थर्मिट

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Not to be confused with थर्मिट, थर्मेट, or थर्मलाइट.
This article is about ज्वलनशील सामग्री. For हास्य पुस्तक चरित्र, see थर्मिट (कॉमिक्स). For इसी नाम का विस्फोटक उपकरण, see आग लगाने वाला ग्रेनेड.
आयरन (III) ऑक्साइड का उपयोग कर एक थर्मिट मिश्रण

थर्मिट (/ˈθɜːrmaɪt/)[1] पाउडर धातु विज्ञान और धातु ऑक्साइड की एक पाइरोतकनीक रचना है। ऊष्मा या रासायनिक प्रतिक्रिया से प्रज्वलित होने पर, थर्मिट एक एक्ज़ोथिर्मिक रिडॉक्स कमी-ऑक्सीकरण (रेडॉक्स) प्रतिक्रिया से गुजरता है। अधिकांश किस्में विस्फोटक नहीं हैं, किंतु एक छोटे से क्षेत्र में ऊष्मा और उच्च तापमान के संक्षिप्त विस्फोट उत्पन्न कर सकती हैं। इसकी क्रिया का रूप अन्य ईंधन-ऑक्सीडाइज़र मिश्रण जैसे कि काला पाउडर के समान है।

थर्मिट्स की विविध रचनाएँ हैं। ईंधन में अल्युमीनियम , मैगनीशियम , टाइटेनियम, जस्ता, सिलिकॉन और बोरॉन सम्मिलित हैं। एल्युमीनियम अपने उच्च क्वथनांक और कम निवेश के कारण समान है। ऑक्सीकारकों में बिस्मथ (IIIकॉपर (द्वितीय) ऑक्साइड, बोरॉन (III) ऑक्साइड, सिलिकॉन (IV) ऑक्साइड, क्रोमियम (III) ऑक्साइड, मैंगनीज (IV) ऑक्साइड, आयरन (III) ऑक्साइड, आयरन (II, III) ऑक्साइड, कॉपर (II) सम्मिलित हैं। ऑक्साइड, और लेड (II, IV) ऑक्साइड।[2]

प्रतिक्रिया, जिसे गोल्डश्मिड्ट प्रक्रिया भी कहा जाता है, का उपयोग एक्ज़ोथिर्मिक वेल्डिंग के लिए किया जाता है, जिसका उपयोग अधिकांशतः रेलवे पटरियों में सम्मिलित होने के लिए किया जाता है। थर्मिट्स का उपयोग धातु के शोधन, हथियारों को निष्क्रिय करने और आग लगाने वाले उपकरण में भी किया गया है। पाइरोतकनीक में कुछ थर्मिट-जैसे मिश्रणों को पाइरोतकनीक बनाने वाले आरंभकर्ता के रूप में उपयोग किया जाता है।

रासायनिक प्रतिक्रियाएँ

आयरन (III) ऑक्साइड का उपयोग कर एक थर्मिट प्रतिक्रिया। बाहर की ओर उड़ने वाली चिंगारियां पिघले हुए लोहे के गोले हैं जो अपने पीछे धुएं का गुबार छोड़ रहे हैं।

निम्नलिखित उदाहरण में, एलिमेंटल एल्युमीनियम अन्य धातु के ऑक्साइड को कम करता है, इस सामान्य उदाहरण में लौह ऑक्साइड, क्योंकि एल्युमीनियम आयरन की तुलना में ऑक्सीजन के साथ शक्तिशाली और अधिक स्थिर बंधन बनाता है:

Fe2O3 + 2 Al → 2 Fe + Al2O3


उत्पादों में एल्यूमीनियम ऑक्साइड , मौलिक लोहा,[3] और बड़ी मात्रा में ऊष्मा है। पदार्थ को ठोस रखने और अलगाव को रोकने के लिए अभिकारकों को सामान्यतः पाउडर किया जाता है और बाइंडर के साथ मिलाया जाता है।

अन्य धातु आक्साइड का उपयोग किया जा सकता है, जैसे कि क्रोमियम ऑक्साइड, दिए गए धातु को उसके मौलिक रूप में उत्पन्न करने के लिए उदाहरण के लिए, ताँबा ऑक्साइड और एलीमेंटल एल्युमीनियम का उपयोग करके कॉपर थर्मिट प्रतिक्रिया का उपयोग कैडवेल्डिंग नामक प्रक्रिया में विद्युत जोड़ों को बनाने के लिए किया जा सकता है, जो तात्विक कॉपर का उत्पादन करता है (यह हिंसक रूप से प्रतिक्रिया कर सकता है):

3 CuO + 2 Al → 3 Cu + Al2O3

नैनोसाइज्ड कणों वाले थर्मिट्स को विभिन्न प्रकार के शब्दों द्वारा वर्णित किया जाता है, जैसे मेटास्टेबल इंटरमॉलिक्युलर कंपोजिट, सुपर-थर्मिट,[4] नैनो-थर्मिट,[5] और नैनोकम्पोजिट ऊर्जावान पदार्थ है ।[6][7][8]


इतिहास

थर्मिट (थर्मिट) प्रतिक्रिया 1893 में खोजी गई थी और 1895 में जर्मन रसायनज्ञ हंस गोल्डश्मिड्ट द्वारा पेटेंट कराया गया था।[9][10] परिणाम स्वरुप प्रतिक्रिया को कभी-कभी गोल्डश्मिट प्रतिक्रिया या गोल्डश्मिट प्रक्रिया कहा जाता है। गोल्डश्मिड्ट मूल रूप से गलाने में कार्बन के उपयोग से बचकर बहुत शुद्ध धातुओं का उत्पादन करने में रुचि रखते थे, किंतु जल्द ही उन्होंने वेल्डिंग में थर्मिट के मूल्य की खोज की थी ।[11]

