Los explosivos de contacto rara vez se encuentran en el aula, debido a su naturaleza inestable y al peligro asociado de detonación. Sin embargo, utilizando el siguiente método, se puede utilizar una pequeña cantidad de cristales secos de NI3(s) para producir un impresionante «crack» y una hermosa nube de vapor de yodo púrpura mezclado con gas nitrógeno. Las cantidades deben ser pequeñas para que la demostración sea segura. No caigas en la tentación de desviarte del método.
Fuente: Adrian Guy
Izquierda: cristales secos de NI3; derecha: en contacto con una pluma
Kit
- Vaso de precipitados de 50 ml, matraces cónicos de 100 ml
- Filtro de embudo y papel de filtro
- Vara de agitación de vidrio
- Mortero y mortero
- 0.48 g de cristales de yodo
- 0.880 M de solución de amoníaco concentrado
- 100 ml de solución de NaOH 5 M
- estera resistente al calor; regla de medir
- Nunca intente almacenar el NI3 ni confinarlo de ninguna manera, y no caiga en la tentación de aumentar la escala o desviarse del procedimiento.
- Todas las partes de la preparación deben realizarse en una vitrina de gases y debe usar una careta y guantes.
- La solución concentrada de amoníaco es corrosiva y el yodo es dañino; ambos pueden quemar la piel. El amoníaco es tóxico por inhalación y, al igual que el vapor de yodo, irrita las vías respiratorias y los ojos, y la solución de NaOH 5 M es corrosiva. Eliminar todos los productos por un fregadero en la vitrina de gases con abundante agua.
- Si se deja el NI3 para que se seque durante la noche, asegúrese de que se colocan carteles en la puerta del aula cerrada que impidan la entrada a otras personas. La vitrina de gases puede estar fuera de uso para otros fines durante algún tiempo. Los estudiantes y el personal deben ser advertidos de ello.
- Se requieren protectores auditivos para el demostrador, y los estudiantes deben cubrirse las orejas y llevar gafas de seguridad.
- El NI3 es objeto de una evaluación de riesgos de CLEAPSS, véase la parte protegida por contraseña del sitio web de CLEAPSS (SRA15).
- Las cantidades de yodo superiores a 0,48 g requieren un certificado policial. No intente apilar muestras de yodo.
Procedimiento
Trabajando en una vitrina de gases, con una pantalla facial y guantes de nitrilo, utiliza un mortero para moler 0,5 g de cristales de yodo hasta convertirlos en un polvo fino y transfiérelos a un vaso de precipitados pequeño. Añadir al polvo de yodo unos 4 ml de solución de amoníaco concentrado y agitar brevemente con una varilla de vidrio. Dejar reposar la mezcla durante unos cinco minutos para que se complete la reacción.
Para extraer el explosivo sólido, agitar la mezcla para suspender el sólido en la solución de amoníaco y luego verterlo en un papel de filtro sostenido sobre un matraz cónico. Mientras el vaso de precipitados está volcado sobre el papel de filtro, utiliza una pipeta de plástico para echar un chorro de solución de amoníaco concentrada para lavar cualquier residuo de NI3 sobre el papel de filtro.
Apague la vitrina para evitar el movimiento del aire. Retire el papel de filtro húmedo que contiene los NI3, ábralo y colóquelo sobre una esterilla resistente al calor de manera que quede plano. Deje que se seque en la vitrina mientras toma las precauciones adecuadas para evitar que los estudiantes u otros miembros del personal se acerquen al experimento: coloque taburetes o algo similar delante de la vitrina.
Para destruir cualquier residuo de explosivo en la varilla de vidrio o en el vaso de precipitados, añade una solución de NaOH 5 M (precaución: corrosivo) y déjalo hasta que no se vea ningún sólido negro. Una vez seco el papel de filtro, es posible detonar los cristales haciendo cosquillas con una pluma sujeta a una regla de medir. La humedad y la temperatura ambiente pueden prolongar el proceso de secado y reducir la sensibilidad al choque del explosivo, por lo que puede ser necesario un mayor «golpe» para detonarlo.
Usando una careta y sosteniendo una regla de un metro a la distancia de los brazos, golpee el NI3 para producir la explosión y luego encienda la vitrina de gases para eliminar la nube de vapor de yodo. Golpear la regla contra una pared para detonar cualquier resto de NI3 que se adhiera. Colocar los restos de papel de filtro en la solución de NaOH 5 M, enjuagar hasta que sean incoloros y ponerlos en la basura.
Nota: la fotografía (derecha) muestra la explosión de seis muestras apiladas de 0,5 g, pero estas cantidades superan con creces lo permitido sin certificado policial y no son recomendables para una demostración en el aula, debido al gran volumen de vapor de yodo producido.
Consejos especiales
La mayoría de las manchas de yodo pueden eliminarse con una solución de tiosulfato de sodio 1 M. Las condiciones de frío y humedad aumentarán significativamente el tiempo de secado. Si la muestra estaba todavía húmeda cuando se golpeó, el cepillado de la zona circundante detonará y, por tanto, eliminará cualquier cristal perdido/disperso.
Objetivos didácticos
El triyoduro de nitrógeno se descompone según la siguiente ecuación:
2NI3(s) → N2(g) + 3I2(g)
Esta reacción proporciona una excelente oportunidad para que los alumnos de post-16 consideren los cambios de entropía durante la reacción. El cambio de dos moles de cristales sólidos y ordenados a cuatro moles de gas es consistente con el gran sistema ΔSθ, y esto puede visualizarse fácilmente durante la reacción, al igual que la naturaleza exotérmica de la reacción y, por tanto, el cambio de entropía positivo de los alrededores (ΔSθsurroundings = -ΔH/T ). Por tanto, se espera que el cambio de entropía total (ΔSθtotal = ΔSθsistema + ΔSθalrededores) sea grande y positivo, lo que indica un cambio espontáneo que llegará a su fin.