鋁熱法

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鋁與氧化鐵混合組成的鋁熱劑。
鋁與氧化鐵之間發生的鋁熱反應。

鋁熱法,又稱鋁熱反應(英語:thermite reaction),是用粉還原金屬氧化物獲得金屬單質的方法。反應劇烈放熱,溫度可達2500~3500℃,放出耀眼的光芒。生成物為氧化鋁和該高熔點金屬單質鋁熱劑(thermite)指鋁和金屬氧化物的混合物,一般指鋁和氧化鐵的混合物(比例約為1:2.95)。

化學原理[編輯]

將鋁粉和一定量的高熔點金屬氧化物(如氧化鐵等)混合後,用條引燃,反應劇烈放熱,並發出耀眼的光芒。生成物為氧化鋁和該高熔點金屬單質。以鋁與氧化鐵反應為例,化學方程式為:

其他氧化物和鋁在高溫下也能發生此類反應:

歷史[編輯]

德國化學家漢斯·歌德史密斯(Hans Goldschmidt)於1893年發明鋁熱法並於兩年後申請專利[1]因此該反應也被稱為「歌德史密斯法」或「歌德史密斯過程」。研究最初的目的是在不用熔煉的條件下製備高純度金屬,但歌德史密斯敏銳的發現鋁熱法可以用於焊接。[2]1899年在德國埃森,鋁熱法首次商業應用於焊接鐵軌。[3]

引燃[編輯]

鋁熱反應需要高溫來引發,可在混合物粉末上插一根鎂條做引信(可混入適量氯酸鉀幫助鎂條燃燒,高錳酸鉀硝酸鉀等氧化劑也可助燃;過氧化鋇也可,但煙有毒)。高錳酸鉀甘油的混合物緩慢放熱,也可以做引發劑。丙烷槍也可以提供引發反應所需的高溫。反應開始後會劇烈放熱,火花四濺,溫度極高,所以點火時要注意安全。[4]

用途[編輯]

鋁熱反應過程中放出的熱可以使高熔點金屬熔化並流出,故鋁熱法廣泛運用於焊接搶險工程,例如將鐵軌連接成一段長軌即使用此法。另外,鋁熱法也是冶煉等高熔點金屬的重要手段。

除此之外,其他的單質與氧化物混合之後點燃,也會發生強烈的氧化還原反應,效果類似於鋁熱反應。其中的單質可以是——並不僅限於金屬,而氧化物可以是三氧化二硼二氧化矽三氧化二鉻二氧化錳三氧化二鐵四氧化三鐵氧化銅四氧化三鉛等。有時這些反應也根據反應中的還原劑而稱為「鎂熱法」、「矽熱法」、「鈣熱法」、「碳熱法」等等。

因為反應溫度極高,用於製作燃燒彈,可熔穿裝甲。

娛樂文化[編輯]

在美國電影絕地任務中,一位不滿美國政府作法的陸戰隊將軍,帶領一群美國海軍陸戰隊武裝偵察部隊奪取15枚VX毒氣飛彈,佔領惡魔島架設飛彈陣地,揚言展開恐怖攻擊,最後美國政府利用F/A-18C/D大黃蜂式戰鬥攻擊機對島上使用鋁熱劑炸彈進行全面攻擊。

參考資料[編輯]

  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 (PDF). The Journal of the Society of Chemical Industry. 1898-06-30, 6 (17): 543–545 [2011-10-12]. (原始內容 (PDF)存檔於2011-07-15). 
  3. ^ Goldschmidt-Thermit-Group. Goldschmidt-thermit.com. [2011-10-12]. (原始內容存檔於2012-04-05). 
  4. ^ Richard Nakka's Experimental Rocketry Site. Nakka-rocketry.net. [2011-10-12].