Termita

Non confundir con térmite.

Unha mestura de termitas usando óxido de ferro (III).

A termita é un tipo de composición pirotécnica de aluminio mesturada cun óxido metálico, que produce unha reacción aluminotérmica coñecida como proceso de Goldschmidt ou reacción da termita.

Reaccións químicas

O aluminio é oxidado polo óxido doutro metal, xeralmente óxido de ferro (ferruxe). Os produtos da reacción química son o óxido de aluminio e o ferro elemental libre, que tamén liberan unha gran cantidade de calor. Os reactivos adoitan pulverizarse e mesturarse cun aglomerante para manter o material sólido e evitar a súa separación.

Fe ₂ O ₃ + 2 Al → 2 Fe + Al ₂ O ₃

A reacción utilízase para a soldadura aluminotérmica, frecuentemente utilizada para unir railes de ferrocarril. Algúns outros óxidos metálicos, como os óxidos de cromo, pódense usar para xerar metal elemental. A termita cúprica prodúcese usando óxido de cobre (II) e úsase para crear enlaces eléctricos nun proceso chamado en inglés "cadwelding".

3 CuO + 2 Al → 3 Cu + Al ₂ O ₃

Algunhas mesturas de tipo termita empréganse como iniciadores pirotécnicos en fogos artificiais ou aplicacións similares.

A termita pódese facer caseira dun xeito moi sinxelo:

Mesturando un 50% de óxido de ferro (en po) e aluminio (en po), para acendelo hai que utilizar unha barra de bengala, usándoa como mecha.

Esta mestura pode alcanzar unha temperatura de 2000 °C.

Historia

A termita foi descuberta en 1893 e patentada en 1895 por un químico alemán, o doutor Hans Goldschmidt. En consecuencia, a reacción chámase "reacción de Goldschmidt" ou "proceso de Goldschmidt". O doutor Goldschmidt estaba inicialmente interesado en producir metais moi puros evitando o uso de carbón no proceso de fundición, pero pronto se decatou da súa utilidade na soldadura.

A primeira aplicación comercial foi soldar tramos de ferrocarril en Essen, en 1899

Tipos

Termita reaccionando nun crisol de ferro fundido.

O Fe₃O_4, óxido de ferro (III), producido pola oxidación do ferro nunha atmosfera rica en osíxeno e a altas temperaturas, é o máis común e empregado dos axentes oxidantes porque é barato e fácil de producir. A magnetita tamén funciona. No seu lugar tamén se pode usar hematita (ferruxe) ou Fe₂O₃. En ocasións utilízanse outros óxidos como o dióxido de manganeso (MnO₂) na termita de manganeso, o Cr₂O₃ na termita de cromo ou o óxido de cobre na termita cúprica, pero só con fins moi especializados. En todos os exemplos úsase o aluminio como metal reactivo. Os fluoropolímeros pódense usar en formulacións especiais, sendo o teflón con magnesio ou aluminio un composto común. O magnesio/teflón é deste tipo.

As combinacións de xeo seco (dióxido de carbono conxelado) e axentes reductores como magnesio, aluminio e boro, seguen a mesma reacción química que coas mesturas tradicionais de termitas, producindo óxidos metálicos e carbono. A pesar da temperatura moi fría dunha mestura térmica de xeo seco, este sistema é capaz de acenderse cunha chama. Cando os ingredientes están finamente divididos, confinados nun tubo e armados como un explosivo tradicional, esta criotermita está a detonar e parte do carbono liberado na reacción emerxe en forma de diamante.

