Triiodure d’azote – un explosif de contact sensible

Kit

• Bécher de 50 ml, fioles coniques de 100 ml
• Entonnoir à filtre et papier filtre
• Baguette en verre
• pilier et mortier
• 0.48 g de cristaux d’iode
• 0.880 M de solution d’ammoniaque concentrée
• 100 ml de solution de NaOH 5 M
• Tapis résistant à la chaleur ; règle d’un mètre

Procédure

Travaillant sous une hotte, en portant un écran facial et des gants en nitrile, utilisez un pilon et un mortier pour broyer 0,5 g de cristaux d’iode en une poudre fine et transférez-la dans un petit bécher. Ajouter à la poudre d’iode environ 4 ml de solution d’ammoniaque concentrée et remuer brièvement à l’aide d’une tige de verre. Laissez reposer le mélange pendant environ cinq minutes pour que la réaction soit complète.

Pour extraire l’explosif solide, agiter le mélange pour mettre en suspension le solide dans la solution d’ammoniaque, puis verser sur un papier filtre maintenu au-dessus d’un flacon conique. Pendant que le bécher est renversé au-dessus du papier filtre, utilisez une pipette à tétine en plastique pour asperger la solution d’ammoniaque concentrée afin de laver tout résidu NI3 sur le papier filtre.

Éteignez la sorbonne pour empêcher tout mouvement d’air. Retirer le papier filtre humide contenant le ou les NI3, l’ouvrir et le placer sur un tapis résistant à la chaleur de façon à ce qu’il soit à plat. Laissez sécher dans la sorbonne tout en prenant les précautions adéquates pour empêcher les étudiants ou les autres membres du personnel de s’approcher de l’expérience – placez des tabourets ou autres devant l’armoire.

Pour détruire tout explosif résiduel sur la tige de verre ou dans le bécher, ajouter une solution de NaOH 5 M (attention : corrosif) et laisser jusqu’à ce qu’aucun solide noir ne soit visible. Une fois que le papier filtre est sec, il est possible de faire exploser les cristaux en les chatouillant avec une plume attachée à une règle d’un mètre. L’humidité et la température ambiante peuvent prolonger le processus de séchage et réduire la sensibilité aux chocs de l’explosif, de sorte qu’une  » frappe  » plus importante pourrait être nécessaire pour le faire détoner.

En portant un masque de protection et en tenant une règle d’un mètre à bout de bras, frappez le NI3 pour produire l’explosion, puis allumez la sorbonne pour éliminer le nuage de vapeur d’iode. Tapez la règle contre un mur pour faire exploser les restes de NI3 qui adhèrent. Placez les restes de papier filtre dans la solution de NaOH 5 M, rincez jusqu’à ce qu’ils soient incolores et mettez-les à la poubelle.

Note : la photographie (à droite) montre six échantillons de 0,5 g empilés qui explosent, mais ces quantités dépassent largement ce qui est autorisé sans certificat de police et ne sont pas recommandées pour une démonstration en classe, en raison du grand volume de vapeur d’iode produit.

Conseils particuliers

La plupart des taches d’iode peuvent être éliminées à l’aide d’une solution de thiosulfate de sodium 1 M. Des conditions froides et humides augmenteront considérablement le temps de séchage. Si l’échantillon était encore humide lorsqu’il a été frappé, le brossage de la zone environnante permettra de détoner et donc d’éliminer les cristaux parasites/dispersés.

Objectifs pédagogiques

Le triiodure d’azote se décompose selon l’équation suivante :

2NI3(s) → N2(g) + 3I2(g)

Cette réaction fournit une excellente occasion pour les étudiants de niveau post-16 de considérer les changements d’entropie au cours de la réaction. Le passage de deux moles de cristaux solides ordonnés à quatre moles de gaz est cohérent avec le grand système ΔSθ, et cela peut être facilement visualisé pendant la réaction, tout comme la nature exothermique de la réaction et donc le changement d’entropie positif de l’environnement (ΔSθenvironnement = -ΔH/T ). Par conséquent, on s’attendra à ce que la variation d’entropie totale (ΔSθtotal = ΔSθsystème + ΔSθenvironnement) soit importante et positive, indiquant un changement spontané qui ira jusqu’à son terme.

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