Mezcla de termita ( termita - químico, técnico ) (de otro griego θερμά - calor , calor) - una mezcla en polvo de aluminio (con menos frecuencia magnesio ) con óxidos de varios metales (generalmente hierro ).
Cuando se enciende, arde intensamente con la liberación de una gran cantidad de calor . Suele tener una temperatura de combustión de 2300-2700 °C, y en el caso de utilizar agentes oxidantes más fuertes, como óxidos de níquel , cromo o tungsteno , es muy superior. La mezcla se prende fuego con una mecha especial (una mezcla de peróxido de bario , magnesio y sodio ). La relación cuantitativa de los componentes de la mezcla está determinada por la relación estequiométrica . La termita de hierro y aluminio más común: Fe 2 O 3 (generalmente óxido) \u003d 75%; Al = 25% (que contiene incrustaciones calcinadas o mineral de hierro rico ). La temperatura de ignición de dicha termita es de aproximadamente 1300 °C (mezcla de cebado 800 °C); el hierro y la escoria resultantes se calientan hasta 2400 °C. A veces se introducen cortes de hierro , aditivos de aleación y fundentes en la composición de la termita de hierro . El proceso se lleva a cabo en un crisol de magnesita . Las termitas están disponibles para soldar cables de teléfono y telégrafo, así como cables para líneas eléctricas . En tecnología militar, la termita se usa como composiciones incendiarias. En la producción de ferroaleaciones , la termita con la adición de fundentes se denomina carga .
Teóricamente, la mezcla de termitas puede estar compuesta por varios metales que pueden servir como combustible y oxidantes . El aluminio se ha generalizado debido a sus evidentes ventajas:
Además, la baja densidad de la alúmina formada por la reacción tiende a dejarla flotando sobre el metal puro resultante. Esto es especialmente importante para reducir la contaminación de la soldadura.
Los agentes oxidantes más comunes y accesibles son los óxidos de hierro , que se utilizan en mezclas con varios metales [1] :
En condiciones de laboratorio, incluso el hielo seco (dióxido de carbono sólido) puede servir como agente oxidante [2] . Oxidantes libres de oxígeno: los fluoropolímeros se pueden usar en composiciones incendiarias , un ejemplo es una mezcla de magnesio + teflón + vitón (MTV) .
Ejemplos de composiciones termita-incendiarias [3] [4] :
La composición más común es la termita de hierro. Normalmente se utiliza óxido de hierro (III) u óxido de hierro (II, III) como agente oxidante. El primero produce más calor. Este último se enciende más fácilmente, probablemente debido a la estructura cristalina del óxido. La adición de óxidos de cobre o manganeso puede mejorar en gran medida la facilidad de ignición. La densidad de las termitas cocidas suele ser tan baja como 0,7 g/cm3. Esto, a su vez, da como resultado una densidad de energía relativamente baja (alrededor de 3 kJ/cm3), una combustión rápida y salpicaduras de hierro fundido debido a la expansión del aire atrapado. La termita se puede prensar a una densidad de 4,9 g/cm3 (casi 16 kJ/cm3) a bajas velocidades de combustión (alrededor de 1 cm/s). La termita prensada tiene una mayor capacidad de fusión, lo que significa que puede derretir la copa de acero donde fallaría la termita de baja densidad. La termita de hierro, con o sin aditivos, se puede prensar en dispositivos de corte que tengan un cuerpo y una boquilla resistentes al calor. La termita de hierro balanceada con oxígeno 2Al + Fe 2 O 3 tiene una densidad máxima teórica de 4,175 g/cm3, una temperatura de combustión adiabática de 3135 K o 2862 °C o 5183 °F (con transiciones de fase incluidas limitadas por el hierro que hierve a 3135 K) , el óxido de aluminio se funde (brevemente), y el hierro producido es principalmente líquido, parte de él está en forma gaseosa: se forman 78,4 g de vapor de hierro por 1 kg de termita. El contenido energético es de 945,4 cal/g (3.956 J/g). La densidad de energía es de 16.516 J/cm3.
