Experiments with Thermite - Chemistry and Chemists № 2 2025

Combustion of Thermite: Iron(II, III) Oxide/Aluminum/Magnesium (Fe₃O₄/Al/Mg) - Part 30
Горение термита: оксид железа (II, III)/алюминий/магний (Fe₃O₄/Al/Mg) - часть 30

The idea had been in my mind for a long time. Just a few weeks ago, I was planning to prepare Fe₃O₄/Al thermite with a large amount of magnesium added. While conducting the experiment described in Part 27 of this article, I initially intended to prepare the following mixture:

Al - 100 g, Fe₃O₄ - 275 g, Mg - 40 g.

However, I ended up reducing the amount of magnesium by a factor of four. The main reason was that the magnesium was in the form of fragments from cruise missile bodies (Elektron alloy). Crushing these fragments was extremely difficult - they had to be struck with a hammer on an anvil using full force. As a result, magnesium pieces flew all over the laboratory. One large fragment flew off after a strike and hit a one-liter glass bottle containing concentrated nitric acid. Miraculously, the bottle didn't break.

Let me remind you: the idea was not just to add powdered magnesium to the Fe₃O₄/Al thermite, but to use magnesium in the form of separate layers made from large magnesium pieces. These layers were to alternate with layers of Fe₃O₄/Al thermite. The magnesium would be heated to its boiling point by the burning thermite, turning into vapor and causing the thermite to scatter due to the sharp increase in volume when a solid turns into gas. The magnesium vapor would then burn in the air, releasing additional energy.

For the tested composition (Al - 100 g, Fe₃O₄ - 275 g, Mg - 10 g, see Part 27), this effect was weak, so I returned to the original idea:

Al - 100 g, Fe₃O₄ - 275 g, Mg - 40 g.

It took three days to crush the magnesium with a hammer. Of course, I didn't do this continuously - instead, I worked periodically: I would strike the magnesium, collect the scattered pieces, and strike it again. When I got tired or bored, I switched to other tasks. Eventually, I obtained 40 g of magnesium in the form of irregularly shaped particles, ranging in size from fractions of a millimeter to about one centimeter.

I weighed the aluminum (particle size: 100-140 microns) and iron(II,III) oxide, then mixed them thoroughly. Just then, a colleague arrived with an aluminum beer can. It was smaller than the cans I had used before. He suggested I use this particular can for the thermite.

I poured a portion of the aluminum-iron oxide mixture into the bottom of the can and compacted it with a hammer. Then I added a layer of magnesium particles, followed by another layer of the aluminum-iron oxide mixture, and compacted it again. I repeated this process until I realized that the can was too small - there wasn't enough space for all the thermite and magnesium. Should I trust people after that?

I transferred the mixture into a larger aluminum beer can, taking care not to let the layers loosen. I then added the remaining thermite and magnesium in the same layered fashion. The topmost layer was thermite. On top of that, I placed an incendiary mixture prepared from 2 g of finely powdered aluminum and 3 g of iron oxide. The thermite-filled can was then placed in an iron tray filled with dry sand (I had formed a shallow depression in the sand around the can).

The prepared thermite stood in my lab for two days. Unheard of! Previously, I always tested thermite immediately after preparation, but this time I had urgent work. Finally, I found some free time. I began to wonder: should I invite a colleague to help with the test?

On the one hand, he had a second phone to film the experiment, and I would definitely need assistance. Also, he might find the experiment interesting. On the other hand, I didn't want to bother him - I knew for certain that he was busy at the time. In the end, I invited him anyway. He agreed, and then asked:

- Will you conduct the experiment here? [In the lab]

- No, of course not - otherwise, the lab will burn down!

We went out into the yard. I carried a tray with the thermite, a gas burner, and a protective shield. My colleague brought two tripods for smartphones. We set up in a secluded area where strangers wouldn't be able to see the experiment. I placed the tray with thermite on the ground and set up the two tripods. I positioned my phone closer to the thermite, and my colleague's phone farther away, since I expected burning fragments to fly off.