थर्मिट का पहला व्यावसायिक अनुप्रयोग 1899 में एसेन में ट्राम पटरियों की वेल्डिंग था।[12]

प्रकार

कास्ट आयरन स्किलेट पर एक थर्मिट प्रतिक्रिया हो रही है

रेड आयरन (III) ऑक्साइड (Fe2O3, सामान्यतः जंग के रूप में जाना जाता है) थर्मिट में उपयोग होने वाला सबसे समान आयरन ऑक्साइड है।[13][14][15] ब्लैक आयरन (II, III) ऑक्साइड (Fe3O4, मैग्नेटाइट) भी काम करता है।[16] अन्य ऑक्साइड कभी-कभी उपयोग किए जाते हैं, जैसे मैंगनीज (चतुर्थ) ऑक्साइड MnO2 मैंगनीज थर्मिट में, क्रोमियम (III) ऑक्साइड Cr2O3 क्रोमियम थर्मिट में SiO2 (क्वार्ट्ज) सिलिकॉन थर्मिट में या कॉपर (II) ऑक्साइड कॉपर थर्मिट में किंतु केवल विशेष उद्देश्यों के लिए[16] ये सभी उदाहरण एल्यूमीनियम को प्रतिक्रियाशील धातु के रूप में उपयोग करते हैं। फ्लोरोपॉलीमर का उपयोग विशेष योगों में किया जा सकता है, मैग्नीशियम या एल्यूमीनियम के साथ पॉलीटेट्राफ्लोरोएथिलीन एक अपेक्षाकृत सामान्य उदाहरण है। मैग्नीशियम/टेफ्लॉन/विटॉन इस प्रकार का एक अन्य पायरोलेंट है।[17]

सूखी बर्फ (जमे हुए कार्बन डाइऑक्साइड) के संयोजन और मैग्नीशियम एल्यूमीनियम और बोरॉन जैसे कम करने वाले एजेंट पारंपरिक थर्मिट मिश्रण के समान रासायनिक प्रतिक्रिया का पालन करते हैं धातु ऑक्साइड और कार्बन का उत्पादन करते हैं। शुष्क बर्फ थर्मिट मिश्रण के बहुत कम तापमान के अतिरिक्त ऐसी प्रणाली एक ज्वाला से प्रज्वलित होने में सक्षम है।[18] जब अवयवों को समीप रूप से विभाजित किया जाता है, एक पाइप में सीमित किया जाता है और एक पारंपरिक विस्फोटक की तरह सशस्त्र किया जाता है, तो यह क्रायो-थर्मिट विस्फोट योग्य होता है और प्रतिक्रिया में मुक्त कार्बन का एक भाग हीरे के रूप में निकलता है।[19]

सिद्धांत रूप में, एल्यूमीनियम के अतिरिक्त किसी भी प्रतिक्रियाशील धातु का उपयोग किया जा सकता है। यह संभवतः ही कभी किया जाता है क्योंकि इस प्रतिक्रिया के लिए एल्यूमीनियम के गुण लगभग आदर्श हैं:

  • यह एक निष्क्रियता (रसायन विज्ञान) परत बनाता है जो इसे कई अन्य प्रतिक्रियाशील धातुओं की तुलना में अधिक सुरक्षित बनाता है।[20]
  • इसका अपेक्षाकृत कम गलनांक (660 °C) का अर्थ है कि धातु को पिघलाना आसान है, जिससे प्रतिक्रिया मुख्य रूप से तरल चरण में हो सके इस प्रकार यह अधिक तेज़ी से आगे बढ़ता है।
  • इसका उच्च क्वथनांक (2519 °C) प्रतिक्रिया को अत्यधिक उच्च तापमान तक पहुँचने में सक्षम बनाता है, क्योंकि कई प्रक्रियाएँ अधिकतम तापमान को क्वथनांक के ठीक नीचे सीमित करती हैं। इस तरह का उच्च क्वथनांक संक्रमण धातुओं में समान है (उदाहरण के लिए, क्रमशः 2887 और 2582 °C पर लोहा और तांबा उबलता है), किंतु अत्यधिक प्रतिक्रियाशील धातुओं (cf. मैग्नीशियम और सोडियम, जो क्रमशः 1090 और 883 °C पर उबलता है) के बीच विशेष रूप से असामान्य है।
  • इसके अतिरिक्त प्रतिक्रिया के परिणामस्वरूप बनने वाले एल्यूमीनियम ऑक्साइड का कम घनत्व परिणामी शुद्ध धातु पर तैरने लगता है। वेल्ड में संदूषण को कम करने के लिए यह विशेष रूप से महत्वपूर्ण है।

