termitt – Store norske leksikon

To fotografier som viser termittreaksjonen mellom aluminium og en blanding av jernoksider (FeO, Fe₃O₄) og mangan(IV)oksid (MnO₂), fylt oppi et helt åpent stålrør. De flytende reaksjonsproduktene som dannes består av aluminiumoksid og en legering av jern og mangan. De lysende partiklene som slynges ut under reaksjonen består av små kuler av smeltet metall, og den hvite røyken består av ørsmå faste partikler, sannsynligvis av aluminiumoksid.

Erik Unneberg/Gjengitt med tillatelse fra Interwell.

Lisens: Begrenset gjenbruk

Termitt er en type pyroteknisk blanding som reagerer med stor varmeutvikling og dannelse av lavalignende reaksjonsprodukter. I motsetning til sprengstoffer, krutt og de fleste pyrotekniske stoffblandinger, danner termitt lite eller ingen gass ved omsetning.

Faktaboks

Uttale: termitt
Etymologi: av gresk thermós, 'varm'

Termitt er mekaniske blandinger av faststoffer og kan være alt fra kornede (granulære) til veldig finkornede (pulveraktige). Bestanddelene i slike termittblandinger utgjøres av et metalloksid i kombinasjon med et reaktivt metall eller halvmetall.

Ved antenning reagerer stoffene i termittblandingen gjennom en kjemisk reaksjon som utvikler mye varme, kalt termittreaksjon. I denne reaksjonen dannes det en smelte av glødende metall og et flytende slagg av metalloksid. Temperaturen kan nå flere tusen grader celsius, over smeltepunktet til de fleste metaller og metalloksider.

Termitt har en rekke praktiske anvendelser og brukes blant annet innen termittsveising, metallurgi, brannvåpen og eksplosivrydding. Fordi termittreaksjoner er spektakulære, brukes de også som demonstrasjonsforsøk innen kjemiundervisning.

Egenskaper

Som andre pyrotekniske blandinger, er termittblandinger heterogene stoffblandinger i korn- eller pulverform. Ved antenning, som gjerne krever en spesiallaget tennsats, reagerer termittblandinger gjennom en sterkt eksoterm redoksreaksjon, kalt termittreaksjon.

Termittreaksjoner forplanter seg som deflagrasjoner og er kjennetegnet av høy reaksjonstemperatur, lite eller ingen gassutvikling og dannelse av et lavaliknende reaksjonsprodukt. Produktet foreligger som to distinkte faser: en metallisk fase bestående av ett eller flere metaller, og slagg bestående av ett eller flere metalloksider.

Fordi reaksjonstemperaturen i termittreaksjoner er høy, vil både metallfasen og slaggfasen som regel dannes i flytende, smeltet form. Siden tettheten til metaller som regel er høyere enn for metalloksider, vil de to fasene typisk separere i løpet av reaksjonsforløpet, der metallet vil legge seg nederst og slagget legge seg på toppen.

Kombinasjonen av høy reaksjonstemperatur og lite gassutvikling (som raskt kan lede bort varmen), gjør at de flytende produktene fra en termittreaksjon gir en form for kunstig «lava». Denne kan effektivt kan smelte ned eller antenne materialer som den kommer i kontakt med.

Anvendelser

Fordi termittblandinger danner metallsmelter, har deres primære bruk vært innen sveising, mer spesifikt for såkalt termittsveising, mye brukt for skjøting av jernbaneskinner. Termitt har også vært brukt innen metallurgi for fremstilling av ulike metaller og legeringer.

Varmeutviklingen og smelteeffektene til termittblandinger har også gjort at de har vært mye brukt i brannbomber og som et nyttig hjelpemiddel for destruksjon av ammunisjon, kjemiske/biologiske våpen, sensitive kryptografiske enheter og lignende.

Andre potensielle bruksområder er kommet til. I Norge utvikler blant annet selskapet Interwell et konsept for forsegling av petroleumsbrønner (såkalt Plug & Abandonment, forkortet P&A) ved hjelp av termittblandinger, en teknisk løsning kalt RockSolid™.

