Thermit-Reaktion

Ein Beitrag von Arno E. Corvis (Rudolf-Steiner-Schule Bochum)

 

Die Aluminothermie wurde erstmals im Jahre 1898 von ihrem Erfinder Hans Goldschmidt der Gelehrtenwelt vorgestellt und erregte großes Aufsehen. Konkurrenten hatten bisher kein Glück gehabt, denn ihre Mischungen explodierten. Goldschmidts Leistung bestand darin, die Reaktion vorsichtig und langsam mit einem „Zündkirsche“ genannten Gemisch zu starten.

Gemäß der Reaktion 2 Al + Fe2O3 wird zu 2 Fe + Al2O3 wird das rote Eisen(III)oxid durch das Aluminium zum Metall reduziert, das in reiner Form, von der Schlacke gut getrennt, in flüssiger Form erhalten wird.

Aluminiumoxid hat eine sehr hohe Bildungsenthalpie (1675 kJ/Mol bzw. 418 kcal/Mol). Da nur feste und keine gasförmigen Reaktionsprodukte entstehen, bleibt die Wärme am Ort, und die Temperatur erreicht gut 2400 OC. Da Eisen bei 1535 OC schmilzt, fließt es glatt ab.

Außer Eisen konnten nach Goldschmidts Verfahren erstmalig auch andere Metalle wie Chrom, Molybdän und Mangan in sehr reiner Form gewonnen werden, wodurch sich die Techniken der Stahlveredelung blühend entwickelten.

 

Reaktionsansatz für unseren Schulversuch:

Zuerst müssen wir die Atomgewichte der beteiligten Elemente kennen: Aluminium = 27, Eisen = 56, Sauerstoff = 16 (gerundete Werte). Wenn wir diese Zahlen in die obige Reaktionsgleichung einsetzen, erhalten wir:

54 g Aluminium + 160 g Eisenoxid ergeben 112 g Eisen und 102 g Aluminiumoxid (Schlacke).

Das Aluminium soll in Form von Grieß verwendet werden, denn die silbrige Alubronze ist viel zu fein und schwer handhabbar. Beide Pulver müssen sehr gut vorgetrocknet werden, am besten einen Tag lang bei 100 OC im Trockenschrank, wenn man sich nicht sicher ist, ob sie wirklich trocken sind.

Die auf 1 g genau abgewogenen Stoffe werden gründlich gemischt und in den vorbereiteten Doppel-Blumentopf (siehe Zeichnung) eingefüllt. Das Filterpapier soll zuerst eingelegt werden, dann kommt die Bettung aus gut geglättetem Calciumfluoridpulver darüber. Es erleichtert das Fließen der Metalle, was man seit dem Mittelalter weiß.

Wir drücken in die Thermitmischung eine Kuhle hinein, in die wir einen gut gehäuften Teelöffel Schwarzpulver (75 % Kaliumnitrat, je 12,5 % Aktivkohlepulver und Schwefel) füllen. Um die Zündung zu erleichtern, kann man eine umgedrehte Wunderkerze hineinstecken, wie im Film gezeigt, es geht aber auch mit Magnesiumband.

Der doppelte Blumentopf (als Abstandhalter empfiehlt sich ein umgedrehter Teelichtbecher mit durchlöchertem Boden) kommt in einen Schamottezylinder, der am Stativ befestigt wird. Genau darunter stellt man einen doppelten Graphittiegel, der innen ebenfalls mit Calciumfluorid ausgekleidet sein sollte, da sich die Masse sonst nicht gut löst.

Selbstverständlich führt man den Versuch im Freien durch und sorgt für genügend Sicherheitsabstand von etwa 5 Metern.

Um die Wunderkerze auch bei windigem Wetter zuverlässig zu zünden, verwende ich einen Mikro-Bunsenbrenner, der für ca. 3 Euro bei Conrad-Elektronik erhältlich ist. Alles Weitere sollte aus dem Video und dem Bild ersichtlich sein.

Viel Spaß!

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