Arbeitsblatt: Thermitreaktion

2009 Thermitreaktion Geräte: Blumentopf Tiegelzange Löffel, Spatel Mörser mit Pistill Dreifuß Drahtnetz Kies oder Sand Chemikalien: Eisen(III)-oxid Aluminiumgriess Magnesiumpulver Wunderkerzen oder Magnesiumband Wunderkerze Papier Klebeband Waage Porzellantiegel Gasbrenner Feuerzeug Magnet Magnesium Papierrolle pulver ThermitGemisch Tontopf Papierstück Fe2O3 Al Mg Dreifuss Mg Sicherheitshinweise: • • • • • • Die Thermitreaktion ist kein Schülerversuch! Aus Sicherheitsgründen wird der Versuch im Freien durchgeführt! Die Schülerinnen und Schüler bleiben in einem Sicherheitsabstand von 5 m. Funken (Kügelchen) sprühen unten zum Topf heraus, ca. 3m weit. Die Lehrperson trägt eine Schutzbrille! Das Thermitgemisch erst unmittelbar vor der Durchführung des Versuchs vorbereiten, nicht herumstehen lassen! Versuchsanweisung: 1. 12 Eisenoxid abwägen und in Porzellantiegel mit Hilfe von Dreifuss und Drahtdreieck etwa 3 Minuten über der rauschenden Flamme gut trocknen, dabei gelegentlich mit dem Löffel oder Spatel umrühren. 2. Im Mörser 4 Aluminiumgriess und das getrocknete, abgekühlte Eisenoxid mit dem Pistill kräftig verreiben. 3. Das Bodenloch des Blumentopfs mit einem Stück Papier verschliessen. 4. Mit dem Papier ein Rohr formen und mit Klebeband fixieren. Der Durchmesser sollte ca. zwei Zentimeter betragen. An einem Ende des Rohrs wird das Papier eingedrückt so, dass ein Boden entsteht. 5. Nun wird das Eisenoxid-Aluminium-Gemisch in das Rohr eingefüllt und in der Mitte des Topfes, auf das verschlossene Blumentopfloch gestellt. Es ist darauf zu achten, dass die Mischung nicht über die Höhe des Sandes kommt. 6. Ausserhalb des Rohrs wird nun Sand oder Kies bis ca. drei Zentimeter unter den Topfrand eingeschüttet. 7. Auf das Thermitgemisch wird zwei Zentimeter Magnesiumpulver gegeben. 8. In die fertige Mischung wird eine Wunderkerze als Zündhilfe gesteckt. Draht der Wunderkerze so viel kürzen, dass brennender Teil ins Pulver gelangt. 9. Wunderkerze anzünden und den Gefahrenbereich verlassen. UMT_CH_9_62547_Thermitreaktion.doc -1- 2009 Erklärung: Die Verbrennung von Magnesium liefert die Aktivierungsenergie, um den Redox-Prozess in Gang zu bringen. Nachher wird durch so viel Wärme erzeugt, dass innerhalb kürzester Zeit das gesamte Gemisch unter Funkensprühen reagiert. Fe2O3 2 Al 2 Fe Al2O3 Abschluss: Als Abschluss kann das Reaktionsprodukt noch untersucht werden. Einerseits ist es eine grauschwarze Masse im Topf und andererseits Kügelchen, die durch das Loch unten am Topf raus fliessen. Mit einem Magnet kann man feststellen, dass die Kügelchen magnetisch sind und somit Eisen enthalten. Das Gebilde aus dem Innern des Topfs wird sehr schwach oder überhaupt nicht angezogen. Anwendung: Das Thermitverfahren ist eine der Methoden, mit denen Eisenbahnschienen zusammen geschweisst werden. Anmerkungen: Im Fachhandel kann die Thermitmischung auch gebrauchsfertig gekauft werden. Meine Versuche mit der fertigen Mischung waren nicht erfolgreich und ich mußte die Mischung selbst herstellen. Mit der eigenen Themitmischung hatte ich keine Probleme. Der Grund könnte an den doch sehr groben Bestandteilen der Mischung liegen. Durch die großen Eisenoxid- und Aluminiumbestandteile ist die Oberfläche für die Reaktion sehr klein. Mit der Mischung von Pulver kann eine größere Oberfläche erzielt werden und die Reaktion ist leichter zu starten. P. Furrer, Stud. PHZH, Ernst Zach UMT_CH_9_62547_Thermitreaktion.doc -2-