Before the test, I was very nervous - I worried that the experiment might fail and all the effort would be wasted. I was eager to begin. Just then, my colleague stopped me, brought over a large sheet of slate, and placed it to the right of the thermite to hide some unsightly background objects. In response, I expressed - in not a very polite manner- what I thought about that piece of slate and his concern for aesthetics.

I aimed the flame of the gas burner at the incendiary mixture and quickly stepped back. The mixture caught fire, and then the thermite ignited. A bright white flame burst from the can with a hiss, sending out smoke and a shower of sparks. And then, the experiment took an unexpected turn - a small explosion occurred, accompanied by a brilliant flash. The explosion scattered large chunks of burning thermite in all directions. This was followed by several more explosions and intense flashes, resulting in showers of glowing sparks.

After the reaction, a yellow-hot area remained in the tray. I assumed it were molten reaction products. I picked up the secondary camera to film the results of the combustion at close range. While filming, I nearly stepped on a large, still-hot fragment of the reaction products - I had to watch my footing very carefully.

It turned out that after the combustion had finished, there wasn't a drop of molten material left in the sand tray - only hot sand and ''spots'' of magnesium oxide remained. The entire reaction mixture had been blown away by the explosions!

While I was filming, I heard strange sounds behind me and turned around...

Fire!

Behind me was a shed filled with old fluorescent lamps, worn-out furniture, plastic lamp covers, and other items. Its walls were made of wire mesh. The shed was engulfed in flames!

The distance from the thermite to the mesh wall was about 2 meters, and to some potential ignition sources - around 3 meters. I put my smartphone on the ground and shouted to my colleague:

- Fire!

I grabbed a 50-liter barrel full of rainwater and began pouring it onto the fire through the wire mesh. My colleague shouted:

- Don't pour out all the water! Not all of it!

He planned to enter the shed and pour water on the fire from the inside. However, I was convinced the shed door was locked, so I poured nearly the entire barrel through the mesh. The fire weakened, but it didn't go out.

At that moment, my colleague discovered there was no lock on the door at all. The shed was secured only with a piece of wire - there was nothing valuable inside. Burnt-out lamps and broken furniture weren't exactly theft-worthy.

He climbed into the shed and threw out a large piece of burning foam rubber. I extinguished it with the remaining water. The visible flames were out, but smoldering and burning continued under piles of long fluorescent lamps. The glass tubes, which contained mercury, began cracking loudly - some from the heat of the fire, others from the sudden cooling caused by the water.

I asked my colleague to fetch a bucket of water. Then I climbed into the shed and started moving the lamps aside to clear access to the fire.

Frightened neighbors came running after seeing the smoke. I reassured them that everything was fine, the fire was under control, and we were extinguishing it.

My colleague collected water not from his lab, but from a nearby workshop - it was closer. He entered the shed and poured water onto the fire. But it wasn't enough - bucket after bucket was needed.

Soon, the workshop staff arrived along with my colleague. One of them began to grumble:

- We've got paints and flammable solvents in here - gasoline, acetone, white spirit. There's cardboard and old furniture too. It was a bad idea to burn thermite here...

But there was no argument: I had no time to debate, and they had no desire to quarrel. Instead, they brought a hose connected to the water supply. Although the hose didn't reach all the way to the shed, it served as a closer source for filling buckets than the distant tap.

We filled buckets with water, carried them into the shed, and poured them over anything still burning or likely to ignite. By then, no flames were visible, but white smoke billowed from under the pile of fluorescent lamps. The lamps, fittings, and old boxes made it difficult for the water to reach the smoldering material. Several times, the smoke formation seemed to stop - but then resumed.

My colleague and I ended up using around twenty buckets of water (about 20 liters each). Only after that did the emission of smoke stop, and it began to dissipate. I stayed after work, checking on the shed periodically to ensure the fire didn't reignite. The workshop staff said half an hour would be enough, but I stayed for a full hour. There was no more smoke or any sign of fire. Finally, I calmed down and went home.

But once home, a frightening thought struck me:

- What if those fluorescent lamps weren't burnt out - but were new?

