Sólin Sólin Rís 03:57 • sest 22:54 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 05:15 • Sest 05:53 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 09:28 • Síðdegis: 21:57 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 03:22 • Síðdegis: 15:29 í Reykjavík

Af hverju verður sprenging þegar vatn kemst í snertingu við fljótandi ál, en ekki ef álið er á föstu formi?

Emelía Eiríksdóttir

Upprunalega spurningin hljóðaði svona:
Af hverju verður bara sprenging þegar vatn kemst í snertingu við fljótandi ál, en ekki þegar álið er komið í fast form?

Ál er frumefni númer 13 í lotukerfinu. Ál er mjúkur málmur, bræðslumark þess er 660°C og suðumarkið er 2.470°C. Til samanburðar er suðumark vatns einungis 100°C. Starfsmenn álvera þekkja það vel að sprengingar geta orðið þegar bráðnu áli er hellt í mót sem innihalda raka/vatn eða þegar rakt/blautt álbrak (e. scrap aluminium) er sett inn í bræðsluofn. Ástæða þessara sprenginga er aðallega sú að vatnið hvellsýður við að það verða innlyksa undir eða inni í bráðnu áli sem er yfir 660°C heitt. Vatnið fer sem sagt úr vökvaham yfir í gasham á örskömmum tíma og við hamskiptin eykst rúmmál þess um 4.400-falt. Við þessa miklu og snöggu þenslu nær vatnsgufan að ýta frá sér bráðnu áli sem getur þá slest í allar áttir. Sprengingin er háð rakamagninu, meiri raki veldur aflmeiri sprengingu.

Ef bráðinn málmur kemst í snertingu við vökva getur orðið sprenging þegar vökvinn hvellsýður.

Bráðið ál getur hvarfast við vatn og myndað áloxíð og vetnisgas, samkvæmt eftirfarandi efnajöfnu:
2 Al + 3 H2O ⟶ Al2O3 + 3 H2

Þetta efnahvarf er afar útvermið (það losnar mikil orka úr læðingi) og eykur það á kraftinn í sprengingunni. Ál sem slettist út í loftið við sprenginguna getur einnig hvarfast við súrefni í loftinu og myndað áloxíð og orku.

Þegar álið er mörg hundruð gráðu heitt en á föstu formi nær vatnsgufan ekki að verða eins innlyksa og þegar bráðnu áli er hellt yfir vatn/raka. Vatnsgufan sleppur því svolítið fram hjá álinu á fasta forminu og því byggist ekki upp jafn mikill þrýstingur eins og undir bráðna álinu. Utan á áli á föstu formi er þunnt lag af áloxíði (Al2O3) og því verður ekkert efnahvarf milli álsins og vatnsins og engin aukaorka sem myndast eins og með bráðna álinu.

Samskonar sprengingar geta einnig orðið þegar vatn kemst í snertingu við aðra bráðna málma vegna þess hversu heitir þeir eru. Því heitari sem málmurinn er, þeim mun meira og hraðar þenst vatnið út og verður sprengingin þá öflugri. Vatn getur aukið rúmmál sitt allt að 10.000-falt þegar það kemst í snertingu við heitustu málmana.

Þessar málmsprengingar eru ekki einskorðaðar við vatn, allir vökvar sem verða innlyksa undir eða inni í bráðnum málmi munu þenjast út með ógnarhraða og valda sprengingu.

Afleiðingar sprengingar sem varð í verksmiðju Binzhou Weigiao Aluminium Company í Kína 20. ágúst 2007. Sprengingin kostaði tugi mannslífa.

Fjölmörg slys hafa því miður orðið í málmbræðsluofnum um allan heim og margir hafa látið lífið. Ein leið til að koma að mestu leyti fyrir þessi vatnsslys í bræðsluofnunum er að tæta málmana og þurrka þá áður en þeir eru settir inn í ofnana.

Heimildir og myndir:

Höfundur

Emelía Eiríksdóttir

efnafræðingur og starfsmaður Vísindavefsins

Útgáfudagur

25.4.2022

Spyrjandi

Sunna Björg

Tilvísun

Emelía Eiríksdóttir. „Af hverju verður sprenging þegar vatn kemst í snertingu við fljótandi ál, en ekki ef álið er á föstu formi?“ Vísindavefurinn, 25. apríl 2022. Sótt 20. maí 2022. http://visindavefur.is/svar.php?id=15254.

