واکنش ترمیت چیست و چگونه انجام می شود؟
واکنش ترمیت یا ترمایت یک واکنش اکسیداسیون و کاهش گرمازا است که مشابه احتراق پودر سیاه است. واکنش های ترمیت در سال ۱۹۸۸ توسط دکترهانس گلد اشمیت آلمانی کشف و توسعه داده شد و در اواخر قرن ۱۹ در آمریکا برای جوشکاری واگن های قطار و سپس در سال ۱۹۳۳ برای جوشکاری ریل های خطوط راه آهن استفاده شد. در این واکنش مذاب فلزی تولید شده به محل اتصال ریل ها منتقل شده و حرارت بسیار بالای مذاب آهن باعث ذوب شدن لبه ریلها و اتصال آنها می شود که پس از سرد شدن یک سطح صاف و محکم ایجاد می کند.
آزمایش ترمیت معمولا برای نشان دادن واکنش های گرماده استفاده می شود که در درس شیمی پایه یازذهم دبیرستان کاربرد آن شرح داده می شود. فیلم واکنش ترمیت نیز در اینترنت موجود است و می توانید برای یادگیری بیشتر آنرا مشاهده کنید. برای کسب اطلاعات بیشتر در این رابطه با ما در نشریه جهان شیمی فیزیک همراه باشید.
کاربردهای واکنش ترمیت
واکنش های ترمیت کاربردهای زیادی دارند زیرا ترمیت یک ماده منفجره نیست در عوض با ایجاد دمای بسیار بالا در یک منطقه بسیار کوچک کار می کند. از این حرارت شدید متمرکز بر یک نقطه کوچک می توان برای برش فلز ، جوش دادن اجزای فلزی مختلف یا تزریق فلز مذاب استفاده کرد.
ترمیت را می توان برای ترمیم با جوشکاری بخش های فولادی ضخیم مانند قاب های محور لکوموتیو بدون نیاز به برداشتن قطعه از محل نصب شده انجام داد.
از ترمیت می توان برای برش سریع یا جوشکاری فولاد مانند مسیرهای ریلی ، بدون نیاز به تجهیزات پیچیده یا سنگین استفاده کرد. البته برای انجام موفقیت آمیز این فرآیند احتیاط زیادی لازم است.
از دیگر کاربردهای جوشکاری ترمیت می توان به موارد زیر اشاره کرد:
- جوش و تعمیر ریل های شكسته و آسیب دیده
- جوش لب به لب لوله های با جدار ضخیم
- جوش و انواع تعمیرات میل لنگ های شكسته
- جوش و انواع تعمیرات شاسی ماشین ها
- جوش و اتصال قطعات ریخته گری بزرگ
- جوشکاری كابل های ضخیم برق به یكدیگر یا به سطح هادی دیگر
- جوشکاری و اتصال میلگردهای تقویت كننده بتن در سازه ها
ترمیت چیست؟
برای ساخت ترمیت نیازمند نسبت ۳ به ۸ پودر آلومینیم و پودر اکسید آهن(زنگ آهن) هستیم. برای انجام این واکنش ۳ پیمانه پودر آلومینیم خالص را با هشت پیمانه پودر زنگ آهن ترکیب می کنیم. برای تهیه زنگ آهن باید مقداری براده آهن کاملا پودر شده را در یک جای مرطوبت مثل حمام پهن کنید تا زنگ بزند. پودر شما پس از مخلوط سازی باید به رنگ نارنجی دربیاید زیرا اکسید آهن ماده غالب آن است.
ترمایت برای آغاز واکنش نیاز به انرژی فعال سازی دارد که در آزمایشات می توانید از نوار منیزیمی استفاده کنید. برای آغاز واکنش این نوار را داخل پودر گذاشته و آنرا آتش بزنید تا یک واکنش گرماده و البته خطرناک را شاهد باشید.
اکنون در جواب این پرسش که واکنش ترمیت گرماگیر است یا گرماده می توانید با صراحت عنوان کنید که این واکنش گرماده است. محاسبه آنتالپی واکنش ترمیت نیز بر همین اساس به راحتی قابل انجام است.
انواع ترمیت مورد استفاده در جوشکاری ترمیت
ترمیت ساده: شامل مخلوط پودر اکسید آهن و آلومینیوم است که کاربرد گسترده ای دارد.
ترمیت فولاد کم کربن: از افزودن ترمیت ساده به پودر فولاد کم کربن یا مقداری پودر منگنز تولید می شود.
ترمیت چدن: از ترکیب ترمیت ساده به اضافه مقداری پودر فولاد سیلیسیوم دار و فولاد کم کربن تهیه می شود.
ترمیت برای جوشکاری ریل ها: ترکیبی از ترمیت ساده به اضافه مقداری پودر کربن، منگنز و عناصر آلیاژی دیگر است که به منظور افزایش سختی فلز جوش در ریل مورد استفاده قرار می گیرد.
ترمیت برای اتصال کابل های برق: از ترکیب پودرهای اکسید مس و آلومینیوم تهیه می شود.
روش انجام واکنش ترمیت
معادله واکنش ترمیت به صورت زیر است:
نور و حرارت + Fe2O3+2Al→۲Fe+Al2O3
در این واکنش یک فلز اکسید و دیگری کاهش می یابد. سرعت این واکنش با اضافه کردن منبع دیگری از اکسیژن قابل افزایش است و با انجام آزمایش در بستری از یخ خشک می توان نور بسیار شدیدتری تولید کرد.
ترمایت نظامی
این نوع از ترمیت ها از نانوپودرهای همگن باریم ، کربن سیلیکات و پتاسیم کلرات تشکیل شده اند که بیشتر در تسلیحات نظامی روسیه مورد استفاده قرار می گیرد. تسلیحات حاوی ترمیت به زاب معروف هستند و در تولید بمب های خوشی سری زاب استفاده می شوند که حاوی نانو پودرهای مس و آهن هستند. این ترکیبات با نور و گرمای بالا سوخته و با خاصیت پرتاب شوندگی همه چیز را در سر راه خود از بین می برند.
خرید ترمایت
در حال حاضر امکان خرید و فروش این پودرها که با نسبت های صحیح مخلوط شده اند، وجود دارد. این پودرها در بسته بندی های مختلف خرید و فروش می شوند.
مزایا و محدودیت های واکنش ترمیت
از مزایای اصلی واکنش ترمیت عدم نیاز به انرژی الکتریکی و مولدهای دیگر برای جوشكاری است. پودر و قالب های این فرایند را می توان در هر مكانی بدون محدودیت مورد استفاده قرار داد. از جمله محدودیت های این روش عدم امکان جوش دادن مقاطع نازک است زیرا انرژی حاصل از جوش بسیار زیاد بوده و فقط برای مقاطع ضخیم مانند ریل ها قابل استفاده است.
احتیاط لازم برای انجام واکنس ترمیت
این واکنش به شدت گرمازا است بنابراین نباید به شعله حاصل نزدیک شوید زیرا و مواد واکنش دهنده به صورت انفجاری به بیرون پرتاب می شوند. علاوه بر این نور بسیار شدید حاصل از واکنش نیز برای چشم مضر و آسیب زا است.
