Contactexplosieven komen in het klaslokaal zelden voor, vanwege hun onstabiele aard en het daarmee gepaard gaande gevaar van ontploffing. Met de volgende methode kan echter een kleine hoeveelheid droge NI3(s)-kristallen worden gebruikt om een indrukwekkende “barst” te produceren en een prachtige wolk van paarse jodiumdamp gemengd met stikstofgas. De hoeveelheden moeten klein worden gehouden, zodat de demonstratie veilig is. Kom niet in de verleiding om van de methode af te wijken.
Bron: Adrian Guy
Links: droge NI3-kristallen; rechts: op contact met een veer
Kit
- bekerglas van 50 ml, erlenmeyers van 100 ml
- filtertrechter en filtreerpapier
- glazen roerstaaf
- stokje en vijzel
- 0.48 g jodiumkristallen
- 0.880 M geconcentreerde ammoniakoplossing
- 100 ml 5 M NaOH-oplossing
- warmtebestendige mat; meterliniaal
Procedure
Werk in een zuurkast, met een gelaatsscherm en nitril handschoenen aan, en gebruik een stamper en vijzel om 0,5 g jodiumkristallen tot een fijn poeder te vermalen en breng dit over in een klein bekerglas. Voeg aan het joodpoeder ongeveer 4 ml geconcentreerde ammoniakoplossing toe en roer kort met een glazen staaf. Laat het mengsel ongeveer vijf minuten staan om de reactie te laten voltooien.
Om de vaste springstof te extraheren, wordt het mengsel rondgedraaid om de vaste stof in de ammoniakoplossing te laten zweven en vervolgens op een filtreerpapiertje boven een erlenmeyer gegoten. Terwijl het bekerglas over het filtreerpapier is gekeerd, spuit u met een plastic speenpipet geconcentreerde ammoniakoplossing om eventuele resten NI3 op het filtreerpapier te spoelen.
Zet de zuurkast uit om luchtverplaatsing te voorkomen. Verwijder het natte filtreerpapier met het NI3, open het en leg het op een hittebestendige mat zodat het plat ligt. Laat het drogen in de zuurkast en neem de nodige voorzorgsmaatregelen om te voorkomen dat studenten of ander personeel in de buurt van het experiment komen – plaats krukjes of iets dergelijks voor de kast.
Om eventueel achtergebleven explosieven op het glazen staafje of in het bekerglas te vernietigen, voegt u 5 M NaOH-oplossing toe (let op: bijtend) en laat u het staan totdat er geen zwarte vaste stof meer zichtbaar is. Zodra het filtreerpapier droog is, kunnen de kristallen tot ontploffing worden gebracht door ze te kietelen met een veer die aan een meter meetlat is bevestigd. Vochtigheid en kamertemperatuur kunnen het droogproces verlengen en de schokgevoeligheid van het explosief verminderen, zodat een grotere “slag” nodig kan zijn om het tot ontploffing te brengen.
Draag een gezichtsscherm en houd een duimstok op armlengte afstand, sla op de NI3 om de explosie te veroorzaken en schakel vervolgens de zuurkast in om de jodiumdampwolk te verwijderen. Tik met de duimstok tegen een muur om eventueel achtergebleven NI3 tot ontploffing te brengen. Leg de resten filtreerpapier in de 5 M NaOH-oplossing, spoel tot ze kleurloos zijn en doe ze bij het afval.
Notitie: de foto (rechts) toont zes, op elkaar gestapelde monsters van 0,5 g die exploderen, maar deze hoeveelheden zijn veel groter dan wat is toegestaan zonder politiecertificaat en worden niet aanbevolen voor een demonstratie in de klas, vanwege de grote hoeveelheid jodiumdamp die wordt geproduceerd.
Speciale tips
De meeste jodiumvlekken kunnen worden verwijderd met een 1 M natriumthiosulfaatoplossing. Koude, vochtige omstandigheden zullen de droogtijd aanzienlijk verlengen. Als het monster nog vochtig was toen het werd getroffen, zal het borstelen van de omgeving detoneren en dus eventuele verdwaalde/verspreide kristallen verwijderen.
Leerdoelen
Stikstoftrijodide ontleedt volgens de volgende vergelijking:
2NI3(s) → N2(g) + 3I2(g)
Deze reactie biedt een uitstekende gelegenheid voor post-16 leerlingen om na te denken over de entropieveranderingen tijdens de reactie. De verandering van twee mol geordende, vaste kristallen in vier mol gas is in overeenstemming met het grote ΔSθ -systeem, en dit kan tijdens de reactie gemakkelijk worden gevisualiseerd, net als het exotherme karakter van de reactie en dus de positieve entropieverandering van de omgeving (ΔSθs omgeving = -ΔH/T ). Daarom zal de totale entropieverandering (ΔSθtotaal = ΔSθsysteem + ΔSθomgeving) naar verwachting groot en positief zijn, wat duidt op een spontane verandering die tot voltooiing zal komen.
Veiligheid
- Probeer NI3 nooit op te slaan of op te sluiten, en laat u niet verleiden de schaal te vergroten of van de procedure af te wijken.
- Alle onderdelen van het preparaat moeten in een zuurkast worden gedaan en u moet een gelaatsscherm en handschoenen dragen.
- Geconcentreerde ammoniakoplossing is corrosief en jodium is schadelijk; beide kunnen de huid verbranden. Ammoniak is giftig bij inademing en, net als jodiumdamp, irriterend voor de luchtwegen en de ogen, en 5 M NaOH-oplossing is bijtend. Verwijder alle producten via een gootsteen in de zuurkast met veel water.
- Als u NI3 ’s nachts laat drogen, zorg er dan voor dat er bordjes op de gesloten deur van het klaslokaal zijn aangebracht die anderen de toegang verhinderen. De zuurkast kan enige tijd voor andere doeleinden buiten gebruik zijn. Studenten en personeel moeten hiervoor worden gewaarschuwd.
- Oorkappen zijn vereist voor de demonstrant, en studenten moeten hun oren bedekken en een veiligheidsbril dragen.
- NI3 is het onderwerp van een CLEAPSS risicobeoordeling, zie het met een wachtwoord beveiligde deel van de CLEAPSS website (SRA15).
- Hoeveelheden jodium groter dan 0,48 g vereisen een politiecertificaat. Probeer geen jodiummonsters te stapelen.