चूँकि अभिकारक कमरे के तापमान पर स्थिर होते हैं, जब वे प्रज्वलन तापमान पर गर्म होते हैं तो वे अत्यधिक तीव्र एक्ज़ोथिर्मिक प्रतिक्रिया के साथ जलते हैं। उच्च तापमान (आयरन (III) ऑक्साइड के साथ 2500 °C (4532°F) तक) तक पहुँचने के कारण उत्पाद तरल के रूप में निकलते हैं - चूँकि वास्तविक तापमान पर पहुँचना इस बात पर निर्भर करता है कि ऊष्मा कितनी जल्दी आसपास के वातावरण से बच सकती है। थर्मिट में ऑक्सीजन की अपनी आपूर्ति होती है और इसके लिए हवा के किसी बाहरी स्रोत की आवश्यकता नहीं होती है। परिणाम स्वरुप , यह परेशान नहीं किया जा सकता है, और किसी भी वातावरण में प्रज्वलित हो सकता है, पर्याप्त प्रारंभिक ऊष्मा दी गई है। यह गीला होने पर अच्छी तरह से जलता है, और आसानी से पानी से बुझाया नहीं जा सकता है - चूँकि पर्याप्त ऊष्मा को दूर करने के लिए पर्याप्त पानी प्रतिक्रिया को रोक सकता है।[21] प्रतिक्रिया तक पहुँचने से पहले पानी की थोड़ी मात्रा उबल जाती है। फिर भी, हाइपरबेरिक वेल्डिंग के लिए थर्मिट का उपयोग किया जाता है।[22]

थर्मिट्स को जलने, उच्च प्रतिक्रिया तापमान और पिघला हुआ लावा के उत्पादन के समय गैस उत्पादन की लगभग पूर्ण अनुपस्थिति की विशेषता है। ईंधन में दहन की उच्च ऊष्मा होनी चाहिए और कम गलनांक और उच्च क्वथनांक वाले ऑक्साइड का उत्पादन करना चाहिए। ऑक्सीडाइज़र में कम से कम 25% ऑक्सीजन होना चाहिए, उच्च घनत्व, गठन की कम ऊष्मा होनी चाहिए, और कम पिघलने और उच्च क्वथनांक वाली धातु का उत्पादन करना चाहिए (जिससे जारी ऊर्जा प्रतिक्रिया उत्पादों के वाष्पीकरण में खपत न हो)। इसके यांत्रिक गुणों को उत्तम बनाने के लिए संरचना में कार्बनिक बाइंडर्स को जोड़ा जा सकता है, किंतु वे एंडोथर्मिक अपघटन उत्पादों का उत्पादन करते हैं, जिससे प्रतिक्रिया ऊष्मा और गैसों के उत्पादन में कुछ कमी आती है।[23]

प्रतिक्रिया के समय प्राप्त तापमान परिणाम को निर्धारित करता है। एक आदर्श स्थिति में प्रतिक्रिया धातु और लावा के अच्छी तरह से अलग पिघल का उत्पादन करती है। इसके लिए, प्रतिक्रिया उत्पादों, परिणामी धातु और ईंधन ऑक्साइड दोनों को पिघलाने के लिए तापमान अधिक अधिक होना चाहिए। बहुत कम तापमान पापी धातु और लावा का मिश्रण उत्पन्न करता है; बहुत अधिक तापमान (किसी भी अभिकारक या उत्पाद के क्वथनांक से ऊपर) गैस के तेजी से उत्पादन की ओर जाता है, जलती हुई प्रतिक्रिया मिश्रण को फैलाता है, कभी-कभी कम उपज वाले विस्फोट के समान प्रभाव के साथ एल्युमिनोथर्मिक प्रतिक्रिया द्वारा धातु के उत्पादन के लिए बनाई गई रचनाओं में, इन प्रभावों का प्रतिकार किया जा सकता है। बहुत कम प्रतिक्रिया तापमान (उदाहरण के लिए, जब रेत से सिलिकॉन का उत्पादन होता है) को एक उपयुक्त ऑक्सीडाइज़र (जैसे, एल्यूमीनियम-सल्फर-रेत की रचनाओं में सल्फर) के अतिरिक्त बढ़ाया जा सकता है; उपयुक्त कूलेंट और/या स्लैग फ्लक्स (धातु विज्ञान) का उपयोग करके बहुत अधिक तापमान को कम किया जा सकता है। एमेच्योर रचनाओं में अधिकांशतः उपयोग किया जाने वाला फ्लक्स कैल्शियम फ्लोराइड होता है, क्योंकि यह केवल न्यूनतम रूप से प्रतिक्रिया करता है, इसमें अपेक्षाकृत कम गलनांक होता है, उच्च तापमान पर कम पिघली श्यानता होती है (इसलिए लावा की तरलता बढ़ती है) और एल्यूमिना के साथ एक यूटेक्टिक बनाता है। चूँकि बहुत अधिक प्रवाह, अभिकारकों को दहन को बनाए रखने में सक्षम नहीं होने के बिंदु तक पतला कर देता है। धातु ऑक्साइड के प्रकार का भी उत्पादित ऊर्जा की मात्रा पर नाटकीय प्रभाव पड़ता है; ऑक्साइड जितना अधिक होगा, उत्पादित ऊर्जा की मात्रा उतनी ही अधिक होगी। एक अच्छा उदाहरण मैंगनीज (IV) ऑक्साइड और मैंगनीज (II) ऑक्साइड के बीच का अंतर है, जहां पूर्व बहुत अधिक तापमान उत्पन्न करता है और बाद वाला कठिनाई से दहन को बनाए रखने में सक्षम होता है; अच्छे परिणाम प्राप्त करने के लिए, दोनों आक्साइड के उचित अनुपात वाले मिश्रण का उपयोग किया जा सकता है।[24]

प्रतिक्रिया दर को कण आकार के साथ भी ट्यून किया जा सकता है; महीन कणों की तुलना में मोटे कण धीमी गति से जलते हैं। प्रतिक्रिया प्रारंभ करने के लिए उच्च तापमान पर गर्म होने वाले कणों के साथ प्रभाव अधिक स्पष्ट होता है। इस प्रभाव को नैनो-थर्मिट्स के साथ चरम पर धकेल दिया जाता है।

