在游戏《使命召唤:二战》诺曼底登陆夺取493高地的战斗中,美军的轻装步兵小队,遭遇了号称二战最强坦克的德国虎王坦克。面对这个钢筋铁骨六十多吨的庞然大物,主人公丝毫不慌,掏出手榴弹轻松将其摧毁。这桥段是不是有点“抗德神剧”的味道?《使命召唤:二战》中,玩家利用铝热反应单挑虎王坦克。其实玩家用手榴弹干掉虎王坦克,也不单靠主角光环。这种像烟花一样(化学老师:像镁条燃烧一样!
)绚丽而凶猛的手雷,在二战期间是真实存在的。它的主装药并非烈性炸药,而是铝粉和氧化铁。就是这两种其貌不扬的物质,产生了两千多度的高温,烧穿几厘米厚的均质钢板不在话下。它们发生的化学反应,叫做铝热反应。铝热剂其貌不扬。也难怪,大部分都是铁锈嘛。铝热反应是一种典型的氧化还原反应,反应中单质(铝粉)还原金属氧化物(氧化铁),获得高温和金属单质。根据相对分子质量可知,铝粉与氧化铁的质量配比大概是1:3。
铝热反应初期需要大量的热来引发,将铝粉和一定量的高熔点金属氧化物混合后,用镁条引燃,反应剧烈放热,发出耀眼的光芒,体系温度可达2500~3500℃,能够轻松将铁(熔点1535℃)熔化。最终生成物为氧化铝和灼热的铁水。除此之外,其他的单质与氧化物混合之后点燃,也会发生强烈的氧化还原反应,效果类似于铝热反应。
其中的单质可以是金属,如铝、镁、钙、钛等,也可以是非金属,如硅、硼等,而氧化物可以是三氧化二硼、二氧化硅、三氧化二铬、二氧化锰、三氧化二铁、四氧化三铁、氧化铜和四氧化三铅等。而这些反应也因为反应中的还原剂得名“镁热法”、“硅热法”、“钙热法”、“碳热法”等等。除了做手雷,铝热反应有什么用处呢?这就要拿反应获得的高温、金属单质做文章。
铝热反应过程中放出的热可以使高熔点金属熔化并流出,因此广泛地运用于焊接抢险工程。随着国内的高铁网络越来越发达,高铁成为非常便捷的出行方式,而在高速铁路的建设中,就需要铝热反应来把一段一段的铁轨连接成最后的长轨。另外,铝热法也是冶炼钒、铬、锰等高熔点金属的重要手段。铝热剂已经很厉害了,近年来又出现了功能更加强大的纳米铝热剂,又称超级铝热剂。
把铝热剂制成极细微的纳米粒子,可以显著增加表面积,使得反应活性更强。超级铝热剂的反应速度和能量释放最大可达微米级铝热剂千倍以上,可以作为汽车安全气囊的气体发生剂、接触式爆炸发射药、环境友好型弹药雷管、电点火具等,并有望在弹药销毁、火工药剂、微型推进器、纳米焊接和推进剂中发挥重要作用。在爆发的小宇宙面前颤抖吧,人类!由于铝热反应太过凶猛,在日常生活中使用的机会并不多。
有个经典反例供参考:《生活大爆炸》第九季第三集中,几个科学怪咖因为车轮上一个螺母拧不掉就动用了铝热反应,后来……最后,友情提醒——1、珍爱生命,不要轻易尝试铝热反应实验!2、如果没忍住,记得铝热剂量少一点,镁条长一点,而最最重要的一条就是,跑得远点!