在《心理化学师》397章中，于凡用了一个化学反应熔断了锁住大门的铁锁。没错，于凡用的正是长期霸榜“中学化学反应剧烈排行榜”第一名的——铝热反应。
今天就来给大家介绍一下这个“妈见打”的化学实验。特别提示，热爱实践的书友，尤其那位叫“石山是十三”的朋友，做这个实验时，控制好量，注意安全，在专业人士的指导下在尝试，别在家里做。不然，屁股要被打成四瓣，别问我为什么。
铝热反应是以铝粉和氧化铁为主要反应物的发热反应。当温度超过1250℃时，铝粉激烈氧化，燃烧而放出大量热。这种放热反应的温度可达3000℃以上。铝热反应非常迅速，作用时间短。加入硅铁粉时，可使作用缓和，利于延长作用的时间。为用于浇注温度1000~1100℃左右的铜合金铸件，可再加少量强氧化剂，如硝酸钠、硝酸钾等；还可加入镁作为点火剂，使其在较低温度起化学反应。
自蔓延现象
1895年，德国Go ldschm idt发现了铝热反应的自蔓延特征。铝热反应的工业化应用是始于热剂焊焊接钢轨。这就是我国现正在使用的德国施密特公司的铝热焊产品的始创者。自20世纪60年代末，自蔓延高温合成(SHS)在原苏联形成个新学科以来，在各国已进行了大量研究并取得了很大发展。
自蔓延高温合成技术是由前苏联科学家Merzhanoy和Borovinskaya在研究火箭固体推进剂燃烧问题时，实验过渡族金属和硼碳、氮等的反应时首次发现并提出来的，也被称作燃烧合成(CS)。
其特点是利用外部提供必要的能量诱发放热化学反应体系局部发生化学反应(点燃)，形成化学反映前沿(燃烧波)，此后化学反应在自身放出热量的支持下继续进行，表现为燃烧波蔓延至整个反应体系，最后合成所需要材料(粉体或者固结体)。
SHS已经形成一个独立的学科。本章中对铝热反应的最新研究成果进行了简单介绍SHS最突出的优点是：工艺简单，过程时间短；合成物污染少、纯度高；最大限度地利用材料的人工合成中的化学能节约能源；能集材料合成和烧结等多种工艺于一体。
从SHS被发现到20世纪80年代初，只有前苏联在不对外公布的状态下进行研究。前苏联科学院对SHS技术研究极为重视，专门从其科学院物理化学研究所分离出一个单位来研究，这就是后来知名的结构宏观动力学研究所。该研究所对SHS进行了全方位的研究，取得了奠基性的成果。进入90年代，尽管俄罗斯国家总体科研环境欠佳，但是他们在SHS领域研究的总体水平仍然居于世界前列。
前苏联对SHS理论的建立和SHS技术及其应用的发展做了大量的工作。在理论上，他们建立并发展SHS燃烧理论，又将其和材料科学结合起来，提出了结构宏观动力学理论，建立起SHS过程中的燃烧过程和材料结构形成间的关系；在应用方面，他们发展了一系列无机材料粉末合成与成型、致密化技术相结合的技术。
80年代以后，SHS传播到美国、日本、中国等国家，开始在世界范围内的发展。美国科学家在SHS基础研究方面的成果最为扎实，研究力量也最为强大。他们发展了新的燃烧模型和有机物的燃烧合成及非常规SHS技术。
原理
铝热反应的原理，是铝单质在高温的条件下进行的一种氧化还原反应，体现出了铝的强还原性。由于氧化铝的生成焓(-1645kJ/mol)极低，故反应会放出巨大的热，甚至可以使生成的金属以熔融态出现。另一方面，反应放出大量热使铝熔化，反应在液相中进行使反应速率极快，短时间放出极大量的热。铝热反应的剧烈程度，由金属离子氧化性所决定。据估计，500克铝热剂（成分是氧化铁和铝）会在30秒内燃烧殆尽。
铝热反应的产物
铝热化学反应是一个氧化还原的反应，利用还原金属(铝)和金属氧化物(氧化铁)铁合金和铁钉屑等按比例配成的铝热焊剂，放在特制的坩埚中，用高温火柴点燃，立即引起强烈的化学反应。
在反应过程中铁(Fe)被还原出来，由于铁比重大沉于坩埚底部，铝氧化成氧化铝(Al2O3)熔渣较轻浮于上部，同时产生巨大的热量，高温的铝热钢水随即浇入扣在轨缝上的砂型中，将两轨端熔化，浇注金属本身又作为填充金属，将钢轨焊接起来各种金属对氧的化学亲和力大小各不相同，与氧亲和力较大的金属能够把与氧亲和力较小的金属从它的氧化物中还原出来。
铝在足够高的温度下，与氧有很强的化学亲和力，它可以从很多重金属的氧化物中夺取氧，而把重金属还原出来，例如能把铁、钛、硅、锰、铬、钒、钨等还原出来，同时放出一定量的热量。为了获得优质的铝热钢，根据不同要求在铝热焊剂中可以加入石墨粉调整碳合量，加入一些合金元素，例如锰硅以及钛、钼等。
铝热爆剂的反应过程和主要产物
在坩埚中的铝热焊剂经点燃立即进行化学反应，生成定量的铁，经加入合金元素，调整化学成分形成铝热钢，同时生成Al2O3熔渣和其他成分的组成物如MnO、FeO等进入熔渣中，反应在若干秒内完成，但反应完成后必须有定时间的停留(镇静时间)，也就是在反应平静后适当时间才可打钉浇注，以保证反应完全和保证铝热钢中含有一定量的铝。
铝热焊的主要反应产物为液态的铝热钢和熔渣。根据铝热焊主要化学反应式，从理论上计算纯铁和熔渣的产量，由于反应不能进行完全，而且在熔渣中也夹杂着铁，所以实际上，铁的生成量低于计算值熔渣的主要成分为Al2O3，合有少量的氧化铁、氧化锰以及硅酸物。
氧化铁可以使熔渣呈黑色，氧化锰使熔渣呈褐色，正常的铝热钢的熔渣是棕褐色。
