聊聊铝热反应

铝热反应着实给高中生留下了很深的印象——它绚烂的光华足以使黑夜亮如白昼，不过，高中课本上介绍的铝热反应还只是冰山一角。

什么是铝热反应？

铝热剂最初由Hans Goldschmidt发现，并应用于钢轨焊接。百度百科上对铝热剂的定义是：铝粉和难熔金属氧化物的混合物。这不是良定义的，至少，并不是所有由金属氧化物都可以和铝反应。还有些网站给出了略微完善的补充定义：组成氧化物的金属不如铝活泼。当然，我们不必细究铝热剂究竟怎么定义，但是，我对“不如铝活泼的金属氧化物都能发生铝热反应”持怀疑态度。

四氧化三铁能不能发生铝热反应？

我历经千辛万苦找到了这样一个宣称“四氧化三铁铝热反应”的视频，打开之后才发现，原来有很多人分不清四氧化三铁和三氧化二铁……

更有甚者，用咬文嚼字的方法来解决化学问题，实在颇有高中老师的遗风。

找了很久，始终没有找到有人亲自做四氧化三铁的铝热反应的视频。有人从含氧量的方式推出四氧化三铁可以发生铝热反应，原因是三氧化二铁和氧化亚铁均能发生铝热反应。不过，我觉得金属氧化物的化合价可能没有迫敛性。因此，我自己试验了符合化学配比的四氧化三铁铝热剂，不过，始终没有发生可见的反应。即使采用上层三氧化二铁和下层四氧化三铁的结构，四氧化三铁仍然保持原来的形态。（如果有人成功了，欢迎联系我啊）

那么，为什么四氧化三铁较三氧化二铁难于反应呢？。其一，四氧化三铁具有尖晶石结构，可能具有更大的晶格能，这使得四氧化三铁的标准生成吉布斯自由能的绝对值换算成每mol铁之后，大于三氧化二铁的标准生成吉布斯自由能的绝对值。其二，四氧化三铁在高温下更稳定，在于它的标准熵更大，高温下标准生成吉布斯自由能具有更大的负值。从操作规范性来看，也有可能四氧化三铁的磁性使得铝热剂不能均匀混合。还有一种解释，四氧化三铁并不是氧化物，而是一种盐，称为“偏铁酸亚铁”，当然，这属于前人的错误认识，止增笑耳。

氧化铜能不能做铝热剂？

首先，千万不要亲自尝试！氧化铜铝热剂应该只存在于我们的想象中，因为氧化铜铝热剂无异于一个炸弹——其反应速度远快过氧化铁，并且反应中心的铜单质很可能发生了气化（很容易通过反应焓变、铜的晶格能和比热容验证，当然，反应很快，散热忽略不计），不但及其危险，而且污染严重。

铝热焊接现在还有应用吗？

铝热法（Goldschmidt的专利）最初就被用来焊接钢轨，后来的演变使得这一技术逐渐成熟——没有什么反应比铝热反应更加快捷了。先打磨钢轨接头，套上模具，预热至900度以上，就可以进行焊接，这一技术经过改进，已经可以进行更多特种钢材的焊接。

高中教材中提到的氯酸钾是必须加入的吗？

事实证明，绝大多数铝热剂都可以用镁带直接引燃，而氯酸钾作为助燃剂显得多余。

事实上，焊接使用的引燃物是高温火柴，甚至根本不需要加入氯酸钾。高中采用氯酸钾助燃很有可能是配比错误导致反应缓慢。

一些安全提醒：

1.铝热反应时有时生成的液态金属会喷溅，因此不建议非专业人员尝试铝热反应。（前车之鉴）

2.严禁在铝热中混合大量氧化剂，也不能加入会分解产生大量气体的药品！

3.不要用水尝试扑灭燃烧的铝热剂，可能发生爆炸。

4.配置好的铝热剂在储存时，不应压实也不能受潮，否则可能导致自燃，造成事故，故不应压实。