Sammensetning

Termittblanding

Termitt er sammensatt av to typer kjemiske komponenter. Den ene komponenten består av ett eller flere reaktive metaller eller halvmetaller. Den andre komponenten består av ett eller flere metalloksider. Begge komponenter brukes som regel i form av korn (granulær form) eller pulver.

Hvis komponentene som inngår i termittblandingen består av nanopartikler, kaller man gjerne blandingen for en nanotermitt. Disse reagerer som regel langt raskere enn vanlige termittblandinger, og de kan være svært lettantennelige og eksplosive. Egenskapene til termitt er generelt sterkt avhengig av partikkelstørrelsen til komponentene som inngår.

Metallkomponent

Egnede metaller for bruk i termittblandinger er reaktive metaller som aluminium, magnesium og sink. Halvmetaller som binder oksygen godt kan også brukes, spesielt bor og silisium. Enkelte ganger brukes forbindelser mellom metaller og halvmetaller, slik som kalsiumsilisider (CaSi, CaSi₂).

Metalloksidkomponent

Typiske metalloksider benyttet i termittblandinger er jernoksider, kromoksider, manganoksider, kobberoksider og tinnoksider. I en termittreaksjon vil dette gi henholdsvis jern, krom, mangan, kobber eller tinn som metallproduktet i reaksjonen.

Det er også mulig å bruke mer sjeldne metalloksider som koboltoksider, vanadium(V)oksid, molybden(VI)oksid, wolfram(VI)oksid og sølvoksider i termittblandinger. Ved å blande ulike metalloksider i samme blanding kan man fremstille legeringer ved hjelp av termittreaksjoner.

Benyttes metalloksider som vismut(III)oksid eller blyoksider i termitt, kan blandingene oppføre seg eksplosivt. Da kan det nemlig dannes metallisk vismut eller bly i dampform, fordi reaksjonstemperaturen ligger over kokepunktet til henholdsvis vismut (1564 °C) og bly (1751 °C) ved atmosfæretrykk.

Termittreaksjoner

Prinsipp

Den generelle reaksjonsligningen for en balansert termittreaksjonen. Her er M det reaktive metallet (eventuelt halvmetall) og M' er et metall som er edlere og mindre reaktivt mot oksygen enn M.

Fagansvarlig.

Lisens: Begrenset gjenbruk

Termittreaksjon er navnet på den eksoterme redoksreaksjonen som finner sted når en termittblanding antennes. I en slik reaksjon overføres oksygenatomer fra metalloksidet til det reaktive metallet eller halvmetallet. Reaksjonen drives fremover ved at det reaktive metallet eller halvmetallet danner svært sterke kjemiske bindinger med oksygen.

Reaksjonsproduktene fra termittreaksjonen består av et nytt metalloksid, eventuelt et halvmetalloksid, og et nytt metall. En termittreaksjon er derfor en form for redoksreaksjon der metalloksidet er oksidasjonsmiddelet og det reaktive metallet eller halvmetallet er brenselstoffet.

Varmeutviklingen i termittreaksjoner skyldes forskjellen i dannelsesvarme mellom de to metalloksidene. Reaktive metaller danner svært stabile metalloksider. Metalloksidet som dannes er derfor mer stabilt enn det metalloksidet som inngikk i termittblandingen.

Antenning

Termittreaksjoner krever generelt svært høy varme for å komme i gang. De antennes for eksempel ikke nødvendigvis av åpen flamme. Dette gjør også at termittblandinger ikke trenger å falle inn under samme type klassifiseringer som gjelder for andre pyrotekniske varer.

Termitt tennes ved hjelp av spesiallagde tennsatser. I demonstrasjonsforsøk brukes ofte et stjerneskudd, kjent fra fyrverkeri, eller en tennsats bestående av aluminiumpulver eller magnesiumpulver i blanding med bariumperoksid, gjerne med et bånd av magnesium som lunte.

Opprinnelse

Termitt var opprinnelig et handelsnavn for blandinger av jernoksider (FeO, Fe₃O₄, Fe₂O₃) og finfordelt aluminium. Ved antenning utvikler de mye varme, med reaksjonstemperaturer opp mot 3000 °C. Disse blandingene danner metallisk jern i smeltet form og et flytende slagg av aluminiumoksid.