स्थिरोष्म प्रक्रिया में प्रतिक्रिया में प्राप्त तापमान जब पर्यावरण में कोई ऊष्मा नहीं खोई जाती है, हेस के नियम का उपयोग करके अनुमान लगाया जा सकता है - प्रतिक्रिया द्वारा उत्पादित ऊर्जा की गणना करके (उत्पादों के तापीय धारिता से अभिकारकों की तापीय धारिता घटाकर) और उत्पादों को गर्म करने से खपत ऊर्जा को घटाना (उनकी विशिष्ट ऊष्मा से, जब पदार्थ केवल अपना तापमान बदलती है, और संलयन की उनकी तापीय धारिता और अंततः वाष्पीकरण की तापीय धारिता, जब पदार्थ पिघलती या उबलती है)। वास्तविक परिस्थितियों में, प्रतिक्रिया पर्यावरण को ऊष्मा खो देती है, इसलिए प्राप्त तापमान कुछ कम होता है। ऊष्मा अंतरण दर परिमित है, इसलिए प्रतिक्रिया जितनी तेज़ होती है, यह रुद्धोष्म स्थिति के जितना समीप होता है और प्राप्त तापमान उतना ही अधिक होता है।[25]

लोहे पर थर्मिट

सबसे समान रचना लोहे का थर्मिट है। सामान्यतः उपयोग किया जाने वाला ऑक्सीकारक या तो आयरन (III) ऑक्साइड या आयरन (II, III) ऑक्साइड होता है। पूर्व अधिक ऊष्मा उत्पन्न करता है। बाद वाले को प्रज्वलित करना आसान है, संभवतः ऑक्साइड की क्रिस्टल संरचना के कारण। तांबे या मैंगनीज ऑक्साइड को जोड़ने से प्रज्वलन की आसानी में अधिक सुधार हो सकता है।

तैयार थर्मिट का घनत्व अधिकांशतः 0.7 ग्राम/सेमी3 जितना कम होता है यह, बदले में, अपेक्षाकृत कम ऊर्जा घनत्व (लगभग 3 kJ/cm3), तेजी से जलने का समय, और फंसी हुई हवा के विस्तार के कारण पिघले हुए लोहे का छिड़काव थर्मिट को 4.9 ग्राम/सेमी3 तक उच्च घनत्व तक दबाया जा सकता है (लगभग 16 kJ/cm3) धीमी जलने की गति के साथ (लगभग 1 सेमी/सेकेंड)। दबाए गए थर्मिट में पिघलने की शक्ति अधिक होती है, अर्थात यह स्टील के कप को पिघला सकता है जहां कम घनत्व वाला थर्मिट विफल हो जाएगा।[26] योजक के साथ या बिना आयरन थर्मिट को काटने वाले उपकरणों में दबाया जा सकता है जिनमें ऊष्मा प्रतिरोधी आवरण और नोजल होता है।[27]

ऑक्सीजन संतुलित आयरन थर्मिट 2Al + Fe2O3 सैद्धांतिक अधिकतम घनत्व 4.175 ग्राम/सेमी3 है 3135 K या 2862 °C या 5183 °F का रुद्धोष्म ज्वलन तापमान (चरण संक्रमण सहित, लोहे द्वारा सीमित, जो 3135 K पर उबलता है), एल्यूमीनियम ऑक्साइड (संक्षेप में) पिघला हुआ है और उत्पादित लोहा है इसका अधिकांश भाग गैसीय रूप में होने के कारण तरल होता है - 78.4 ग्राम लौह वाष्प प्रति किलो थर्मिट का उत्पादन होता है। ऊर्जा पदार्थ 945.4 कैलोरी/जी (3 956 जे/जी) है। ऊर्जा घनत्व 16 516 जे/सेमी3 है।[28]

मूल मिश्रण जैसा आविष्कार किया गया था, मिल स्केल के रूप में आयरन ऑक्साइड का उपयोग किया गया था। रचना को प्रज्वलित करना बहुत कठिन था।[23]

कॉपर थर्मिट

कॉपर थर्मिट को या तो कॉपर (I) ऑक्साइड (Cu2O, लाल) या कॉपर (II) ऑक्साइड (CuO, काला)। जलने की दर बहुत तेज होती है और तांबे का गलनांक अपेक्षाकृत कम होता है, इसलिए प्रतिक्रिया बहुत कम समय में महत्वपूर्ण मात्रा में पिघला हुआ तांबा उत्पन्न करती है। कॉपर (II) थर्मिट प्रतिक्रियाएं इतनी तेज हो सकती हैं कि इसे एक प्रकार का फ्लैश पाउडर माना जा सकता है। एक विस्फोट हो सकता है जो तांबे की बूंदों का एक स्प्रे अधिक दूरी तक भेजता है।[29]

ऑक्सीजन-संतुलित मिश्रण में सैद्धांतिक अधिकतम घनत्व 5.109 g/cm3 है, स्थिरोष्म फ्लेम तापमान 2843 K (चरण संक्रमण सम्मिलित ) जिसमें एल्युमिनियम ऑक्साइड पिघला हुआ और तांबा दोनों तरल और गैसीय रूप में होता है; इस थर्मिट के प्रति किलो 343 ग्राम कॉपर वाष्प का उत्पादन होता है। ऊर्जा पदार्थ 974 कैलोरी/जी है।[28]

