Hoe de stikstoftriiodide-chemiedemonstratie uit te voeren

In deze spectaculaire chemiedemonstratie worden jodiumkristallen omgezet met geconcentreerde ammoniak om stikstoftriiodide (NI) neer te slaan₃). De NI₃ wordt vervolgens uitgefilterd. In droge toestand is de verbinding zo onstabiel dat het minste contact ervoor zorgt dat deze uiteenvalt in stikstofgas en jodiumdamp, waardoor een zeer luide "klik" en een wolk van paarse jodiumdamp ontstaat.

Moeilijkheidsgraad: Gemakkelijk

Vereiste tijd: Minuten

materialen

Voor dit project zijn slechts enkele materialen vereist. Vast jodium en een geconcentreerde ammoniakoplossing zijn de twee belangrijkste ingrediënten. De andere materialen worden gebruikt om de demonstratie op te zetten en uit te voeren.

tot 1 g jodium (niet meer gebruiken)
geconcentreerde waterige ammoniak (0.880 S.G.)
filterpapier of papieren handdoek
ringstandaard (optioneel)
veer bevestigd aan een lange stok

Hoe de stikstoftriiodide-demo uit te voeren

De eerste stap is het voorbereiden van de NI₃. Een methode is om eenvoudig tot een gram jodiumkristallen in een klein volume geconcentreerde waterige ammoniak te gieten, de inhoud 5 minuten te laten staan en vervolgens de vloeistof over een filterpapier te gieten om de NI te verzamelen₃, wat een donkerbruine / zwarte vaste stof zal zijn. Als u echter het vooraf gewogen jodium met een mortier / stamper van tevoren vermaalt, is er een groter oppervlak beschikbaar voor het jodium om te reageren met de ammoniak, wat een aanzienlijk grotere opbrengst oplevert.
De reactie voor het produceren van stikstoftriiodide uit jodium en ammoniak is:
3I₂ + NH₃ → NI₃ + 3hi
U wilt voorkomen dat u met de NI omgaat₃ helemaal, dus mijn aanbeveling zou zijn om de demonstratie op te zetten voordat de ammoniak wordt afgegoten. Traditioneel gebruikt de demonstratie een ringstandaard waarop een nat filterpapier met NI₃ wordt geplaatst met een tweede filterpapier van vochtige NI₃ boven de eerste zitten. Door de kracht van de ontledingsreactie op het ene papier zal ook op het andere papier ontleding optreden.
Voor optimale veiligheid stelt u de ringstandaard in met filterpapier en giet de gereageerde oplossing over het papier waar de demonstratie moet plaatsvinden. Een zuurkast is de voorkeurslocatie. De demonstratielocatie moet vrij zijn van verkeer en trillingen. De ontleding is aanraakgevoelig en wordt door de minste trillingen geactiveerd.
Kietel de droge NI om de ontleding te activeren₃ vast met een veer aan een lange stok. Een meterstick is een goede keuze (gebruik niets korters). De ontleding vindt plaats volgens deze reactie:
2NI₃ (n) → N₂ (g) + 3I₂ (G)
In zijn eenvoudigste vorm wordt de demonstratie uitgevoerd door de vochtige vaste stof op een papieren handdoek in een zuurkast te gieten, te laten drogen en te activeren met een meterstok.

Het stikstoftriiodide-molecuul is niet erg stabiel. LAGUNA DESIGN / Getty Images

Tips en veiligheid

Waarschuwing: deze demonstratie mag alleen worden uitgevoerd door een instructeur en met de juiste veiligheidsmaatregelen. Natte NI₃ is stabieler dan de droge stof, maar moet toch voorzichtig worden behandeld. Jodium zal kleding en oppervlakken paars of oranje bevlekken. De vlek kan worden verwijderd met een natriumthiosulfaatoplossing. Oog- en oorbescherming worden aanbevolen. Jodium is irriterend voor de luchtwegen en de ogen; de ontledingsreactie is luid.
NI₃ in de ammoniak is zeer stabiel en kan worden getransporteerd, als de demonstratie op een afgelegen locatie moet worden uitgevoerd.
Hoe het werkt: NI₃ is zeer onstabiel vanwege het grootteverschil tussen de stikstof- en jodiumatomen. Er is niet genoeg ruimte rond de centrale stikstof om de jodiumatomen stabiel te houden. De bindingen tussen de kernen staan onder spanning en zijn daarom verzwakt. De externe elektronen van de jodiumatomen worden in dichte nabijheid gedwongen, wat de instabiliteit van het molecuul verhoogt.
De hoeveelheid energie die vrijkomt bij het tot ontploffing brengen van NI₃ overtreft die vereist om de verbinding te vormen, wat de definitie is van een explosief met hoge opbrengst.

bronnen

Ford, L. A .; Grundmeier, E. W. (1993). Chemische magie. Dover. p. 76. ISBN 0-486-67628-5.
Holleman, A. F .; Wiberg, E. (2001). Anorganische scheikunde. San Diego: Academic Press. ISBN 0-12-352651-5.
Silberrad, O. (1905). "De samenstelling van stikstoftriiodide." Journal of the Chemical Society, Transactions. 87: 55-66. doi: 10,1039 / CT9058700055
Tornieporth-Oetting, I .; Klapötke, T. (1990). "Stikstof Triiodide." Angewandte Chemie International Edition. 29 (6): 677-679. doi: 10.1002 / anie.199006771

Wetenschap