En principio, pódese usar calquera metal reactivo en lugar do aluminio. Non obstante, isto ocorre raramente debido ás propiedades do aluminio que son adecuadas para esta reacción. É con diferenza o máis barato dos metais altamente reactivos e forma unha capa de pasivación que o fai máis seguro de manexar que moitos outros metais reactivos. Os puntos de fusión e ebulición do aluminio tamén o fan ideal para reaccións térmicas: o seu punto de fusión relativamente baixo (660 °C, 1221 °F) significa que o metal é fácil de fundir, polo que a reacción pode ocorrer principalmente en fase líquida, polo que avanzando rapidamente. Ao mesmo tempo, o seu alto punto de ebulición (2519 °C, 4566 °F) permite a reacción a temperaturas moi elevadas xa que algúns procesos tenden a limitar a temperatura máxima xusto por debaixo do punto de ebulición. Un punto de ebulición tan alto é común entre os metais de transición (por exemplo, en ferro e cobre son 2887 °C e 2582 °C respectivamente), pero é infrecuente entre metais altamente reactivos (como o magnesio e o sodio, fervendo a 1090 °C e 883 °C respectivamente).

Usos civís

Termita que reacciona para soldar un carril. Despois diso, o ferro líquido flúe dentro do molde ao redor do perfil da pista.

A reacción termita pode ter varios usos. Empregouse orixinalmente para reparar e soldar in situ rodas de ferrocarril sen retirar a peza da súa localización orixinal. Pódese usar para cortes rápidos ou soldadura de carril sen necesidade de equipos pesados.

A reacción termita, cando se usa para a purificación do mineral, coñécese como proceso de termita ou reacción aluminotérmica. Unha adaptación da reacción, utilizada para obter uranio puro, desenvolveuse como parte do Proxecto Manhattan no Laboratorio Ames baixo a dirección de Frank Spedding. Ás veces chámase Proceso Ames.

Cando a termita se produce mediante óxido de ferro (III), para unha maior eficiencia debe ter en masa 25,3 % aluminio e 74,7 % de óxido de ferro. (Esta mestura véndese baixo o nome comercial "Thermit" como fonte de calor para soldar). A fórmula completa para a reacción usando óxido de ferro (III) é a seguinte:

${\rm {Fe_{2}O_{3}{\rm {+2{\rm {Al\rightarrow {\rm {Al_{2}O_{3}{\rm {+2{\rm {Fe}}}}}}}}}}}}$

ΔH = -851,5 kJ/mol

Cando a termita se produce con magnetita, para a máxima eficiencia debe conter en masa 23 % de aluminio e 76,3 % de óxido de ferro. A fórmula da reacción usando magnetita é:

$3{\rm {Fe_{3}O_{4}{\rm {+8{\rm {Al\rightarrow 4{\rm {Al_{2}O_{3}{\rm {+9{\rm {Fe}}}}}}}}}}}}$

ΔH = -3347,6 kJ/mol

Unha versión modificada deste proceso (realizado nunha atmosfera inerte ) pódese usar para producir varias aliaxes ; normalmente a mestura encéndese eléctricamente neste caso. Entre outros usos, úsase para preparar aliaxes de níquel-aluminio.

A termita de cobre, baixo o nome comercial CAWeld, úsase para unir cables de cobre para formar conexións eléctricas.

Variantes

• Termate
• Nanotermita

Véxase tamén

Bibliografía

• Historia de la termita, por Degussa, sucesores de la compañía del Dr. Goldshmidt
• L. L. Wang, Z. A. Munir and Y. M. Maximov (1993). "Thermite reactions: their utilization in the synthesis and processing of materials". Journal of Materials Science 28 (14): 3693–3708. Bibcode:1993JMatS..28.3693W. doi:10.1007/BF00353167. 
• M. Beckert (2002). "Hans Goldschmidt and the aluminothermics". Schweissen und Schneiden 54 (9): 522–526. 

Ligazóns externas

• Fotos e vídeos de termitas (termitas exóticas) Arquivado 24 de marzo de 2010 en Wayback Machine. - Descrición e fórmula Arquivado 26 de xuño de 2022 en Wayback Machine.
• Termita, fotos e vídeo
• Vídeo, instrucións e fórmula de termitas Arquivado 22 de outubro de 2021 en Wayback Machine. (en inglés)
• Soldadura Welding LTD
• Vídeo: reacción das termitas
• Vídeo de fundición de aceiro con termita
• Facendo un mango en T de aceiro usando termita
• Video de soldadura con termitas