En la mezcla original en la forma en que se inventó, se utilizó óxido de hierro en forma de cascarilla de laminación. La composición era muy difícil de encender.
La termita de cobre se puede obtener a partir de óxido de cobre (I) (Cu 2 O, rojo) o de óxido de cobre (II) (CuO, negro). La velocidad de combustión suele ser muy rápida y el punto de fusión del cobre es relativamente bajo, por lo que la reacción produce una cantidad significativa de cobre fundido en muy poco tiempo. Las reacciones de las termitas de cobre (II) pueden ser tan rápidas que pueden considerarse como una especie de polvo instantáneo. Puede ocurrir una explosión, como resultado de lo cual salpicaduras de gotas de cobre se dispersarán a distancias considerables. La mezcla balanceada con oxígeno tiene una densidad máxima teórica de 5.109 g/cm3, una temperatura de llama adiabática de 2843 K (incluyendo transiciones de fase) con alúmina en estado fundido y cobre en forma líquida y gaseosa; Por 1 kg de esta termita se forman 343 g de vapor de cobre. El contenido energético es de 974 cal/g.
La termita de cobre (I) se utiliza en la industria, por ejemplo, al soldar conductores de cobre gruesos (soldadura manual). Este tipo de soldadura también se está evaluando para empalmar cables en la Marina de los EE. UU. para su uso en sistemas de alta corriente como la propulsión eléctrica. La mezcla equilibrada de oxígeno tiene una densidad máxima teórica de 5,280 g/cm3, una temperatura de llama adiabática de 2843 K (incluidas las transiciones de fase) con alúmina y cobre fundidos en forma líquida y gaseosa; Por 1 kg de esta termita se forman 77,6 g de vapor de cobre. Valor energético 575,5 cal/g
La composición de termita es termita enriquecida con un oxidante a base de sal (normalmente nitratos, por ejemplo, nitrato de bario-Ba(NO 3 ) 2 o peróxidos ). A diferencia de las termitas, las termitas se queman con la liberación de llamas y gases. La presencia de un agente oxidante facilita la ignición de la mezcla y mejora la penetración de la composición de combustión en el objetivo, ya que el gas liberado expulsa la escoria fundida y proporciona una mezcla mecánica. Este mecanismo hace que la termita sea más adecuada que la termita para fines incendiarios y para la destrucción de emergencia de equipos sensibles (como dispositivos criptográficos), ya que el efecto de la termita es más localizado.
Los metales en las condiciones adecuadas se queman como la madera o la gasolina. (De hecho, el óxido es el resultado de la oxidación del acero o el hierro a un ritmo muy bajo). La reacción de la termita ocurre cuando las mezclas correctas de combustibles metálicos se combinan y se encienden. La ignición en sí requiere temperaturas extremadamente altas. [Cita requerida]
La ignición de la reacción de la termita generalmente requiere una bengala o una cinta de magnesio fácilmente disponible, pero puede requerir un esfuerzo sostenido ya que la ignición puede ser poco confiable e impredecible. Estas temperaturas no se pueden alcanzar con espoletas de pólvora negra convencionales, varillas de nitrocelulosa, detonadores, iniciadores pirotécnicos u otros encendedores comunes. Incluso cuando la termita está lo suficientemente caliente como para brillar de color rojo brillante, no se enciende, ya que debe estar al rojo vivo para iniciar la reacción.
A menudo se utilizan tiras de magnesio metálico como fusibles. Debido a que los metales se queman sin liberar gases refrigerantes, pueden arder potencialmente a temperaturas muy altas. Los metales reactivos como el magnesio pueden alcanzar fácilmente temperaturas lo suficientemente altas como para encender las termitas. La ignición de magnesio sigue siendo popular entre los aficionados a las termitas, principalmente porque es fácil de conseguir, pero una parte de la tira ardiente puede caer en la mezcla y hacer que se encienda prematuramente.