कॉपर (I) थर्मिट का औद्योगिक उपयोग होता है, उदाहरण के लिए, मोटे कॉपर चालक (कैडवेल्डिंग) की वेल्डिंग उच्च-वर्तमान प्रणालियों में उपयोग के लिए अमेरिकी नौसेना के बेड़े पर केबल स्प्लिसिंग के लिए इस तरह की वेल्डिंग का भी मूल्यांकन किया जा रहा है, उदाहरण के लिए, विद्युत प्रणोदन[30] ऑक्सीजन संतुलित मिश्रण में सैद्धांतिक अधिकतम घनत्व 5.280 ग्राम/सेमी3 है, स्थिरोष्म फ्लेम तापमान 2843 K (चरण संक्रमण सम्मिलित ) जिसमें एल्युमिनियम ऑक्साइड पिघला हुआ और तांबा दोनों तरल और गैसीय रूप में होता है; इस थर्मिट के प्रति किलो 77.6 ग्राम कॉपर वाष्प का उत्पादन होता है। ऊर्जा पदार्थ 575.5 कैलोरी/जी है।[28]

थर्मेट्स

Main article: थर्मेट

थर्मेट रचना एक नमक-आधारित ऑक्सीडाइज़र (सामान्यतः नाइट्रेट्स, जैसे, बेरियम नाइट्रेट, या पेरोक्साइड) से समृद्ध एक थर्मिट है। थर्मिट्स के विपरीत थर्मेट्स ज्वाला और गैसों के विकास के साथ जलते हैं। ऑक्सीडाइज़र की उपस्थिति मिश्रण को प्रज्वलित करना आसान बनाती है और जलती हुई रचना द्वारा लक्ष्य के प्रवेश में सुधार करती है क्योंकि विकसित गैस पिघले हुए धातुमल को प्रक्षेपित कर रही है और यांत्रिक आंदोलन प्रदान कर रही है।[23] यह तंत्र आग लगाने वाले उपकरण के लिए थर्मेट की तुलना में थर्मेट को अधिक उपयुक्त बनाता है और संवेदनशील उपकरण (जैसे, क्रिप्टोग्राफ़िक उपकरण ) के आपातकालीन विनाश के लिए, क्योंकि थर्मिट का प्रभाव अधिक स्थानीय होता है।

प्रज्वलन

A thermite reaction using iron(III) oxide.

धातु, सही परिस्थितियों में लकड़ी या गैसोलीन के दहन के समान प्रक्रिया में जलती है। वास्तव में जंग बहुत धीमी गति से इस्पात या लोहे के ऑक्सीकरण का परिणाम है। एक थर्मिट प्रतिक्रिया का परिणाम तब होता है जब धातु ईंधन के सही मिश्रण मिलते हैं और प्रज्वलित होते हैं। प्रज्वलन के लिए अत्यधिक उच्च तापमान की आवश्यकता होती है।[31]

थर्मिट प्रतिक्रिया के प्रज्वलन के लिए सामान्यतः हीरा या आसानी से प्राप्त होने वाले मैग्नीशियम रिबन की आवश्यकता होती है, किंतु इसके लिए निरंतर प्रयासों की आवश्यकता हो सकती है, क्योंकि प्रज्वलन अविश्वसनीय और अप्रत्याशित हो सकता है। इन तापमानों को पारंपरिक काला पाउडर फ्यूज (विस्फोटक), नाइट्रोसेल्युलोज रॉड्स, बारूद भरा हुआ पटाखा , पायरोटेक्निक आरंभकर्ता, या अन्य सामान्य प्रज्वलन वाले पदार्थों के साथ नहीं पहुँचा जा सकता है।[16] यहां तक ​​​​कि जब थर्मिट चमकदार लाल चमकने के लिए पर्याप्त गर्म होता है तब भी यह प्रज्वलित नहीं होता है, क्योंकि इसका ज्वलन तापमान बहुत अधिक होता है।[32] यदि सही विधि से किया जाए तो प्रोपेन मशाल का उपयोग करके प्रतिक्रिया प्रारंभ करना संभव है।[33]

प्राय: मैग्नीशियम धातु की पट्टियों का उपयोग फ्यूज (विस्फोटक) के रूप में किया जाता है। चूँकि धातुएँ शीतलन गैसों को छोड़े बिना जलती हैं वे संभावित रूप से अत्यधिक उच्च तापमान पर जल सकती हैं। प्रतिक्रियाशील धातु जैसे मैग्नीशियम आसानी से थर्मिट प्रज्वलन के लिए पर्याप्त उच्च तापमान तक पहुंच सकते हैं। मैग्नीशियम प्रज्वलन एमेच्योर थर्मिट उपयोगकर्ताओं के बीच लोकप्रिय है, मुख्यतः क्योंकि इसे आसानी से प्राप्त किया जा सकता है,[16] किंतु जलती हुई पट्टी का एक टुकड़ा मिश्रण में गिर सकता है, जिसके परिणामस्वरूप समय से पहले आग लग सकती है।

मैग्नीशियम विधि के विकल्प के रूप में पोटेशियम परमैंगनेट और ग्लिसरॉल या इथाइलीन ग्लाइकॉल के बीच प्रतिक्रिया का उपयोग किया जाता है। जब ये दो पदार्थ मिश्रित होते हैं, तो एक सहज प्रतिक्रिया प्रारंभ होती है, धीरे-धीरे मिश्रण का तापमान तब तक बढ़ता है जब तक कि यह लपटें उत्पन्न न कर दे। ग्लिसरीन के ऑक्सीकरण द्वारा जारी ऊष्मा थर्मिट प्रतिक्रिया प्रारंभ करने के लिए पर्याप्त है।[16]

