铝热法(aluminothermy,aluminothermic process)是通过铝热反应用铝粉还原金属氧化物获得金属元素的方法。反应剧烈放热,温度可达2500~3500℃,放出耀眼的光芒。生成物为氧化铝和该高熔点金属的单质。
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
将铝粉和一定量的高熔点金属氧化物(如氧化铁等)混合后,用镁条引燃,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的单质。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
德国化学家汉斯·歌德史密斯(Hans Goldschmidt)于1893年发明铝热法并于两年后申请专利。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,但歌德史密斯敏锐地发现铝热法可以用于焊接。1899年在德国埃森,铝热法首次商业应用于焊接铁轨。
引燃
铝热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)。高锰酸钾和甘油的混合物缓慢放热,也可以做引发剂。丙烷枪也可以提供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。
用途
铝热反应过程中放出的热可以使高熔点金属熔化並流出,故铝热法广泛运用于焊接抢险工程,例如將鐵軌連接成一段長軌即使用此法。另外,铝热法也是冶炼钒、铬、锰等高熔点金属的重要手段。
除此之外,其他的单质与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。其中的单质可以是铝、镁、钙、钛、硅、硼——并不仅限于金属,而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、氧化銅和四氧化三铅等。有时这些反应也根据反应中的还原剂而称为“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。
娛樂文化
在美國電影《絕地任務》中,一位不滿美國政府做法的陸戰隊將軍,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。
在影集絕命律師 (第一季)中,懷特為了獲得制毒原料,利用鋁熱劑熔毀倉庫門鎖。
参考资料
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