I had broken at least two of them with my feet while maneuvering through the cluttered shed, trying to pour water in the right places. An unknown number cracked due to heat and sudden cooling from contact with cold water.

The next day, my colleague reassured me that all the lamps were burnt out - if they had been new, the shed would have been securely locked.

What conclusions can be drawn? It's a good thing I invited my colleague - extinguishing the fire alone would have been extremely difficult. But my biggest mistake was not bringing a fire extinguisher. In earlier tests, I always had a carbon dioxide fire extinguisher nearby. Yet during the last few experiments, I had started conducting them without one.

I also recalled how, before filming, my colleague placed a slate sheet on the side to "improve the view." I had reacted rather rudely, telling him not to fuss. While we were putting out the fire, I admitted that he had been right - but unfortunately, he had placed the slate sheet on the wrong side, opposite the shed.

The next day, the story took an unpleasant turn. I had synthesized a small amount of picric acid (for experiments with deuterium and tritium water), filtered the product, and placed it on filter paper to dry. I bent over to transfer the remaining crystals from the filter to the paper. Suddenly, a large dark red stain appeared on the white paper containing pale yellow crystals. Then a second stain appeared on the nearby tablecloth.

Only then did I realize I was bleeding - apparently, I had injured the top of my head while putting out the shed fire, and hadn't noticed it for an entire day.

Photos/Video

Горение термита: оксид железа (II, III)/алюминий/магний (Fe₃O₄/Al/Mg) - часть 30

Идея возникла давно. Еще несколько недель назад я планировал приготовить термит Fe₃O₄/Al, содержащий добавку большого количества магния. Проводя эксперимент, описанный в 27-й части статьи, я первоначально намеревался приготовить смесь:

Al - 100 г, Fe₃O₄ - 275 г, Mg - 40 г.

Однако тогда я уменьшил количество магния в четыре раза. Главная причина состояла в том, что магний был в виде обломков корпусов крылатых ракет (сплав электрон). Измельчать фрагменты корпусов было тяжело - их приходилось изо всех сил бить молотком на наковальне. В результате куски магния разлетались по всей лаборатории. Один крупный осколок отлетел после удара и попал в литровую стеклянную бутылку с концентрированной азотной кислотой. Бутылка чудом не разбилась.

Напомню, что идея была не просто добавить магниевый порошок в термит Fe₃O₄/Al, но использовать магний в виде отдельных слоев, состоящих из крупных кусочков магния. Эти слои чередовать со слоями термита Fe₃O₄/Al. Магний будет нагрет до кипения горящим термитом и превратится в пар, вызвав разбрасывание горящего термита за счет резкого увеличения объема при переходе твердого тела в газ. Пары магния будут сгорать на воздухе, выделяя дополнительную энергию.

Для испытанного состава (Al - 100 г, Fe₃O₄ - 275 г, Mg - 10 г - см. часть 27) указанный эффект наблюдался слабо, поэтому я вернулся к первоначальному замыслу:

Al - 100 г, Fe₃O₄ - 275 г, Mg - 40 г.

На измельчение магния молотком ушло три дня. Разумеется, я занимался этой процедурой не все время, а периодически - бил магний молотком, собирал разлетевшиеся куски, снова работал молотком... А когда уставал или это мне надоедало, переключался на другие работы. В результате получил 40 г магния в виде частиц неправильной формы, их размер варьировался от долей миллиметра до одного сантиметра.

Взвесил алюминий (частицы 100-140 мкм) и оксид железа (II, III). Тщательно смешал вещества. Потом пришел коллега и принес алюминиевую банку из-под пива. Она была меньшего размера, чем банки, которые я использовал ранее. Коллега порекомендовал поместить мой термит именно в эту банку.

Насыпал на дно банки смесь алюминия и оксида железа, уплотнил молотком. Потом насыпал слой частиц магния, поверх него - новый слой смеси алюминия и оксида железа, снова тщательно уплотнил молотком. Повторял данную процедуру, пока не оказалось, что алюминиевая банка была слишком маленькой - весь термит и весь магний в нее не помещалась. Вот и доверяй после этого людям!

