Czerwony tlenek żelaza(III) (Fe2O3, powszechnie znany jako rdza) jest najczęstszym tlenkiem żelaza stosowanym w termicie. Magnetyt również działa. Inne tlenki są czasami używane, takie jak MnO2 w termicie manganowym, Cr2O3 w termicie chromowym, kwarc w termicie krzemowym lub tlenek miedzi(II) w termicie miedziowym, ale tylko do specjalistycznych celów. Wszystkie te przykłady wykorzystują aluminium jako metal reaktywny. Fluoropolimery mogą być stosowane w specjalnych preparatach, teflon z magnezem lub aluminium jest stosunkowo częstym przykładem. Magnez/teflon/witon to kolejny tego typu pirolant.
Kombinacje suchego lodu (zamrożonego dwutlenku węgla) i środków redukujących, takich jak magnez, aluminium i bor, przebiegają według tej samej reakcji chemicznej, jak w przypadku tradycyjnych mieszanek termitów, wytwarzając tlenki metali i węgiel. Pomimo bardzo niskiej temperatury mieszaniny termitowej z suchym lodem, taki układ można zapalić płomieniem. Gdy składniki zostaną drobno podzielone, zamknięte w rurze i uzbrojone jak tradycyjny materiał wybuchowy, taki kriokomora termitowa jest zdetonowana, a część uwolnionego w reakcji węgla wydziela się w postaci diamentu.
W zasadzie zamiast aluminium można by użyć dowolnego reaktywnego metalu. Rzadko się to robi, ponieważ właściwości aluminium są niemal idealne dla tej reakcji:
- Jest to zdecydowanie najtańszy z wysoce reaktywnych metali. Na przykład w grudniu 2014 r. cyna kosztowała 19 829 USD/tona metryczna, cynk – 2 180 USD/t, a aluminium – 1 910 USD/t.
- Tworzy warstwę pasywacyjną, dzięki czemu jest bezpieczniejsza w obsłudze niż wiele innych metali reaktywnych.
- Jego stosunkowo niska temperatura topnienia (660 ° C) oznacza, że łatwo jest stopić metal, tak, że reakcja może zachodzić głównie w fazie ciekłej, a więc przebiega dość szybko.
- Jego wysoka temperatura wrzenia (2519 ° C) umożliwia reakcję do osiągnięcia bardzo wysokich temperatur, ponieważ kilka procesów mają tendencję do ograniczenia maksymalnej temperatury do nieco poniżej temperatury wrzenia. Tak wysoka temperatura wrzenia jest powszechna wśród metali przejściowych (np. żelazo i miedź gotują się odpowiednio w 2887 i 2582 °C), ale jest szczególnie niezwykła wśród metali wysoko reaktywnych (por. magnez i sód, które gotują się odpowiednio w 1090 i 883 °C).
- Ponadto, niska gęstość tlenku glinu powstałego w wyniku reakcji powoduje, że unosi się on na powstałym czystym metalu. Jest to szczególnie ważne dla zmniejszenia zanieczyszczeń w spoinie.
Ale reaktanty są stabilne w temperaturze pokojowej, spalają się z bardzo intensywną reakcją egzotermiczną, gdy są podgrzewane do temperatury zapłonu. Produkty powstają jako ciecze z powodu wysokiej temperatury (do 2500 °C w przypadku tlenku żelaza(III)) – chociaż rzeczywista osiągnięta temperatura zależy od tego, jak szybko ciepło może uciec do otoczenia. Termit zawiera własny zapas tlenu i nie wymaga żadnego zewnętrznego źródła powietrza. W związku z tym nie można go zdusić i może zapalić się w każdym środowisku, jeśli tylko dostatecznie rozgrzeje się na początku. Pali się dobrze, gdy jest mokry, i nie można go łatwo ugasić wodą – chociaż wystarczająca ilość wody do usunięcia wystarczającej ilości ciepła może zatrzymać reakcję. Małe ilości wody gotują się zanim dotrą do reakcji. Mimo to, termit jest używany do spawania pod wodą.