मैग्नीशियम प्रज्वलन के अतिरिक्त कुछ एमेच्योर भी थर्मिट मिश्रण को प्रज्वलित करने के लिए फुलझड़ियों का उपयोग करना चुनते हैं।[34] ये आवश्यक तापमान तक पहुँचते हैं और जलने के बिंदु तक नमूने तक पहुँचने से पहले पर्याप्त समय प्रदान करते हैं।[35] यह एक भयप्रद विधि हो सकता है, क्योंकि लोहे की चिंगारी (आग), मैग्नीशियम स्ट्रिप्स की तरह, हजारों डिग्री पर जलती है और थर्मिट को प्रज्वलित कर सकती है चूँकि स्पार्कलर स्वयं इसके संपर्क में नहीं है। यह समीप +चूर्ण थर्मिट के साथ विशेष रूप से भयप्रद है।

माचिस की तीली थर्मिट को प्रज्वलित करने के लिए पर्याप्त गर्म होती है। एल्युमिनियम फॉयल से ढकी माचिस की तीली का उपयोग संभव है और माचिस की तीली तक जाने के लिए पर्याप्त रूप से लंबा विस्कोफ्यूज/इलेक्ट्रिक मैच संभव है।

इसी तरह, समीप +चूर्णित थर्मिट को चकमक चिंगारी लाइटर से प्रज्वलित किया जा सकता है, क्योंकि चिंगारी धातु को जला रही है (इस स्थिति में अत्यधिक प्रतिक्रियाशील दुर्लभ-पृथ्वी धातुएं लेण्टेनियुम और मोम)।[36] इसलिए थर्मिट के समीप लाइटर को मारना असुरक्षित है।

नागरिक उपयोग

रेलवे वेल्डिंग के लिए थर्मिट रिएक्शन: इसके कुछ ही समय बाद, लिक्विड आयरन रेल गैप के चारों ओर मोल्ड में प्रवाहित हो जाता है
स्टॉकहोम, स्वीडन में अर्स्टाफाल्टेट ट्रामवे स्टेशन के पास रेलवे कर्मचारियों द्वारा छोड़े गए इस तरह के थर्मिट वेल्डिंग के लिए सिरेमिक मोल्ड के अवशेष कभी-कभी पटरियों के साथ पाए जा सकते हैं।

थर्मिट प्रतिक्रियाओं के कई उपयोग हैं। यह विस्फोटक नहीं है; इसके अतिरिक्त यह बहुत छोटे क्षेत्र को अत्यधिक उच्च तापमान में उजागर करके संचालित होता है। एक छोटे से स्थान पर केंद्रित तीव्र ऊष्मा का उपयोग धातु या वेल्ड धातु के घटकों को एक साथ काटने के लिए किया जा सकता है, घटकों से धातु को पिघलाकर और थर्मिट प्रतिक्रिया से ही पिघली हुई धातु को इंजेक्ट करते है ।

थर्मिट का उपयोग लोकोमोटिव धुरा -फ्रेम जैसे मोटे स्टील सेक्शन के स्थान पर वेल्डिंग द्वारा सुधार के लिए किया जा सकता है, जहां इसके स्थापित स्थान से भाग को हटाए बिना सुधार की जा सकती है।[37]

जटिल या भारी उपकरण की आवश्यकता के बिना रेल पटरियों जैसे स्टील को जल्दी से काटने या वेल्डिंग करने के लिए थर्मिट का उपयोग किया जा सकता है।[38][39] चूँकि ऐसे वेल्डेड जंक्शनों में स्लैग समावेशन और वॉयड्स (छेद) जैसे दोष अधिकांशतः उपस्थित होते हैं इसलिए प्रक्रिया को सफलतापूर्वक संचालित करने के लिए बहुत सावधानी की आवश्यकता होती है। रेलों के थर्मिट वेल्डिंग का संख्यात्मक विश्लेषण कास्टिंग कूलिंग विश्लेषण के समान किया गया है। थर्मिट रेल वेल्ड के इस परिमित तत्व विश्लेषण और प्रायोगिक विश्लेषण दोनों ने दिखाया है कि वेल्ड गैप दोष निर्माण को प्रभावित करने वाला सबसे प्रभावशाली पैरामीटर है।[40] सिकुड़न गुहा गठन और ठंडे गोद वेल्डिंग दोष को कम करने के लिए बढ़ते वेल्ड अंतराल को दिखाया गया है, और पहले से गरम और थर्मिट तापमान में वृद्धि इन दोषों को कम कर देती है। चूँकि इन दोषों को कम करने से दोष के दूसरे रूप को बढ़ावा मिलता है: माइक्रोप्रोसिटी[41] यह सुनिश्चित करने के लिए भी ध्यान रखा जाना चाहिए कि रेल सीधे रहें, जिसके परिणामस्वरूप जोड़ों में गिरावट न हो जिससे उच्च गति और भारी धुरा भार लाइनों पर घिसाव हो सकता है।[42]

एक थर्मिट प्रतिक्रिया जब कुछ धातुओं के अयस्क को शुद्ध करने के लिए उपयोग की जाती है थर्मिट प्रक्रिया या एल्युमिनोथर्मिक प्रतिक्रिया कहलाती है। प्रतिक्रिया का एक अनुकूलन, शुद्ध यूरेनियम प्राप्त करने के लिए उपयोग किया जाता है, फ्रैंक स्पेडिंग के निर्देशन में एम्स प्रयोगशाला में मैनहट्टन परियोजना के भाग के रूप में विकसित किया गया था। इसे कभी-कभी एम्स प्रक्रिया भी कहा जाता है।[43]

तांबे के थर्मिट का उपयोग विद्युत के कनेक्शन के उद्देश्य से तांबे के मोटे तारों को जोड़ने के लिए किया जाता है। यह विद्युत उपयोगिताओं और दूरसंचार उद्योगों ( एक्ज़ोथिर्मिक वेल्डेड कनेक्शन ) द्वारा बड़े मापदंड पर उपयोग किया जाता है।