Перенес смесь в алюминиевую пивную банку большего размера, не допустив разрыхления смеси. Добавил оставшийся термит и магний в новую банку (тоже в виде слоев). Сверху находился слой термита. На него поместил зажигательную смесь, приготовленную из 2 г мелкодисперсного алюминия и 3 г оксида железа. Банку с термитом поставил в железный лоток, заполненный сухим песком (вокруг банки сделал углубление в песке).

Готовый термит простоял у меня в лаборатории два дня. Неслыханное дело! Раньше я испытывал термит сразу же после приготовления, но в этот раз появилась срочная работа. Наконец, выпало свободное время. Раздумывал: пригласить ли на испытание термита коллегу? С одной стороны, у него есть второй телефон для съемки эксперимента, да и другая помощь, мне, определенно, понадобятся. Кроме того, коллеге будет интересно. С другой стороны, не хотелось отвлекать человека - я точно знал, что он сейчас занят. Таки пригласил - коллега согласился, а потом спросил:

- Ты будешь проводить эксперимент здесь? [В лаборатории]

- Нет, разумеется, - в противном случае лаборатория сгорит!

Пошли во двор. Я нес лоток с термитом, газовую горелку и защитный щиток. Коллега взял два штатива для смартфонов. Расположились в укромном месте, чтобы посторонним людям эксперимент не было видно. Я поставил лоток с термитом на землю и установил два штатива со смартфонами. Свой телефон поместил ближе к термиту, телефон коллеги - дальше, поскольку понимал, что могут разлететься куски горящей смеси.

Перед испытаниями я сильно нервничал - переживал, что эксперимент может не получиться и сколько труда пропадет впустую. Хотел начинать. Тут коллега остановил меня, принес большой лист шифера и установил его справа от термита, чтобы заслонить неэстетичные объекты. В ответ я высказал "в не совсем вежливой форме", что я думаю про этот лист шифера и про заботу об эстетизме.

Направил пламя газовой горелки на зажигательную смесь, быстро отошел. Смесь загорелась, загорелся термит. Из банки с шипением вырвалось яркое белое пламя, которое выделяло дым и разбрасывало множество искр. А дальше эксперимент пошел не по плану - произошел небольшой взрыв, который сопровождался яркой вспышкой. Взрыв разбросал во все стороны крупные куски горящего термита. За ним последовали еще несколько взрывов и ярких вспышек, которые вызывали дожди раскаленных искр.

После сгорания в лотке осталась раскаленная до желтого цвета зона. Я решил, что это был расплав. Взял в руки боковую камеру, чтобы заснять результаты горения с близкого расстояния. В процессе съемки чуть не наступил на крупный, раскаленный кусок продуктов горения - пришлось внимательно следить, куда ставить ноги.

Оказалось, что после окончания горения в лотке с песком не осталось ни капли расплава, были только раскаленный песок и "пятна" оксида магния. Вся реакционная смесь "улетела" в результате взрывов!

В процессе съемки услышал странные звуки за спиной и оглянулся...

Пожар!

Сзади меня находился сарай, заполненный старыми люминесцентными лампами, старой мебелью, пластиковыми крышками от светильников и т.д. Стенами этого сарая служила проволочная сетка. Сарай охватило пламя!

Расстояние от термита до сетки было 2 м, а до некоторых очагов воспламенения - 3 м. Положил на землю смартфон, крикнул коллеге:

- Пожар!

Я схватил 50-л бочку, полную дождевой воды, ее и начал поливать огонь сквозь решетку. Коллега закричал:

- Не всю воду выливай! Не всю!

Коллега намеривался зайти в сарай и полить огонь изнутри. Однако я был уверен, что дверь сарая закрыта на замок, поэтому вылил почти всю бочку через решетку. Огонь уменьшился, но не погас.

В этот момент коллега обнаружил, что на двери вообще не было замка. Дверь сарая просто была зафиксирована проволокой (в сарае ничего ценного не находилось: перегоревшие лампы и разбитую мебель вряд ли бы кто-то стал воровать).