La reacción entre permanganato de potasio y glicerol o etilenglicol se utiliza como alternativa al método del magnesio. Cuando estas dos sustancias se mezclan, comienza una reacción espontánea, en la que la temperatura de la mezcla aumenta lentamente hasta que se forma una llama. El calor liberado durante la oxidación del glicerol es suficiente para iniciar una reacción de termita.
Además de la ignición de magnesio, algunos aficionados también prefieren usar bengalas para encender la mezcla de termita. Alcanzan la temperatura requerida y proporcionan suficiente tiempo antes de que el punto de combustión alcance la muestra. Este puede ser un método peligroso, ya que las chispas de hierro, como las tiras de magnesio, se queman a miles de grados y pueden encender la termita aunque la bengala no entre en contacto con ella. Esto es especialmente peligroso con termita finamente molida.
Las cabezas de los fósforos arden lo suficientemente calientes como para encender la termita. Es posible utilizar cabezas de cerillas envueltas en papel de aluminio y una cerilla dúctil/eléctrica suficientemente larga que conduzca a las cabezas de cerillas.
De manera similar, la termita finamente dispersa se puede encender con un encendedor de chispa de pedernal, ya que las chispas son un metal en llamas (en este caso, los metales de tierras raras altamente reactivos lantano y cerio). Por lo tanto, no es seguro usar un encendedor cerca de la termita.
Las reacciones de termita tienen muchos usos. No es un explosivo; en cambio, funciona exponiendo un área muy pequeña a temperaturas extremadamente altas. El calor fuerte enfocado en un punto pequeño se puede usar para cortar metal o soldar componentes metálicos, ya sea derritiendo el metal de los componentes o inyectando metal fundido de la propia reacción de la termita.
Thermite se puede usar para reparaciones mediante soldadura en lugar de perfiles de acero gruesos, como los bastidores de ejes de locomotoras, donde las reparaciones se pueden realizar sin quitar la pieza de su sitio de instalación.
La termita se puede utilizar para cortar o soldar acero rápidamente, como las vías del tren, sin necesidad de equipos complejos o pesados. Sin embargo, defectos tales como inclusiones de escoria y vacíos (agujeros) a menudo están presentes en dichas uniones soldadas, por lo que se requiere mucho cuidado para llevar a cabo con éxito el proceso. El análisis numérico de la soldadura por termita de rieles se abordó de manera similar al análisis del enfriamiento de una fundición. Tanto el análisis de elementos finitos como el análisis experimental de soldaduras de rieles de termita han demostrado que el espacio de soldadura es el parámetro más importante que influye en la formación de defectos. Se ha demostrado que el aumento de la separación de la soldadura reduce las cavidades de contracción y los defectos de la soldadura traslapada, y el aumento de la temperatura de precalentamiento y termita ha reducido aún más estos defectos. Sin embargo, la reducción de estos defectos contribuye a la aparición de la segunda forma del defecto: la microporosidad. También se debe tener cuidado para garantizar que los rieles permanezcan rectos sin causar distorsión que pueda causar desgaste a altas velocidades y en líneas de carga de eje pesado.
La reacción de termita, cuando se usa para purificar minerales de ciertos metales, se denomina proceso de termita o reacción aluminotérmica. La adaptación de la reacción utilizada para producir uranio puro fue desarrollada por el Proyecto Manhattan en el Laboratorio Ames bajo la dirección de Frank Spedding. A veces se le llama proceso de Ames.
La termita de cobre se utiliza para soldar alambres de cobre gruesos para conexiones eléctricas. Es ampliamente utilizado en las industrias de energía eléctrica y telecomunicaciones (juntas soldadas exotérmicas).