सैन्य उपयोग

थर्मिट हथगोले और आवेश सामान्यतः सशस्त्र बलों द्वारा सामग्री-विरोधी भूमिका और उपकरणों के आंशिक विनाश दोनों में उपयोग किए जाते हैं, बाद वाला सामान्य होता है जब सुरक्षित या अधिक गहन विधियों के लिए समय उपलब्ध नहीं होता है।[44][45] उदाहरण के लिए, थर्मिट का उपयोग क्रिप्टोग्राफिक उपकरणों के आपातकालीन विनाश के लिए किया जा सकता है जब कोई खतरा होता है कि इसे दुश्मन सैनिकों द्वारा अवरोध कर लिया जा सकता है। क्योंकि मानक आयरन-थर्मिट को प्रज्वलित करना कठिनाई होता है, व्यावहारिक रूप से कोई लौ नहीं जलती है और क्रिया का एक छोटा सीमा होता है, मानक थर्मिट का उपयोग संभवतः ही कभी आग लगाने वाली रचना के रूप में किया जाता है। सामान्यतः, थर्मिट मिश्रण की गैसीय रासायनिक प्रतिक्रिया की मात्रा में वृद्धि से उस विशेष थर्मिट मिश्रण की ऊष्मा हस्तांतरण दर (और इसलिए क्षति) बढ़ जाती है।[46] यह सामान्यतः अन्य अवयवों के साथ प्रयोग किया जाता है जो इसके आग लगाने वाले प्रभाव को बढ़ाते हैं। थर्मेट थर्मेट-टीएच3 थर्मिट और पायरोटेक्निक एडिटिव्स का मिश्रण है जो आग लगाने वाले उद्देश्यों के लिए मानक थर्मिट से उत्तम पाया गया है।[47] वजन के गणना से इसकी संरचना सामान्यतः लगभग 68.7% थर्मिट, 29.0% बेरियम नाइट्रेट, 2.0% गंधक और 0.3% बाइंडर (सामग्री) (जैसे पॉलीब्यूटाडाइन एक्रिलोनिट्राइल) होती है।[47] थर्मिट में बेरियम नाइट्रेट मिलाने से उसका तापीय प्रभाव बढ़ जाता है, बड़ी ज्वाला उत्पन्न होती है और प्रज्वलन तापमान अधिक कम हो जाता है।[47] यद्यपि सशस्त्र बलों द्वारा थर्मेट-टीएच3 का प्राथमिक उद्देश्य आग लगाने वाला विरोधी पदार्थ हथियार के रूप में है यह धातु के घटकों को एक साथ वेल्डिंग करने में भी उपयोग करता है।

थर्मिट के लिए एक उत्कृष्ट सैन्य उपयोग तोपखाने के टुकड़ों को अक्षम कर रहा है और इसका उपयोग द्वितीय विश्व युद्ध के बाद से इस उद्देश्य के लिए किया गया है, जैसे पोइंटे डु होक, नॉरमैंडी में।[48] थर्मिट विस्फोटक आवेशों के उपयोग के बिना तोपखाने के टुकड़ों को स्थायी रूप से निष्क्रिय कर सकता है, इसलिए ऑपरेशन के लिए मौन आवश्यक होने पर थर्मिट का उपयोग किया जा सकता है। यह ब्रीचलोडर में एक या एक से अधिक सशस्त्र थर्मिट ग्रेनेड डालकर और फिर इसे जल्दी से बंद करके किया जा सकता है; यह ब्रीच को बंद कर देता है और हथियार को लोड करना असंभव बना देता है।[49]

द्वितीय विश्व युद्ध के समय जर्मन और सहयोगी आग लगाने वाले दोनों बमों ने थर्मिट मिश्रण का उपयोग किया।[50][51] आग लगाने वाले बमों में सामान्यतः मैग्नीशियम फ्यूज द्वारा प्रज्वलित दर्जनों पतले, थर्मिट से भरे कनस्तर ( बमबलेट ) होते हैं। थर्मिट द्वारा प्रारंभ की गई आग के कारण आग लगाने वाले बमों ने कई शहरों में बड़े मापदंड पर हानि पहुंचाया। मुख्य रूप से लकड़ी की इमारतों वाले शहर विशेष रूप से अतिसंवेदनशील थे। इन आग लगाने वाले बमों का उपयोग मुख्य रूप से टोक्यो में बमबारी #B-29 छापे के समय किया गया था। रात में बॉम्बसाइट्स का उपयोग नहीं किया जा सकता था, जिससे ऐसे युद्ध पदार्थ का उपयोग करने की आवश्यकता उत्पन्न हुई जो स्पष्ट नियुक्ति की आवश्यकता के बिना लक्ष्यों को नष्ट कर सकता है ।

खतरे

थर्मिट के हिंसक प्रभाव

अत्यंत उच्च तापमान के उत्पादन के कारण थर्मिट का उपयोग भयप्रद है और एक बार प्रारंभ होने वाली प्रतिक्रिया को दबाने में अत्यधिक कठिनाई होती है। प्रतिक्रिया में छोड़े गए पिघले हुए लोहे की छोटी धाराएँ अधिक दूरी तय कर सकती हैं और धातु के कंटेनरों के माध्यम से पिघल सकती हैं, जिससे उनकी पदार्थ प्रज्वलित हो सकती है। इसके अतिरिक्त, अपेक्षाकृत कम क्वथनांक वाली ज्वलनशील धातुएं जैसे जस्ता (907 °C के क्वथनांक के साथ, जो उस तापमान से लगभग 1,370 °C नीचे है जिस पर थर्मिट जलता है) संभावित रूप से सुपरहिट उबलते धातु को हवा यदि थर्मिट के पास प्रतिक्रिया में हिंसक रूप से स्प्रे कर सकता है