Коллега залез в сарай и выбросил наружу большой кусок горящего поролона, я погасил его остатками воды из бочки. Сверху пламя было погашено, но под залежами длинных люминесцентных ламп тление и горение продолжалось. Стеклянные лампы, содержащие внутри ртуть, громко трескались от огня (перегрев) и от добавленной воды (резкое охлаждение).

Попросил коллегу принести ведро воды, а сам залез в сарай и стал откладывать в сторону лампы, чтобы они не мешали гасить огонь.

Увидев дым, прибежали испуганные соседи. Объяснил, что у нас все нормально, все под контролем, наблюдается... небольшой огонь, который мы сейчас потушим.

Коллега набрал воду не в своей лаборатории, а в соседней мастерской - так было ближе. Залез в сарай, вылил воду на очаги горения. Этого оказалось мало: были нужны еще и еще ведра, полные водой.

Вместе с коллегой пришли сотрудники мастерской, которые стали вяло возмущаться:

- У нас тут краски и горючие растворители - бензин, ацетон, уайт-спирит. У нас тут картон и старая мебель. Это была плохая идея жечь тут термит...

Спора между нами не вышло: у меня не было времени на разговоры, а у них не было желания скандалить. Вместо этого они принесли шланг, подключенный к водопроводу. Это очень помогло в тушении пожара. До сарая шланг сильно не доставал, но он послужил более близким источником воды для наполнения ведер, чем водопроводный кран в мастерской.

Набирали воду ведрами, заносили ведра в сарай и выливали их на существующие или вероятные очаги горения. К этому моменту пламени не было видно, но из-под залежей ламп валил белый дым. Лампы, светильники и старые коробки не давали воде попасть к очагам тления и горения. Несколько раз выделение дыма почти прекращалось, но потом возобновлялось.

Нам с коллегой пришлось вылить около двадцати ведер воды (по двадцать литров каждое). Только после этого выделение дыма ослабло и прекратилось. В этот день я остался после окончания рабочего времени и периодически наведывался к сараю, чтобы проверить, не возобновилось ли горение? По мнению сотрудников мастерской достаточно было получаса, но я остался на час. Дыма и других признаков горения не наблюдалось - я успокоился и пошел домой.

Уже дома возникла пугающая мысль:

- А что, если люминесцентные лампы были не перегоревшие, а новые?

Как минимум две лампы я разбил ногами, пробираясь в захламленном сарае и пытаясь вылить воду в нужное место. Неизвестное количество ламп треснуло от огня и из-за охлаждения горячего стекла водой.

На следующий день коллега заверил меня, что лампы были перегоревшими, в противном случае на дверях сарая висел бы надежный замок.

Какие можно сделать выводы? Хорошо, что я позвал товарища, одному было бы тушить пожар трудно. Большой ошибкой стало то, что я не взял с собой огнетушитель. Раньше во время таких испытаний я всегда имел под рукой углекислотный огнетушитель. Но пару последних экспериментов провел без огнетушителя.

Еще раз вспомнил, что перед съемкой коллега поставил лист шифера сбоку (чтобы улучшить вид), на что я ему заметил в не совсем литературных выражениях, мол, не занимайся ерундой! А во время тушения пожара я признал, что товарищ был прав с шифером, только он установил лист не с той стороны, где находился сарай, а с противоположной.

На следующий день история получила неприятное продолжение. Синтезировал небольшое количество пикриновой кислоты (для экспериментов с дейтериевой и тритиевой водой), отфильтровал вещество и перенес его на фильтровальную бумагу сушиться. Наклонился, чтобы перенести остатки пикриновой кислоты с фильтра на бумагу. Неожиданно на белой бумаге со светло-желтыми кристаллами появилось большое темно-красное пятно, затем второе пятно возникло на скатерти рядом. Только тогда осознал, что у меня течет кровь - во время тушения пожара в сарае умудрился поранить верхнюю часть головы и сутки этого не замечал.