Los militares suelen utilizar granadas de mano y cargas de termita para contrarrestar el material y destruir parcialmente el equipo; esto último es común cuando no hay tiempo para métodos más seguros o completos. Por ejemplo, la termita se puede utilizar para la destrucción de emergencia de equipos criptográficos cuando existe el peligro de que puedan ser capturados por tropas enemigas. Debido a que la termita de hierro estándar es difícil de encender, se quema con poca o ninguna llama y tiene un alcance corto, la termita estándar rara vez se usa sola como una composición incendiaria. En general, aumentar el volumen de los productos de reacción gaseosos de una mezcla de termitas aumenta la tasa de transferencia de calor (y por lo tanto el daño) de esa mezcla de termitas en particular. Se suele utilizar con otros ingredientes que potencian su efecto incendiario. Thermite-TH3 es una mezcla de termita y aditivos pirotécnicos que superan a la termita estándar en aplicaciones incendiarias. Su composición en peso suele ser de alrededor de 68,7 % de termita, 29,0 % de nitrato de bario, 2,0 % de azufre y 0,3 % de aglutinante (como PBAN). Agregar nitrato de bario a la termita aumenta su efecto térmico, produce una llama más grande y reduce en gran medida la temperatura de ignición. Aunque el propósito principal de Thermat-TH3 en el ejército es como arma incendiaria antimaterial, también se puede usar para soldar componentes metálicos.
El uso militar clásico de las termitas es inutilizar piezas de artillería, y se han utilizado para este propósito desde la Segunda Guerra Mundial, por ejemplo en Pointe du Hoc, Normandía. Thermite puede desactivar permanentemente las piezas de artillería sin el uso de cargas explosivas, por lo que puede usarse cuando se necesita silencio para una operación. Esto se puede hacer insertando una o más granadas de termita en la recámara y luego cerrándola rápidamente; esto suelda el cerrojo y hace imposible cargar el arma. Alternativamente, una granada de termita aplicada dentro del cañón de un arma daña el cañón, haciendo que el arma sea peligrosa para disparar. Thermite también puede soldar el mecanismo de puntería y elevación del arma, lo que dificulta la puntería adecuada.
Durante la Segunda Guerra Mundial, tanto las bombas incendiarias alemanas como las aliadas utilizaron mezclas de termita. Las bombas incendiarias generalmente consistían en docenas de botes delgados llenos de termita (bombas) que se encendían con una mecha de magnesio. Las bombas incendiarias causaron daños masivos en muchas ciudades debido a los incendios provocados por la termita. Particularmente vulnerables son las ciudades, que consistían principalmente en edificios de madera. Estas bombas incendiarias se utilizaron principalmente durante los ataques aéreos nocturnos. Las miras de bombas no se podían usar de noche, lo que creaba la necesidad de municiones que pudieran destruir objetivos sin necesidad de una ubicación precisa.
El uso de termitas es peligroso debido a las temperaturas extremadamente altas y la extrema dificultad para suprimir la reacción una vez iniciada. Las pequeñas corrientes de hierro fundido que se liberan de la reacción pueden viajar distancias considerables y pueden derretirse a través de recipientes de metal, incendiando su contenido. Además, los metales inflamables con puntos de ebullición relativamente bajos, como el zinc (con un punto de ebullición de 907 °C, unos 1370 °C por debajo de la temperatura a la que se quema la termita) pueden potencialmente rociar en gran medida metal hirviendo sobrecalentado en el aire si está próximo a a la termita.
Si por alguna razón la termita está contaminada con materia orgánica, óxidos hidratados y otros compuestos que pueden liberar gases cuando se calientan o reaccionar con los componentes de la termita, los productos de reacción pueden rociarse. Además, si la mezcla de termita contiene suficientes vacíos de aire y se quema lo suficientemente rápido, el aire sobrecalentado también puede hacer que la mezcla salpique. Por esta razón, es preferible utilizar polvos relativamente crudos para que la velocidad de reacción sea moderada y los gases calientes puedan salir de la zona de reacción.
El precalentamiento de la termita antes de la ignición se puede hacer fácilmente por accidente, por ejemplo, al verter una nueva pila de termita sobre una pila de escoria de termita recién encendida y caliente. Cuando se enciende, la termita precalentada puede arder casi instantáneamente, liberando luz y energía térmica a un ritmo mucho más alto de lo normal y causando quemaduras y daños en los ojos a una distancia razonablemente segura.