Termity charakteryzują się prawie całkowitym brakiem wytwarzania gazu podczas spalania, wysoką temperaturą reakcji i wytwarzaniem stopionego żużla. Paliwo powinno mieć wysokie ciepło spalania i wytwarzać tlenki o niskiej temperaturze topnienia i wysokiej temperaturze wrzenia. Utleniacz powinien zawierać co najmniej 25% tlenu, mieć dużą gęstość, niskie ciepło tworzenia i wytwarzać metal o niskiej temperaturze topnienia i wysokiej temperaturze wrzenia (dzięki czemu uwolniona energia nie jest zużywana na odparowanie produktów reakcji). Do kompozycji można dodać spoiwa organiczne, aby poprawić jej właściwości mechaniczne, ale mają one tendencję do wytwarzania endotermicznych produktów rozkładu, powodując pewną utratę ciepła reakcji i produkcję gazów.
Temperatura osiągnięta podczas reakcji decyduje o jej wyniku. W idealnym przypadku, reakcja wytwarza dobrze rozdzielony stop metalu i żużla. Aby tak się stało, temperatura musi być wystarczająco wysoka, aby stopić oba produkty reakcji, powstały metal i tlenek paliwa. Zbyt niska temperatura powoduje powstanie mieszaniny spiekanego metalu i żużla; zbyt wysoka temperatura (powyżej temperatury wrzenia któregokolwiek z reagentów lub produktów) prowadzi do szybkiego wydzielania się gazu, rozpraszającego palącą się mieszaninę reakcyjną, czasami z efektami podobnymi do eksplozji o niskiej wydajności. W kompozycjach przeznaczonych do produkcji metalu w reakcji glinotermicznej, efektom tym można przeciwdziałać. Zbyt niska temperatura reakcji (np. przy wytwarzaniu krzemu z piasku) może być podwyższona przez dodanie odpowiedniego utleniacza (np. siarki w kompozycjach glinowo-siarkowo-piaskowych); zbyt wysoka temperatura może być obniżona przez zastosowanie odpowiedniego chłodziwa i/lub topnika żużlowego. Topnikiem często stosowanym w kompozycjach amatorskich jest fluorek wapnia, ponieważ reaguje on tylko w minimalnym stopniu, ma stosunkowo niską temperaturę topnienia, niską lepkość w wysokich temperaturach (co zwiększa płynność żużla) i tworzy eutektykę z tlenkiem glinu. Zbyt duża ilość topnika rozcieńcza jednak reagenty do tego stopnia, że nie są one w stanie podtrzymać spalania. Rodzaj tlenku metalu ma również dramatyczny wpływ na ilość wytwarzanej energii; im wyższy tlenek, tym wyższa ilość wytwarzanej energii. Dobrym przykładem jest różnica między tlenkiem manganu(IV) a tlenkiem manganu(II), gdzie pierwszy wytwarza zbyt wysoką temperaturę, a drugi jest ledwo zdolny do podtrzymania spalania; aby osiągnąć dobre wyniki, można użyć mieszaniny z odpowiednim stosunkiem obu tlenków.
Szybkość reakcji może być również dostrojona do wielkości cząstek; grubsze cząstki spalają się wolniej niż drobniejsze. Efekt ten jest bardziej widoczny w przypadku cząstek wymagających podgrzania do wyższej temperatury, aby rozpocząć reakcję. Ten efekt jest doprowadzony do ekstremum w przypadku nanotermitów.
Temperaturę osiąganą w reakcji w warunkach adiabatycznych, gdy nie następuje utrata ciepła do otoczenia, można oszacować korzystając z prawa Hessa – obliczając energię wytworzoną przez samą reakcję (odejmując entalpię reagentów od entalpii produktów) i odejmując energię zużytą na ogrzanie produktów (od ich ciepła właściwego, gdy materiały zmieniają tylko temperaturę, oraz entalpii syntezy i ewentualnie entalpii parowania, gdy materiały topią się lub gotują). W rzeczywistych warunkach reakcja traci ciepło do otoczenia, dlatego uzyskana temperatura jest nieco niższa. Szybkość wymiany ciepła jest skończona, więc im szybsza jest reakcja, tym bliżej stanu adiabatycznego przebiega i tym wyższa jest osiągnięta temperatura.
