Thermit

Thermit ist der Handelsname für ein Gemisch aus Eisen(III)-oxid- und Aluminium-Pulver, welches vorrangig zum aluminothermischen Schweißen und für andere Thermitverfahren oder die Aluminothermie eingesetzt wird.

Die beiden Stoffe sind normalerweise mit einem Bindemittel granuliert, um sie rieselfähig zu halten und Entmischung und Wasseraufnahme zu verhindern.

Die Thermit-Reaktion wurde von Hans Goldschmidt in den 1890er-Jahren entdeckt und 1895 patentiert.
„Thermit“ ist eine geschützte Handelsmarke der THERMIT^®-Gruppe[1], die sich 1999 von der Goldschmidt AG getrennt hat.

Weiteres empfehlenswertes Fachwissen

Leitfaden zu den grundlegenden Laborkenntnissen

Empfindlichkeitsprüfung von Laborwaagen

Was ist die Empfindlichkeit meiner Waage?

Chemische Reaktion

Die Thermitreaktion ist eine Redoxreaktion, bei der Aluminium als Reduktionsmittel benutzt wird, um Eisen(III)-oxid zu Eisen zu reduzieren.

Die Reaktionsprodukte sind Aluminiumoxid und elementares Eisen. Die Reaktion läuft sehr stark exotherm ab.

Die Reaktion erfolgt beispielsweise in einem Tontiegel, als sogenannte Zündkirsche wird Bariumperoxid mit Magnesium benutzt.

Es können nach dem gleichen Prinzip auch etwa Chrom und Mangan hergestellt werden.

Gefahren

Obwohl die Ursprungsprodukte bei Raumtemperatur stabil sind, können sie sich entzünden, falls sie einer genügend großen Aktivierungsenergie ausgesetzt werden. Der Brennvorgang ist eine stark exotherme Reaktion (bis zu 2500°C), die Produkte werden somit aufgrund der erreichten Temperaturen flüssig.

Da brennendes Thermit keinen externen Sauerstoff benötigt, kann die Reaktion nicht erstickt werden und in jeder Umgebung – auch unter Sand oder Wasser – gezündet werden und weiterbrennen.

Löschversuche mit Wasser sowie Feuchtigkeit führen zur Dissoziation von Wasser und erzeugen Knallgas:

Die Anwesenheit von Wasser stellt eine große Gefahr bei der Thermitreaktion dar und führt zum explosionsartigen Ausschleudern glutflüssiger Stoffe sowie zu explodierenden Gaswolken.

Abgrenzung

Das Thermitverfahren hat nichts mit der Sauerstofflanze zu tun. Bei dieser erfolgt eine exotherme Eisen-Oxidation mithilfe von Sauerstoffgas.

Anwendungen

Die Anwendungen von Thermit-Reaktionen sind vielfältig. Die häufigste Anwendung ist die Reduktion von Eisen(III)-oxid, wobei eine Temperatur von bis zu 2200 °C überschritten wird:

Gleisbau

  Thermit wird seit etwa 1920 zum aluminothermischen Schweißen und Fügen von Bahngleisen an den Schienenstößen angewendet.

Beim aluminothermischen Verschweißen von Schienenstößen wird eine bestimmte Menge Thermit in einem Schamotte-Trichter über dem mit Formsand eingeschlossenen Schienenstoß entzündet. Das nach einigen Sekunden in den Fügespalt einfließende flüssige Eisen ist ausreichend heiß, um die Schienenenden zur Verschweißung anzuschmelzen.
Zusatzstoffe wie Vanadium machen den Schweißstahl härter als den eigentlichen Schienenstahl.

Das Thermitschweißen wird heute oft durch das effektivere Abbrennstumpfschweißverfahren ersetzt, welches jedoch einen höheren Geräteaufwand erfordert.

Waffen

Thermitgranaten und -bomben (siehe auch Elektron-Thermitstab) werden in Kämpfen als Brandmittel verwendet, da sie fähig sind, schwere Panzerung oder andere Feuerbarrieren durch Schmelzen zu durchdringen.

Herstellung anderer Metalle

Die Redoxreaktion mit Aluminium kann auch verwendet werden, um andere Metalloxide oder -erze, etwa Uranerz, Chromoxid, Siliziumdioxid oder Manganoxid zu den jeweiligen Metallen zu reduzieren.

Experimente

Thermitversuche sind extrem gefährlich, da brennendes Thermit nicht löschbar ist und eventuell vorhandene Feuchtigkeit zu verheerenden Folgen führt (Wasser-Zerlegung und Knallgasentstehung aufgrund der hohen Temperatur sowie auch explosionsartige Verdampfung).
Auch bei Schulversuchen kommt es daher immer wieder zu schweren Unfällen durch umherspritzendes flüssiges Metall.

Versuche gelingen relativ sicher in einem Graphit-Tiegel, der jedoch absolut trocken sein muss. Der Tiegel sollte gegen Metallspritzer mit einem Graphitdeckel verschlossen sein. Gezündet werden kann das Gemisch z.B. mit einer brennenden „Wunderkerze“, die man durch ein Loch im Deckel steckt.

Die Zündung kann auch durch das Auftropfen von Glycerin oder Ethylenglykol auf einen Überschuss an Kaliumpermanganat erreicht werden, die Zündung ist sehr sicher, erfolgt jedoch spontan und zeitlich einige Sekunden versetzt unter vorheriger Entwicklung weißer Wolken.