au provocat pagube masive multor orașe din cauza incendiilor provocate de termită. Deosebit de vulnerabile sunt orașele, care constau în principal din clădiri din lemn. Aceste bombe incendiare au fost folosite în principal în timpul raidurilor aeriene nocturne. Vizorul nu putea fi folosit noaptea, creând nevoia de muniție care ar putea distruge ținte fără a fi nevoie de o plasare precisă.
Utilizarea termitelor este periculoasă din cauza temperaturilor extrem de ridicate și a dificultății extreme de a suprima reacția odată începută. Micile curente de fier topit eliberate din reacție pot parcurge distanțe considerabile și se pot topi prin recipiente metalice, aprinzându-le conținutul. În plus, metalele inflamabile cu puncte de fierbere relativ scăzute, cum ar fi zincul (cu un punct de fierbere de 907 °C, aproximativ 1370 °C sub temperatura la care arde termita) pot pulveriza în aer metal fierbinte supraîncălzit dacă urmează. la termită.
Dacă din orice motiv termita este contaminată cu materie organică, oxizi hidratați și alți compuși care pot elibera gaze atunci când sunt încălzite sau reacționează cu componentele termitei, produsele de reacție pot fi pulverizate. În plus, dacă amestecul de termită conține suficiente goluri de aer și arde suficient de repede, aerul supraîncălzit poate provoca, de asemenea, stropirea amestecului. Din acest motiv, este de preferat să se utilizeze pulberi relativ brute, astfel încât viteza de reacție să fie moderată și gazele fierbinți să poată ieși din zona de reacție.
Preîncălzirea termitei înainte de aprindere se poate face cu ușurință accidental, de exemplu, turnând o grămadă nouă de termită pe o grămadă de zgură de termită fierbinte, recent aprinsă. Când este aprinsă, termita preîncălzită poate arde aproape instantaneu, eliberând lumină și energie termică la o rată mult mai mare decât în mod normal și provocând arsuri și leziuni oculare la o distanță rezonabil de siguranță.
Reacția termică poate apărea accidental în instalațiile industriale în care lucrătorii folosesc roți abrazive de șlefuire și tăiere pentru a lucra pe metale feroase. La utilizarea aluminiului în această situație, se formează un amestec de oxizi, care poate exploda violent.
Amestecarea apei cu termita sau turnarea apei peste o termita care arde poate provoca o explozie de abur care trimite fragmente fierbinti zburand in toate directiile.
Ingredientele principale ale Thermit au fost, de asemenea, folosite, pentru calitățile lor individuale, în special reflectivitate și izolație termică, în vopseaua sau aditivul pentru germanul Hindenburg Zeppelin, care ar fi putut contribui la distrugerea lui de foc. Aceasta a fost o teorie prezentată de fostul om de știință al NASA Addison Bain și apoi testată la scară mică de emisiunea de realitate științifică MythBusters cu rezultate semi-convingătoare (s-a dovedit că nu este vina numai reacției termice, ci mai degrabă s-a sugerat că este o combinație între aceasta și arderea hidrogenului gazos, umplând corpul Hindenburgului). Programul MythBusters a verificat și validitatea unui videoclip găsit online în care un număr de termite dintr-o găleată de metal s-au aprins în timp ce erau deasupra mai multor blocuri de gheață, provocând o explozie bruscă. Ei au putut confirma rezultatele prin găsirea unor blocuri uriașe de gheață la o distanță de 50 m de locul exploziei. Co-gazda Jamie Hyneman a sugerat că acest lucru s-a datorat formării de aerosoli a amestecului de termită, posibil într-un nor de abur, făcându-l să ardă și mai repede.Hyneman și-a exprimat și scepticismul față de o altă teorie care explică acest fenomen: reacția a divizat cumva hidrogenul și oxigen în gheață și apoi le-a aprins. Această explicație susține că explozia s-a datorat reacției aluminiului topit la temperatură înaltă cu apa. Aluminiul reacționează violent cu apa sau aburul la temperaturi ridicate, eliberând hidrogen și oxidând. Viteza acestei reacții și aprinderea hidrogenului rezultat pot explica cu ușurință explozia, a confirmat. Acest proces este asemănător unei reacții explozive cauzate de intrarea în apă a potasiului metalului.
Amestecurile incendiare pe bază de termită sunt un amestec de pulbere (pulbere) de aluminiu și oxid de fier. Acești compuși au o temperatură de ardere foarte ridicată de 2519 ° C. Ele sunt capabile să ardă fără prezența oxigenului, nu pot fi stinse cu apă. Unele tipuri de termite ard aproape fără flacără, altele cu o cantitate decentă de foc. Termita are un efect de ardere extrem de puternic. Termita topită arde cu ușurință prin foi de duraluminiu, oțel și fier. La această temperatură, betonul și cărămida crapă, sticla se topește, oțelul arde. Termita formează o zgură la temperatură ridicată care îi sporește capacitatea de ardere. Termita poate provoca un incendiu în orice obiect, chiar dacă nu există materiale inflamabile. Este aproape imposibil să-l stingi.
Este utilizat în producția de feroaliaje (aluminotermie), proiectile incendiare , sudare cu termită și alte zone în care sunt necesare temperaturi ridicate.
Romanul The Master's Banishment (1946) descrie amestecul de termită după cum urmează:
Ai auzit vreodată de termită? Oh tu! Aici, ascultă. Îți voi explica. Termita a fost folosită în industrie de mult timp. Acesta este un amestec de pulbere din unele metale, care este capabil să se aprindă și să dezvolte o temperatură ridicată în timpul arderii - până la trei mii și jumătate de grade.
În seria Breaking Bad , Walter și Jesse folosesc termita pentru a pătrunde într-un depozit.
În emisiunea TV „ Galileo ”, sub titlul „Experimente”, a existat o problemă cu acest nume. Liderul experimentului a demonstrat clar consecințele arderii termitei și nerespectarea normelor de siguranță prin arderea mâinii (poate intenționat). El a explicat, de asemenea, că este imposibil să dai foc doar unei termite (cu un chibrit sau o brichetă).
În Payday 2, termita este folosită pentru a sparge obiecte și seifuri sigure.