Emelía Eiríksdóttir. (2022, 25. apríl). Af hverju verður sprenging þegar vatn kemst í snertingu við fljótandi ál, en ekki ef álið er á föstu formi? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=15254

Emelía Eiríksdóttir. „Af hverju verður sprenging þegar vatn kemst í snertingu við fljótandi ál, en ekki ef álið er á föstu formi?“ Vísindavefurinn. 25. apr. 2022. Vefsíða. 20. maí. 2022. <http://visindavefur.is/svar.php?id=15254>.

Chicago | APA | MLA

Spyrja

Sendu inn spurningu LeiðbeiningarTil baka

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Senda grein til vinar

=

Af hverju verður sprenging þegar vatn kemst í snertingu við fljótandi ál, en ekki ef álið er á föstu formi?
Upprunalega spurningin hljóðaði svona:

Af hverju verður bara sprenging þegar vatn kemst í snertingu við fljótandi ál, en ekki þegar álið er komið í fast form?

Ál er frumefni númer 13 í lotukerfinu. Ál er mjúkur málmur, bræðslumark þess er 660°C og suðumarkið er 2.470°C. Til samanburðar er suðumark vatns einungis 100°C. Starfsmenn álvera þekkja það vel að sprengingar geta orðið þegar bráðnu áli er hellt í mót sem innihalda raka/vatn eða þegar rakt/blautt álbrak (e. scrap aluminium) er sett inn í bræðsluofn. Ástæða þessara sprenginga er aðallega sú að vatnið hvellsýður við að það verða innlyksa undir eða inni í bráðnu áli sem er yfir 660°C heitt. Vatnið fer sem sagt úr vökvaham yfir í gasham á örskömmum tíma og við hamskiptin eykst rúmmál þess um 4.400-falt. Við þessa miklu og snöggu þenslu nær vatnsgufan að ýta frá sér bráðnu áli sem getur þá slest í allar áttir. Sprengingin er háð rakamagninu, meiri raki veldur aflmeiri sprengingu.

Ef bráðinn málmur kemst í snertingu við vökva getur orðið sprenging þegar vökvinn hvellsýður.

Bráðið ál getur hvarfast við vatn og myndað áloxíð og vetnisgas, samkvæmt eftirfarandi efnajöfnu:
2 Al + 3 H2O ⟶ Al2O3 + 3 H2

Þetta efnahvarf er afar útvermið (það losnar mikil orka úr læðingi) og eykur það á kraftinn í sprengingunni. Ál sem slettist út í loftið við sprenginguna getur einnig hvarfast við súrefni í loftinu og myndað áloxíð og orku.

Þegar álið er mörg hundruð gráðu heitt en á föstu formi nær vatnsgufan ekki að verða eins innlyksa og þegar bráðnu áli er hellt yfir vatn/raka. Vatnsgufan sleppur því svolítið fram hjá álinu á fasta forminu og því byggist ekki upp jafn mikill þrýstingur eins og undir bráðna álinu. Utan á áli á föstu formi er þunnt lag af áloxíði (Al2O3) og því verður ekkert efnahvarf milli álsins og vatnsins og engin aukaorka sem myndast eins og með bráðna álinu.

Samskonar sprengingar geta einnig orðið þegar vatn kemst í snertingu við aðra bráðna málma vegna þess hversu heitir þeir eru. Því heitari sem málmurinn er, þeim mun meira og hraðar þenst vatnið út og verður sprengingin þá öflugri. Vatn getur aukið rúmmál sitt allt að 10.000-falt þegar það kemst í snertingu við heitustu málmana.

Þessar málmsprengingar eru ekki einskorðaðar við vatn, allir vökvar sem verða innlyksa undir eða inni í bráðnum málmi munu þenjast út með ógnarhraða og valda sprengingu.

Afleiðingar sprengingar sem varð í verksmiðju Binzhou Weigiao Aluminium Company í Kína 20. ágúst 2007. Sprengingin kostaði tugi mannslífa.

Fjölmörg slys hafa því miður orðið í málmbræðsluofnum um allan heim og margir hafa látið lífið. Ein leið til að koma að mestu leyti fyrir þessi vatnsslys í bræðsluofnunum er að tæta málmana og þurrka þá áður en þeir eru settir inn í ofnana.

Heimildir og myndir:...