Termit żelaznyEdit
Najczęściej spotykanym składem jest termit żelazny. Jako utleniacza używa się zwykle tlenku żelaza(III) lub tlenku żelaza(II,III). Pierwszy z nich wytwarza więcej ciepła. Ten drugi jest łatwiejszy do zapalenia, prawdopodobnie ze względu na strukturę krystaliczną tlenku. Dodatek tlenków miedzi lub manganu może znacznie poprawić łatwość zapłonu.Gęstość przygotowanego termitu jest często tak niska, jak 0,7 g/cm3. To z kolei skutkuje stosunkowo słabą gęstością energii (około 3 kJ/cm3), szybkim czasem spalania i rozpylaniem stopionego żelaza w wyniku rozprężania uwięzionego powietrza. Termit może być prasowany do gęstości nawet 4,9 g/cm3 (prawie 16 kJ/cm3) przy wolnej prędkości spalania (około 1 cm/s). Termit prasowany ma większą zdolność topnienia, tzn. może stopić stalowy kubek, gdzie termit o małej gęstości nie dałby rady. Termit żelazny z dodatkami lub bez dodatków może być prasowany do urządzeń tnących, które mają żaroodporną obudowę i dyszę.Termit żelazny zrównoważony tlenowo 2Al + Fe2O3 ma teoretyczną maksymalną gęstość 4.175 g/cm3, temperaturę spalania adiabatycznego 3135 K lub 2862 °C lub 5183 °F (z uwzględnieniem przejść fazowych, ograniczonych przez żelazo, które wrze w temperaturze 3135 K), tlenek glinu jest (krótko) stopiony, a wytworzone żelazo jest w większości ciekłe z częścią w postaci gazowej – powstaje 78,4 g pary żelaza na kg termitu. Wartość energetyczna wynosi 945,4 cal/g (3 956 J/g). Gęstość energii wynosi 16 516 J/cm3.
Oryginalna mieszanina, tak jak ją wynaleziono, wykorzystywała tlenek żelaza w postaci zgorzeliny młyńskiej. Kompozycja ta była bardzo trudna do zapalenia.
Termit miedzianyEdit
Termit miedziany można przygotować używając tlenku miedzi(I) (Cu2O, czerwony) lub tlenku miedzi(II) (CuO, czarny). Szybkość spalania jest zwykle bardzo duża, a temperatura topnienia miedzi jest stosunkowo niska, więc w wyniku reakcji powstaje znaczna ilość stopionej miedzi w bardzo krótkim czasie. Reakcje termitu miedziowego(II) mogą być tak szybkie, że można je uznać za rodzaj prochu błyskowego. Może dojść do eksplozji, która wysyła rozpylone krople miedzi na znaczne odległości.Mieszanina zrównoważona tlenowo ma teoretyczną gęstość maksymalną 5,109 g/cm3, temperaturę płomienia adiabatycznego 2843 K (z uwzględnieniem przejść fazowych), przy czym tlenek glinu jest stopiony, a miedź występuje zarówno w postaci ciekłej, jak i gazowej; na 1 kg tego termitu powstaje 343 g par miedzi. Wartość energetyczna wynosi 974 kal/g.
Termit miedziowy(I) ma zastosowanie przemysłowe np. do spawania grubych przewodów miedzianych (cadwelding). Ten rodzaj spawania jest oceniany również do spawania kabli we flocie US Navy, do stosowania w systemach wysokoprądowych, np. w napędach elektrycznych.Mieszanina zrównoważona tlenem ma teoretyczną maksymalną gęstość 5,280 g/cm3, temperaturę płomienia adiabatycznego 2843 K (z uwzględnieniem przejść fazowych), przy czym tlenek glinu jest stopiony, a miedź występuje zarówno w postaci ciekłej, jak i gazowej; powstaje 77,6 g par miedzi na kg tego termitu. Wartość energetyczna wynosi 575,5 kal/g.
TermatyEdit
Skład termitów to termit wzbogacony o utleniacz na bazie soli (najczęściej azotanów, np. azotanu baru, lub nadtlenków). W przeciwieństwie do termitów, termaty spalają się z wydzielaniem płomieni i gazów. Obecność utleniacza ułatwia zapłon mieszaniny i poprawia penetrację celu przez płonącą kompozycję, ponieważ wydzielający się gaz wyrzuca roztopiony żużel i zapewnia mechaniczne mieszanie. Mechanizm ten sprawia, że termat jest bardziej odpowiedni niż termit do celów zapalających oraz do awaryjnego niszczenia wrażliwego sprzętu (np. urządzeń kryptograficznych), ponieważ działanie termitu jest bardziej zlokalizowane.