آزمایش واکنش ترمیت بین آلومینیوم و اکسید آهن (III)

• 0 Comments

در این نمایش، دانش آموزان واکنش بسیار گرمازا بین آلومینیوم و اکسید آهن (III) را مشاهده می کنند که آهن مذاب تولید می کند.

- نویسنده : به نقل از Royal Society of Chemistry

این واکنش رقابتی ثابت می‌کند که آلومینیوم فلزی واکنش‌پذیرتر از آهن است، در حالی که آزمایش نمونه‌ای از واکنش ردوکس را نیز ارائه می‌کند.

واکنش خشونت آمیز اما ایمن است به شرط اینکه روش ها دقیقاً دنبال شوند. برخی از معلمان هنگام انجام این روش در خارج از یک نسیم شدید دچار حادثه شده اند. پودرها در شعله دمیدند، آتش گرفتند و باعث سوختگی دست و یا صورت شدند. قرار دادن تظاهرات در کمد بخار باعث آسیب به کمد شده است.

روشی که در اینجا توضیح داده شده است بر روی یک میز آزمایشگاه انجام می شود و دود محدودی تولید می کند. این نمایش را در کمد بخار یا در فضای باز انجام ندهید. در عرض چند ثانیه پس از خاموش شدن، نتیجه ای حاصل می شود زیرا آب اتو را خیلی سریع خنک می کند. اگر این آزمایش قبلا انجام نشده باشد، تمرین ضروری است.

گاهی اوقات انفجارهایی در هنگام استفاده از روش های مشابه گزارش شده است. ضروری است که از مقادیر ذکر شده تجاوز نکنید و تظاهر کننده و دانش آموزان توسط پرده های ایمنی محافظت شوند.

نیمکت باید از مواد قابل احتراق پاک باشد و با ورقه ای از تخته سخت یا تشک های مقاوم در برابر حرارت محافظت شود. تظاهرکننده باید فضایی برای حرکت سریع به فاصله ایمن داشته باشد.

اگر دستگاه تنظیم شده باشد و معرف های جامد از قبل وزن شوند، نمایش حدود 10 دقیقه طول می کشد.

تجهیزات
دستگاه
محافظ چشم
نمایشگرهای ایمنی
کاغذ صافی به قطر 11 سانتی متر
مثلث پیپکلی
سه پایه
لیوان پلاستیکی یا لیوان شیشه ای با دیواره ضخیم، 1 dm3 (باید بین پایه های سه پایه قرار گیرد)
شن و ماسه (نمودار را ببینید)
تشک های مقاوم در برابر حرارت
رتریور مغناطیسی پلاستیکی یا آهنربای نواری کوچک
مواد شیمیایی
برای مخلوط ترمیت:
پودر آلومینیوم (درجه متوسط) (HIGHLY FLAMMABLE) 3 گرم
اکسید آهن (III)، 9 گرم
برای جرقه زن:
جرقه زن خانگی به طول 16 سانتی متر (فروش برای مصارف داخلی)
نکات بهداشتی، ایمنی و فنی
راهنمای استاندارد بهداشت و ایمنی ما را بخوانید.
هم تظاهرکننده و هم همه ناظران باید از محافظ چشم استفاده کنند. برای تظاهر کننده این باید عینک یا محافظ صورت باشد.
برای احاطه کردن دستگاه باید از صفحه های ایمنی استفاده شود. دانش آموزان علاوه بر استفاده از محافظ چشم، باید بیش از 4 متر از واکنش بایستند.
تظاهر کننده باید یک کت آزمایشگاهی بپوشد (آزمایش ممکن است در پایان نامرتب شود).
واکنش ترمیت می تواند حسگرهای گرما یا دود را تحریک کند. شما نمی توانید آزمایش را در آزمایشگاه مجهز به حسگرهای دود انجام دهید.
مهم است که اکسید آهن (III) مورد استفاده در این نمایش کاملاً خشک باشد. یک ساعت یا بیشتر در فر گرم، یا حرارت دادن در یک ظرف تبخیر شده روی شعله بونسن، کافی است. قبل از مخلوط کردن باید اجازه داد تا اکسید کاملاً خنک شود. مقادیر وزن شده اکسید آهن (III) (حداکثر 9 گرم) و پودر آلومینیوم (حداکثر 3 گرم) را می توان از قبل با ریختن مکرر مخلوط به این طرف و آن طرف بین دو تکه کاغذ قراضه کاملاً مخلوط کرد (هرگز با کاردک فلزی هم نزنید). و سپس برای نمایش در یک ظرف مناسب با برچسب "ترمیت مخلوط" ذخیره می شود.
پودر آلومینیوم، Al(s)، (خیلی قابل اشتعال) - CLEAPSS Hazcard HC001A را ببینید.
اکسید آهن (III)، Fe2O3(s) - به CLEAPSS Hazcard HC055A مراجعه کنید.
جرقه زن برای واکنش یک جرقه خانگی است. باید برای استفاده در داخل خانه باشد اما نیازی به دستی نیست. جرقه باید بلندتر از 10 سانتی متر باشد تا اطمینان حاصل شود که زمان برای عقب نشینی به یک فاصله ایمن وجود دارد. طول جرقه 16 سانتی متری ایده آل است و دسته را باید با قلع یا انبر قطع کرد. جرقه های بلندتر از 16 سانتی متر ممکن است سنگین شوند. اجتناب از برش به مواد منفجره بیش از حد. این باعث ترک خوردن آن می شود و می تواند قبل از اینکه تظاهر کننده بتواند به یک فاصله امن بازنشسته شود، به طور خطرناکی سقوط کند.
با توجه به مقررات مواد منفجره بریتانیا در سال 2014، مخلوط های جرقه زن جایگزین (مانند پودر منیزیم، نیترات باریم و نوار منیزیم) در مقیاس های بزرگتر از 0.5 گرم وزن ترکیبی را نمی توان در مدارس بدون گواهی مواد منفجره صادر شده توسط پلیس استفاده کرد. مخلوط های جرقه زن با 0.5 گرم یا کمتر از آن باعث احتراق کمتر قابل اعتماد می شود، بنابراین باید از جرقه زن استفاده کرد.

