Kontaktowe materiały wybuchowe są rzadko spotykane w klasie, ze względu na ich niestabilną naturę i związane z tym niebezpieczeństwo detonacji. Jednakże, stosując poniższą metodę, można użyć niewielkiej ilości suchych kryształów NI3(s) do wytworzenia imponującego „pęknięcia” i pięknej chmury fioletowych oparów jodu zmieszanych z gazem azotowym. Ilości muszą być niewielkie, aby demonstracja była bezpieczna. Nie należy ulegać pokusie odejścia od metody.
Źródło: Adrian Guy
Lewy: suche kryształy NI3; prawy: w kontakcie z piórkiem
Zestaw
- zlewka 50 ml, kolby stożkowe 100 ml
- lejek filtrujący i bibuła filtracyjna
- szklana pręta do mieszania
- pestka i moździerz
- 0.48 g kryształów jodu
- 0.880 M stężonego roztworu amoniaku
- 100 ml 5 M roztworu NaOH
- mata żaroodporna; metrówka
Postępowanie
Pracując w dygestorium, w osłonie twarzy i rękawicach nitrylowych, użyć tłuczka i moździerza do rozdrobnienia 0,5 g kryształów jodu na drobny proszek i przenieść do małej zlewki. Do proszku jodu dodać ok. 4 ml stężonego roztworu amoniaku i krótko wymieszać szklaną bagietką. Pozostawić mieszaninę na około pięć minut do zakończenia reakcji.
Aby wyodrębnić stały materiał wybuchowy, zawirować mieszaninę, aby zawiesić ciało stałe w roztworze amoniaku, a następnie wylać na bibułę filtracyjną umieszczoną nad kolbą stożkową. Gdy zlewka jest odwrócona nad bibułą filtracyjną, użyj plastikowej pipety ze smoczkiem, aby rozpylić stężony roztwór amoniaku w celu przemycia pozostałości NI3 na bibułę filtracyjną.
Wyłączyć dygestorium, aby zapobiec ruchowi powietrza. Wyjąć mokrą bibułę filtracyjną zawierającą NI3, otworzyć i położyć na macie żaroodpornej tak, aby leżała płasko. Pozostawić do wyschnięcia w dygestorium, zachowując odpowiednie środki ostrożności, aby uniemożliwić studentom lub innym pracownikom zbliżenie się do eksperymentu – przed dygestorium należy umieścić stołki lub podobne przedmioty.
Aby zniszczyć pozostałości materiału wybuchowego na szklanym pręciku lub w zlewce, dodać 5 M roztwór NaOH (uwaga: żrący) i pozostawić, aż nie będzie widać czarnej substancji stałej. Po wyschnięciu bibuły filtracyjnej można zdetonować kryształy przez łaskotanie piórkiem przymocowanym do metrówki. Wilgotność i temperatura pokojowa mogą wydłużyć proces suszenia i zmniejszyć wrażliwość materiału wybuchowego na wstrząsy, dlatego do detonacji może być wymagane silniejsze „uderzenie”.
Mając osłonę twarzy i trzymając metrowy pręt pomiarowy w odległości od siebie należy uderzyć w NI3 w celu wywołania eksplozji, a następnie włączyć dygestorium w celu usunięcia chmury oparów jodu. Uderzyć linijką o ścianę w celu zdetonowania resztek NI3, które przywarły do podłoża. Umieść pozostałości bibuły filtracyjnej w 5 M roztworze NaOH, spłucz do momentu, aż staną się bezbarwne i wyrzuć do śmieci.
Uwaga: zdjęcie (po prawej) pokazuje sześć ułożonych w stos próbek o wadze 0,5 g, które eksplodują, ale te ilości znacznie przekraczają dozwolone bez certyfikatu policyjnego i nie są zalecane do demonstracji w klasie, ze względu na dużą objętość wytwarzanych oparów jodu.
Specjalne wskazówki
Większość plam jodowych może być usunięta przy użyciu 1 M roztworu tiosiarczanu sodu. Zimne, wilgotne warunki znacznie wydłużają czas schnięcia. Jeśli próbka była jeszcze wilgotna w momencie uderzenia, szczotkowanie otaczającego obszaru spowoduje detonację, a tym samym usunie wszelkie zabłąkane/rozproszone kryształy.
Cele dydaktyczne
Trójjodek azotu rozkłada się zgodnie z następującym równaniem:
2NI3(s) → N2(g) + 3I2(g)
Reakcja ta stanowi doskonałą okazję dla uczniów po 16 roku życia do rozważenia zmian entropii podczas reakcji. Zmiana z dwóch moli uporządkowanych, stałych kryształów w cztery mole gazu jest zgodna z dużym układem ΔSθ i można to łatwo zwizualizować podczas reakcji, podobnie jak egzotermiczny charakter reakcji, a tym samym dodatnią zmianę entropii otoczenia (ΔSθsurroundings = -ΔH/T ). W związku z tym całkowita zmiana entropii (ΔSθtotal = ΔSθsystem + ΔSθsurroundings) będzie duża i dodatnia, wskazując na spontaniczną przemianę, która będzie przebiegać do końca.
Bezpieczeństwo
- Nigdy nie próbuj przechowywać NI3 lub w jakikolwiek sposób ograniczać i nie ulegaj pokusie zwiększania skali lub odstępstw od procedury.
- Wszystkie części preparatu muszą być wykonywane w dygestorium i musisz nosić osłonę twarzy i rękawiczki.
- Skoncentrowany roztwór amoniaku jest żrący, a jod jest szkodliwy; oba mogą poparzyć skórę. Amoniak jest toksyczny przy wdychaniu i, podobnie jak pary jodu, drażniący dla układu oddechowego i oczu, a 5 M roztwór NaOH jest żrący. Wszystkie produkty należy usuwać do zlewu w dygestorium z dużą ilością wody.
- Pozostawiając NI3 do wyschnięcia na noc należy upewnić się, że na zamkniętych drzwiach klasy umieszczono znaki uniemożliwiające wejście innym osobom. Dygestorium może być przez jakiś czas nieużywane do innych celów. Studenci i personel muszą być o tym ostrzeżeni.
- Ochraniacze uszu są wymagane dla demonstratora, a studenci muszą zakryć uszy i nosić okulary ochronne.
- NI3 jest przedmiotem oceny ryzyka CLEAPSS, patrz część chroniona hasłem na stronie internetowej CLEAPSS (SRA15).
- Wielkości jodu większe niż 0,48 g wymagają certyfikatu policyjnego. Nie należy próbować układać próbek jodu w stosy.