铝热法

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铝与氧化铁混合组成的铝热剂。
铝与氧化铁之间发生的铝热反应。

铝热法,又称铝热反应(thermite reaction),是用粉还原金属氧化物获得金属单质的方法。反应剧烈放热,温度可达2500°C,并发出耀眼的光芒。生成物为氧化铝和该高熔点金属单质铝热剂(thermite)指铝和金属氧化物的混合物,一般指铝和氧化铁的混合物(比例约为1:2.95)。

化学原理[编辑]

将铝粉和一定量的高熔点金属氧化物(如氧化铁等)混合后,用条引燃,反应剧烈放热,并发出耀眼的光芒。生成物为氧化铝和该高熔点金属单质。以铝与氧化铁反应为例,化学方程式为:

\rm 2Al+Fe_2O_3 \xrightarrow {\Delta} Al_2O_3+2Fe

其他氧化物和铝在高温下也能发生此类反应:

\rm 4Al+3MnO_2 \xrightarrow {\Delta} 2Al_2O_3+3Mn
\rm 2Al+3PbO \xrightarrow {\Delta} Al_2O_3+3Pb

历史[编辑]

德国化学家汉斯·歌德史密斯于1893年发明铝热法并于两年后申请专利。[1]因此该反应也被称为“歌德史密斯法”或“歌德史密斯过程”。研究最初的目的是在不用碳熔炼的条件下制备高纯度金属,但歌德史密斯敏锐的发现铝热法可以用于焊接。[2]1899年在德国埃森,铝热法首次商业应用于焊接铁轨。[3]

引燃[编辑]

铝热反应反应需要高温来引发,可在混合物粉末上插一根镁条做引信(可混入适量氯酸钾帮助镁条燃烧,高锰酸钾硝酸钾等氧化剂也可助燃;过氧化钡也可,但烟有毒)。高锰酸钾甘油的混合物缓慢放热,也可以做引发剂。丙烷枪也可以提高引发反应所需的高温。反应开始后会剧烈放热,火花四溅,温度极高,所以点火时要注意安全。[4]

用途[编辑]

铝热反应过程中放出的热可以使高熔点金属熔化并流出,故铝热法广泛运用于焊接抢险工程之中。另外,铝热法也是冶炼等高熔点金属的重要手段。

除此之外,其他的金属单质与金属氧化物混合之后点燃,也会发生强烈的氧化还原反应,效果类似于铝热反应。其中的金属单质可以是,而金属氧化物可以是三氧化二硼二氧化硅三氧化二铬二氧化锰三氧化二铁四氧化三铁氧化铜四氧化三铅等。有时这些反应也根据反应中的还原剂而被称为“镁热法”、“硅热法”、“钙热法”、“碳热法”等等。

因为反应温度极高,用于制作燃烧弹,可熔穿装甲。

参考资料[编辑]

  1. ^ H. Goldschmidt, "Verfahren zur Herstellung von Metallen oder Metalloiden oder Legierungen derselben" (Process for the production of metals or metalloids or alloys of the same), Deutsche Reichs Patent no. 96317 (13 March 1895).
  2. ^ Goldschmidt, Hans; Vautin, Claude. Aluminium as a Heating and Reducing Agent. The Journal of the Society of Chemical Industry. 1898-06-30, 6 (17): 543–545 [2011-10-12]. 
  3. ^ Goldschmidt-Thermit-Group. Goldschmidt-thermit.com. [2011-10-12]. 
  4. ^ Richard Nakka's Experimental Rocketry Site. Nakka-rocketry.net. [2011-10-12].