यदि , किसी कारण से, थर्मिट ऑर्गेनिक्स, हाइड्रेटेड ऑक्साइड और अन्य यौगिकों से दूषित होता है जो थर्मिट घटकों के साथ ताप या प्रतिक्रिया पर गैसों का उत्पादन करने में सक्षम होते हैं, तो प्रतिक्रिया उत्पादों का छिड़काव किया जा सकता है। इसके अतिरिक्त यदि थर्मिट मिश्रण में हवा के साथ पर्याप्त खाली स्थान होता है और पर्याप्त तेजी से जलता है, तो सुपर-हीट हवा भी मिश्रण को स्प्रे करने का कारण बन सकती है। इस कारण अपेक्षाकृत कच्चे पाउडर का उपयोग करना उत्तम होता है, इसलिए प्रतिक्रिया की दर मध्यम होती है और गर्म गैसें प्रतिक्रिया क्षेत्र से बच सकती हैं।

प्रज्वलन से पहले थर्मिट का प्रीहीटिंग आसानी से आकस्मिक रूप से किया जा सकता है, उदाहरण के लिए, थर्मिट स्लैग के वर्तमान ही में प्रज्वलित ढेर पर थर्मिट का एक नया ढेर डालकर प्रज्वलित होने पर, पहले से गरम किया हुआ थर्मिट लगभग तुरंत जल सकता है, प्रकाश और ऊष्मा ऊर्जा को सामान्य से बहुत अधिक दर पर जारी करता है और सामान्य रूप से सुरक्षित दूरी पर जलन और आंखों की क्षति का कारण बनता है।

थर्मिट प्रतिक्रिया गलती से औद्योगिक स्थानों में हो सकती है जहां श्रमिक लौह धातुओं के साथ अपघर्षक पीस पहिया का उपयोग करते हैं। इस स्थिति में एल्युमीनियम का उपयोग करने से ऑक्साइड का मिश्रण बनता है जो हिंसक रूप से फट सकता है।[52]

थर्मिट के साथ पानी मिलाने या जलते हुए थर्मिट पर पानी डालने से भाप का विस्फोट हो सकता है, जिससे सभी दिशाओं में गर्म टुकड़ों का छिड़काव हो सकता है।[53]

जर्मन टसेपेल्लिन एलजेड 129 हिंडनबर्ग के लिए पेंट कोटिंग या विमान डोप में थर्मिट की मुख्य पदार्थ का उपयोग उनके व्यक्तिगत गुणों, विशेष रूप से परावर्तकता और ऊष्मा इन्सुलेशन के लिए भी किया गया था, संभवतः इसके उग्र विनाश में योगदान दे रहा था। यह नासा के पूर्व वैज्ञानिक एडिसन बैन द्वारा सामने रखा गया एक सिद्धांत था, और बाद में वैज्ञानिक रियलिटी-टीवी शो मिथबस्टर्स द्वारा अर्ध-अनिर्णायक परिणामों के साथ छोटे मापदंड पर परीक्षण किया गया (यह केवल थर्मिट प्रतिक्रिया का दोष नहीं सिद्ध हुआ, किन्तु इसके अतिरिक्त उस के संयोजन और हिंडनबर्ग के निकाय को भरने वाले हाइड्रोजन गैस के जलने का अनुमान लगाया गया)।[54] मिथबस्टर्स कार्यक्रम ने इंटरनेट पर पाए गए एक वीडियो की सत्यता का भी परीक्षण किया, जिससे धातु की बाल्टी में थर्मिट की मात्रा बर्फ के कई ब्लॉकों के ऊपर बैठकर प्रज्वलित हो गई, जिससे अचानक विस्फोट हो गया। वे परिणामों की पुष्टि करने में सक्षम थे, विस्फोट के बिंदु से 50 मीटर दूर तक बर्फ के विशाल टुकड़े खोज रहे थे। सह-मेजबान जेमी हाइमैन ने अनुमान लगाया कि यह थर्मिट मिश्रण एरोसोलाइजिंग के कारण था संभवतः भाप के एक बादल में, जिससे यह और भी तेजी से जलता है। हाइमन ने इस घटना की व्याख्या करने वाले एक अन्य सिद्धांत के बारे में संदेह व्यक्त किया: कि प्रतिक्रिया ने किसी तरह बर्फ में हाइड्रोजन और ऑक्सीजन को अलग कर दिया और फिर उन्हें प्रज्वलित कर दिया। यह स्पष्टीकरण प्रमाणित करता है कि विस्फोट पानी के साथ उच्च तापमान पिघले हुए एल्यूमीनियम की प्रतिक्रिया के कारण होता है। एल्यूमीनियम उच्च तापमान पर पानी या भाप के साथ हिंसक रूप से प्रतिक्रिया करता है, हाइड्रोजन को मुक्त करता है और इस प्रक्रिया में ऑक्सीकरण करता है। उस प्रतिक्रिया की गति और परिणामी हाइड्रोजन के प्रज्वलन को सत्यापित विस्फोट के लिए आसानी से उत्तरदाई ठहराया जा सकता है। यह प्रक्रिया धात्विक पोटैशियम को पानी में गिराने के कारण होने वाली विस्फोटक प्रतिक्रिया के समान है।

यह भी देखें

संदर्भ

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बाहरी संबंध

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