I denne klassiske termittreaksjonen forflyttes oksygenatomer fra jernoksid til aluminium, noe som skjer fordi aluminium danner sterkere kjemiske bindinger med oksygen enn det jern er i stand til. Termittblandinger basert på aluminium kalles noen ganger for aluminotermiske reaksjonsblandinger.

Reaksjonsligningen for termittreaksjonen mellom aluminium og jern(II,III)oksid er:

\[\ce{8Al(s) + 3Fe3O4(s) -> 9Fe(l) + 4Al2O3(l)}\]

Generalisering

En rekke blandinger av metalloksider og reaktive metaller vil gi samme type reaksjonsforløp som blandingen av jernoksider og aluminium, med forflytning av oksygen mellom metaller. Begrepet termitt ble derfor senere tatt i bruk om alle pyrotekniske blandinger som tilhører samme type som denne, også blandinger som ikke er basert på jernoksider og aluminium.

I dag er begrepet termitt blitt ytterligere generalisert. Begrepet omfatter nå flere typer pyrotekniske blandinger der et reaktivt metall eller halvmetall reagerer med metallforbindelser under overføring av enkeltatomer eller små atomgrupper.

Som for vanlig (oksidbasert) termitt, er disse blandingene kjennetegnet ved lite gassdannelse og stor varmeutvikling ved antenning, men til forskjell fra oksidbasert termitt trenger ikke disse blandingene nødvendigvis å danne noe metallprodukt.

Eksempler på blandinger av den generaliserte typen nevnt over, er kombinasjoner av reaktive metaller/halvmetaller med metallforbindelser som metallfluorider og metallsulfater, der henholdsvis fluoratomer og oksygenatomer (fra sulfatgruppen) forflyttes fra metallforbindelsen til det reaktive metallet/halvmetallet.

Noen ganger omtales også reaksjonen mellom svovel og reaktive metaller som aluminium eller sink, under dannelse av metallsulfider, som en termittreaksjon, men dette er upresis begrepsbruk, selv om reaksjonstypen har kjennetegn som kan minne om termittreaksjoner.

Pyrolanter

Pyrolanter er en type pyrotekniske blandinger som er nært beslektet med termitt. Disse er sammensatt av reaktive metaller som aluminium eller magnesium i kombinasjon med fluorpolymerer som polytetrafluoretylen (varemerke Teflon™) eller kopolymerer av vinylidenfluorid og heksafluorpropylen (varemerke Viton™).

Når slike blandinger reagerer, dannes det metallfluorider og elementært karbon, under sterk varmeutvikling og lysutstråling. På samme måter som termitt, er pyrolanter pyrotekniske blandinger som danner hovedsakelig ikke-gassformige reaksjonsprodukter. Pyrolanter er mye brukt i narrebluss for å beskytte fly og helikoptre mot varmesøkende missiler.

Historie

Termittreaksjonen mellom jernoksider og aluminium ble patentert i 1895 av den tyske kjemikeren Hans Goldschmidt (1861–1923). Reduksjonen av et metalloksid til det korresponderende metallet ved hjelp av aluminium kalles derfor noen ganger for Goldschmidts reduksjonsprosess.

I 1899 utviklet Goldschmidt termittsveisingen, og i 1900 ble varemerket Thermit® registrert. Opprinnelig hadde Goldschmidt sett for seg å bruke termittreaksjoner til å fremstille metaller i veldig ren form uten bruk av karbon som reduksjonsmiddel (som brukes i produksjonen av stål).

Et eget selskap ble stiftet av Goldschmidt og forretningsforbindelser for å benytte seg av termittkonseptet til sveising av blant annet jernbaneskinner. Denne virksomheten opererer fortsatt, nå som en del av den større Goldschmidt-gruppen.

Les mer i Store norske leksikon

Kommentarer

Kommentarer til artikkelen blir synlig for alle. Ikke skriv inn sensitive opplysninger, for eksempel helseopplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer når de kan. Det kan ta tid før du får svar.

Du må være logget inn for å kommentere.

Fagansvarlig for Energetiske materialer og sprengningsteknikk

Tor Erik Kristensen

Sjefsforsker, Forsvarets forskningsinstitutt