La reacción de la termita puede ocurrir accidentalmente en plantas industriales donde los trabajadores usan ruedas abrasivas para esmerilar y cortar para trabajar en metales ferrosos. Al usar aluminio en esta situación, se forma una mezcla de óxidos que pueden explotar violentamente.
Mezclar agua con termita o verter agua sobre una termita en llamas puede causar una explosión de vapor que envía fragmentos calientes volando en todas direcciones.
Los ingredientes principales de Thermit también se utilizaron, por sus cualidades individuales, en particular, la reflectividad y el aislamiento térmico, en la pintura o el aditivo del Hindenburg Zeppelin alemán, lo que puede haber contribuido a su destrucción por fuego. Esta fue una teoría presentada por el ex científico de la NASA Addison Bain y luego probada a pequeña escala por el reality show científico MythBusters con resultados semi-convincentes (se ha demostrado que no es solo culpa de la reacción de la termita, sino que tiene Se ha sugerido que es una combinación de éste y la combustión de gas hidrógeno, llenando la carrocería del Hindenburg). El programa MythBusters también verificó la validez de un video encontrado en línea en el que varias termitas en un balde de metal se encendieron encima de varios bloques de hielo, provocando una explosión repentina. Pudieron confirmar los resultados al encontrar enormes bloques de hielo a una distancia de 50 m del lugar de la explosión. El coanfitrión Jamie Hyneman sugirió que esto se debió a la formación de aerosoles de la mezcla de termita, posiblemente en una nube de vapor, lo que provocó que se quemara aún más rápido. Hyneman también expresó su escepticismo sobre otra teoría que explica este fenómeno: la reacción de alguna manera dividió el hidrógeno. y oxígeno en el hielo, y luego los encendió. Esta explicación afirma que la explosión se debió a la reacción del aluminio fundido a alta temperatura con el agua. El aluminio reacciona violentamente con agua o vapor a altas temperaturas, liberando hidrógeno y oxidándose. La velocidad de esta reacción y la ignición del hidrógeno resultante pueden explicar fácilmente la explosión, confirmó. Este proceso es similar a una reacción explosiva causada por el potasio metálico que ingresa al agua.
Las mezclas incendiarias a base de termita son una mezcla de polvo de aluminio (polvo) y óxido de hierro. Estos compuestos tienen una temperatura de combustión muy alta de 2519 °C. Pueden arder sin la presencia de oxígeno, no se pueden extinguir con agua. Algunos tipos de termitas se queman casi sin llama, algunos con una cantidad decente de fuego. La termita tiene un efecto de quema extremadamente fuerte. La termita fundida se quema fácilmente a través de láminas de duraluminio, acero y hierro. A esta temperatura, el hormigón y los ladrillos se agrietan, el vidrio se derrite, el acero se quema. La termita forma una escoria de alta temperatura que mejora su capacidad de combustión. La termita puede provocar un incendio en cualquier objeto, incluso si no hay materiales inflamables. Es casi imposible extinguirlo.
Se utiliza en la producción de ferroaleaciones (aluminotermia), proyectiles incendiarios , soldadura por termita y otras áreas donde se requieren altas temperaturas.
La novela The Master's Banishment (1946) describe la mezcla de termitas de la siguiente manera:
¿Alguna vez has oído hablar de la termita? ¡Oh tu! Aquí, escucha. te lo explico La termita se ha utilizado en la industria durante mucho tiempo. Esta es una mezcla en polvo de algunos metales, que es capaz de encenderse y desarrollar una temperatura alta durante la combustión, hasta tres mil quinientos grados.
En la serie Breaking Bad , Walter y Jesse usan termita para entrar a un almacén.
En el programa de televisión " Galileo ", bajo el título "Experimentos", hubo un problema con ese nombre. El líder del experimento demostró claramente las consecuencias de quemar termita y el incumplimiento de las normas de seguridad al quemarse la mano (quizás intencionalmente). También explicó que es imposible simplemente prender fuego a la termita (con un fósforo o un encendedor).
En Payday 2, la termita se usa para romper objetos seguros y cajas fuertes.