تظاهرکننده ممکن است بخواهد (یا توسط مخاطبان متقاعد شود) تظاهرات تکراری را انجام دهد. در این رویداد مهم است که مجموعه دوم مواد را به خوبی از محل نمایش اول دور نگه دارید.
دفع: اگر جرقه نتواند مخلوط ترمیت را خاموش کند، مخلوط واکنش نداده را با ریختن آن در رقیق (2 M) هیدروکلریک (1200 سانتی متر مکعب) یا اسید سولفوریک (600 سانتی متر مکعب) در یک فنجان در یک کمد بخار بریزید و بگذارید بماند. یک شبه می توانید از اسید رقیق 1 مولار استفاده کنید اما باید حجم اسید مصرفی را دو برابر کنید. مواد جامد را فیلتر کنید و سپس در زباله های غیر بازیافتی قرار دهید و مایع را با مقدار زیادی آب رقیق کنید.
یک کاغذ صافی به قطر 11 سانتی متر را به شکل مخروطی تا کنید.
در یک لیوان 1 dm3، ماسه را بریزید تا دو پنجم (2/5) پر شود و سپس آب اضافه کنید تا چهار پنجم (4/5) پر شود.
قسمتی از نیمکت را با چندین تشک مقاوم در برابر حرارت بپوشانید و لیوان را در مرکز قرار دهید. تجهیزات را همانطور که در نمودار بالا نشان داده شده است تنظیم کنید و اطراف آن را با صفحه های ایمنی احاطه کنید. مخلوط ترمیت را (به یادداشت 6 مراجعه کنید) به مخروط کاغذ صافی که در مثلث رسی لوله قرار دارد اضافه کنید. هشدار: مخروط کاغذ صافی را محکم به داخل مثلث فشار دهید، بنابراین تمایلی به بیرون زدن آن وجود ندارد.
یک جرقه زن خانگی را به صورت عمودی در مخلوط ترمیت قرار دهید. 3-4 سانتی متر باید در زیر مخلوط دفن شود و بقیه در بالای مخروط کاغذ صافی کشیده شود. جرقه را با شعله مشعل Bunsen روشن کنید و در فاصله ایمن پشت پرده های ایمنی عقب نشینی کنید. یک واکنش بسیار شدید باید به دنبال داشته باشد، همراه با جرقه هایی که به سمت بالا پرواز می کنند. بقایای بسیار داغ حاوی آهن مذاب به داخل آب می ریزد.
هنگامی که واکنش متوقف شد، لیوان را بردارید و آب را در سینک تخلیه کنید. آهن تشکیل شده با آهنربا را بازیابی کنید. اتو را زیر آب جاری بشویید.
یادداشت های آموزشی
واکنش عبارت است از: اکسید آهن (III) + آلومینیوم → اکسید آلومینیوم + آهن.

این نشان می دهد که آلومینیوم در سری واکنش پذیری بالاتر از آهن است.

پس از انجام، واکنش بسیار گرمازا است، به سرعت به دمای 2000 درجه سانتیگراد می رسد، که بسیار بیشتر از نقطه ذوب آهن (1535 درجه سانتیگراد) است.

کاربرد عملی این واکنش جوش دادن خطوط راه آهن به یکدیگر است و می توان به آن اشاره کرد.

مخلوط "ترمیت" تا زمانی که حرارت قوی اعمال شود پایدار است، از این رو نیاز به جرقه زن خانگی برای شروع واکنش است. برخی از مخلوط‌های مشتعل که معمولاً در گذشته مورد استفاده قرار می‌گرفتند، اکنون تحت پوشش مقررات مواد منفجره بریتانیا در سال 2014 هستند. این بدان معنی است که بیش از 0.5 گرم از این مخلوط‌ها را نمی‌توان استفاده کرد، مگر اینکه مدرسه گواهی مواد منفجره صادر شده توسط پلیس داشته باشد. روش جرقه زن ترجیح داده می شود زیرا مخلوط های جرقه زن در مقیاس 0.5 گرم یا کمتر قابل اعتماد هستند.

اگر می‌خواهید کلیپ‌های ویدیویی از واکنش‌های ترمیت را از اینترنت به دانش‌آموزان نشان دهید، مراقب باشید از آن‌هایی که در مقیاس و به‌گونه‌ای خطرناک انجام می‌شوند خودداری کنید.

اطلاعات تکمیلی
این منبعی از پروژه شیمی عملی است که توسط بنیاد Nuffield و انجمن سلطنتی شیمی توسعه یافته است. این مجموعه از بیش از 200 فعالیت عملی طیف گسترده ای از مفاهیم و فرآیندهای شیمیایی را نشان می دهد. هر فعالیت شامل اطلاعات جامع برای معلمان و تکنسین ها، از جمله یادداشت های فنی کامل و روش های گام به گام است. فعالیت های شیمی عملی با فیزیک عملی و زیست شناسی عملی همراه است.

این آزمایش همچنین بخشی از دوره توسعه حرفه ای مستمر انجمن سلطنتی شیمی است: شیمی برای افراد غیر متخصص.

© بنیاد نوفیلد و انجمن سلطنتی شیمی

سلامت و ایمنی بررسی شده، 2016

این منبع با توصیه های CLEAPSS در پاسخ به مقررات مواد منفجره بریتانیا در سال 2014 بررسی و به روز شده است.