Experiments with Thermite - Chemistry and Chemists № 2 2025

Having noticed a mistake in the text, allocate it and press Ctrl-Enter

Combustion of Thermite: Fe₃O₄ + KNO₃ + Al (waste) - Part 15
Горение термита: Fe₃O₄ + KNO₃ + Al (отходы) - часть 15

I decided to use aluminum waste to make thermite again, although previous experiments with it had produced mediocre results.

I thoroughly mixed 25.9 g of aluminum waste, 57.2 g of iron (II, III) oxide (Fe₃O₄), and 15.1 g of potassium nitrate. I dried the mixture in a drying cabinet and poured it into an aluminum Pepsi-Cola can with the top cut off.

After moderately compacting the thermite, I poured an incendiary mixture of 1 g of finely dispersed aluminum and 2.75 g of iron oxide (Fe₃O₄) on top of it. I then placed the can in an iron tray filled with dry sand.

I directed the flame of a burner into the can. The thermite ignited. The aluminum walls of the can instantly disappeared. A bright yellow flame appeared, accompanied by hissing and the ejection of numerous sparks. White smoke was released during combustion.

After the reaction had finished, a "lake" of molten iron and aluminum oxide formed on the sand, glowing brightly. There was so much white smoke that I asked a colleague to turn on the fume hood before the molten mixture had cooled down. Turning on the fume hood while the thermite is burning—or immediately after it finishes burning—is dangerous, as it can cause a fire.

The hot mixture gradually cooled and eventually stopped glowing. However, a red glow was still visible on the phone screen. Apparently, the phone camera captured infrared radiation emitted by the mixture—radiation that is invisible to the naked eye.

Once the mixture had cooled completely, a large black "drop" of porous iron and aluminum oxide had formed. The aluminum bottom of the can did not burn completely. Because of this seemingly minor detail, I was completely disappointed in the thermite made from waste.

Photos/Video

Горение термита: Fe₃O₄ + KNO₃ + Al (отходы) - часть 15

Решил еще раз использовать отходы алюминия для приготовления термита, хотя предыдущие эксперименты с ними дали посредственные результаты.

Тщательно смешал 25.9 г отходов алюминия, 57.2 г оксида железа (II, III) Fe₃O₄ и 15.1 г нитрата калия. Смесь хорошо высушил в сушильном шкафу и насыпал в алюминиевую банку из-под Пепси-Колы со срезанным верхом.

Термит умеренно уплотнил. Сверху термита насыпал зажигательную смесь из 1 г мелкодисперсного алюминия и 2.75 г оксида железа Fe₃O₄. Поместил банку в железный лоток с сухим песком.

Направил пламя горелки внутрь банки. Термит вспыхнул. Алюминиевые стенки банки моментально исчезли. Появилось яркое желтое пламя, которое с шипением выбрасывало множество искр. При горении выделялся белый дым

После окончания горения на песке сформировалось "озеро" из расплава железа и оксида алюминия, которое ярко светилось. Белого дыма образовалось столько, что я попросил коллегу включить вытяжку еще до того, как расплав остыл. Включать вытяжку во время горения термита (или сразу после окончания горения) опасно - это может привести к пожару.

Раскаленная смесь постепенно остывала и, наконец, перестала светиться. Однако на экране телефона все еще было видно красное свечение! По-видимому, камера телефона фиксировала невидимые для глаза инфракрасные лучи, испускаемые смесью.

После остывания смеси образовалась большая черная "капля" из пористого железа и оксида алюминия. Алюминиевое дно банки сгорело не полностью. Из-за этого, казалось бы, второстепенного факта я полностью разочаровался в термите, приготовленном из отходов.

Having noticed a mistake in the text, allocate it and press Ctrl-Enter

Combustion of Thermite: Iron(II, III) Oxide/Aluminum (Fe₃O₄/Al) - Part 16
Горение термита: оксид железа (II, III)/алюминий (Al/Fe₃O₄) - часть 16

Since ceramic flower pots were destroyed during previous thermite combustions, I decided to return to using tin cans, this time coating their inner surfaces with clay. I prepared clay dough and applied a thick layer to the inner walls and bottom of the can. A hole was made in the bottom to allow the molten products to drain. The can was thoroughly dried in a drying cabinet at 220°C. I sealed the bottom hole with tape.

I prepared a mixture of 55 g of aluminum and 151.5 g of iron(II,III) oxide (Fe₃O₄), then poured the thermite into the can. Unlike in earlier experiments, I compacted the mixture as tightly as possible. Initially, I attempted to press the thermite down using a wooden pencil, but it proved unsuitable. I then used an iron pestle from a mortar, pressing down with full force and tapping it to ensure the thermite was thoroughly compacted.

On top of the main thermite charge, I placed an incendiary mixture consisting of 1 g of finely powdered aluminum and 2.75 g of iron oxide (Fe₃O₄). The can was placed on an iron tripod, beneath which was an iron tray filled with dry sand, shaped into a mound. I had planned to cover the can with a tin lid immediately after ignition to limit heat loss, but I soon realized this would likely be impossible due to the violent nature of the combustion.

I directed a gas burner flame at the thermite. A bright flash occurred: first the incendiary mixture ignited, followed by the main thermite charge. A yellow flame erupted from the can, accompanied by a shower of sparks. It was clearly too dangerous to attempt placing the lid on the can during the reaction.

Compared to the previous experiment, there were fewer sparks, but they were larger and flew farther. In addition to the hissing sound, bubbling noises were heard, as if gas bubbles were bursting through a viscous liquid.

As the combustion weakened, I attempted to cover the can again. At that moment, a stream of molten iron and aluminum oxide began flowing from the bottom hole. The blinding hot melt poured from the can for several seconds, flowing down the sand mound and gradually cooling.

My mistake became clear: I should have formed a depression at the top of the sand mound (a sort of "volcano crater") so the melt would collect there rather than flowing down the sides.

The leaked iron and the inside of the can glowed brightly as they slowly cooled.

In this experiment, I successfully produced a powerful stream of molten iron and aluminum oxide flowing from the can, which is important for visually demonstrating thermite combustion to an audience.

Compacting the thermite reduced the amount of air trapped between solid particles. During combustion, this trapped air expands, forming a flow that carries away heat and reaction material. The less air present, the less heat is lost. In my next experiment, I plan to cover the can with a lid before ignition to further minimize heat loss.

Photos/Video

Горение термита: оксид железа (II, III)/алюминий (Al/Fe₃O₄) - часть 16

Поскольку керамические горшки для цветов разрушались в ходе горения термита, решил вернуться к жестяным консервным банкам, обмазанным изнутри глиной. Приготовил глиняное тесто и покрыл толстым его слоем внутренние стенки и дно банки. В дне проделал отверстие, через которое будет стекать расплав. Тщательно высушил банку в сушильном шкафу при 220°С. Нижнее отверстие банки заклеил скотчем.

Приготовил смесь 55 г алюминия и 151.5 г оксида железа (II, III) Fe₃O₄. Термит засыпал в банку. В отличие от прошлых экспериментов, я максимально уплотнил смесь. Сначала я пытался использовать для прессования термита деревянный карандаш, но он подходит для этой цели плохо. Потом я воспользовался железным пестиком от ступки, нажимая на термит изо всех сил и постукивая - термит удалось тщательно уплотнить.

Сверху термита поместил зажигательную смесь из 1 г мелкодисперсного алюминия и 2.75 г оксида железа (Fe₃O₄). Банку установил на железную треногу, под которой располагался железный лоток с сухим песком. Песок был насыпан в форме горки. Я планировал сразу же после воспламенения термита накрыть банку жестяной крышкой, чтобы ограничить потери тепла. Однако я понимал, что, скорее всего, это мне не удастся из-за бурного горения смеси.

Направил пламя газовой горелки на термит. Произошла яркая вспышка: сначала загорелась зажигательная смесь, потом - основной заряд термита. Из горшка ударило желтое пламя, посыпались искры. О том, чтобы поместить сверху банки крышку, не рискуя получить серьезный ожог, не было и речи.

По сравнению с прошлым экспериментом искр было меньше, но они были большего размера и разлетались дальше. Кроме шипения, были слышны клокочущие звуки, словно пузыри газа прорывались сквозь вязкую жидкость.

Когда горение ослабло, я снова попытался накрыть банку, но в этот момент из нижнего отверстия потекла струя железа и оксида алюминия. Ослепительный расплав за несколько секунд выливался из банки и потек вниз по песчаной горке, постепенно остывая.

Стала очевидна моя ошибка: нужно было сделать углубление на вершине горки ("кратер вулкана"), чтобы расплав собрался в "кратере", а не стекал вниз по стенкам горки.

Вытекшее железо и внутренняя часть банки ярко светились, постепенно остывая.

В данном эксперименте удалось получить мощную струю расплавленного железа и оксида алюминия вытекающую из банки, что очень важно для проведения демонстраций горения термита перед аудиторией.

Прессование термита позволило уменьшить количество воздуха, заключенного между твердыми частицами. При горении термита этот воздух расширяется, образуя поток, который уносит теплоту, а также частицы реакционной смеси. Чем меньше термит содержит воздуха, тем меньше потери тепла. В следующем эксперименте я планировал изначально накрыть банку с термитом крышкой, для дальнейшего уменьшения потерь тепла.