Jak przeprowadzić demonstrację chemii trijodku azotu?

Łatwa i dramatyczna demonstracja trijodku azotu

Kryształy jodu łatwo przechodzą w fazę gazową. Matt Meadows, Getty Images

W tym spektakularnym pokaz chemii kryształy jodu poddaje się reakcji ze stężonym amoniakiem w celu wytrącenia trijodku azotu (NI₃). Potem ja₃jest następnie odfiltrowywany. Po wyschnięciu mieszanina jest tak niestabilny, że przy najmniejszym kontakcie rozkłada się na azot i jod pary, wytwarzając bardzo głośny „trzask” i chmurę fioletowych oparów jodu.

Trudność: Łatwo

Wymagany czas: Minuty

Materiały

Do tego projektu potrzeba tylko kilku materiałów. Dwa kluczowe składniki to stały jod i stężony roztwór amoniaku. Pozostałe materiały służą do przygotowania i wykonania pokazu.

• do 1 g jodu (nie używać więcej)
• stężony wodny amoniak (0,880 S.G.)
• papier filtracyjny lub ręcznik papierowy
• stojak na pierścionek (opcjonalnie)
• piórko przyczepione do długiego kija

Jak wykonać demonstrację trijodku azotu?

1. Pierwszym krokiem jest przygotowanie NI₃. Jedną z metod jest po prostu wlanie do 1 grama kryształków jodu do małej objętości stężonego wodnego amoniaku, pozostawienie zawartości na 5 minut, a następnie wylanie płynu na bibułę filtracyjną, aby zebrać NI₃, który będzie ciemnobrązowym/czarnym ciałem stałym. Jednakże, jeśli wcześniej zmielisz wcześniej odważony jod za pomocą moździerza/tłuczka, będzie dostępna większa powierzchnia, aby jod przereagował z amoniakiem, dając znacznie większą wydajność.
2. Reakcja wytwarzania trijodku azotu z jodu i amoniaku to:
   3I_dwa+ NH₃→ JEST₃+ 3HI
3. Chcesz uniknąć obsługi NI₃w ogóle, więc moim zaleceniem byłoby zorganizowanie demonstracji przed wylaniem amoniaku. Tradycyjnie w demonstracji używa się stojaka pierścieniowego, na którym znajduje się mokra bibuła filtracyjna z NI₃jest umieszczony z drugą bibułą filtracyjną z wilgotnego NI₃siedząc nad pierwszym. The siła reakcji rozkładu na jednym papierze spowoduje rozkład również na drugim papierze.
4. Dla optymalnego bezpieczeństwa ustaw stojak pierścieniowy z bibułą filtracyjną i wylej przereagowany roztwór na bibułę, w której ma nastąpić demonstracja. Preferowaną lokalizacją jest dygestorium. Miejsce demonstracji powinno być wolne od ruchu i wibracji. Rozkład jest wrażliwy na dotyk i zostanie aktywowany przez najmniejsze wibracje.
5. Aby aktywować rozkład, połaskocz suchy NI₃solidny z piórkiem przymocowanym do długiego patyczka. Miernik to dobry wybór (nie używaj niczego krótszego). Rozkład następuje zgodnie z tą reakcją:
   2NI₃(s) → N_dwa(g) + 3I_dwa(g)
6. W najprostszej formie demonstracja polega na wylaniu wilgotnego ciała stałego na papierowy ręcznik w dygestorium , pozostawiając go do wyschnięcia i aktywując go za pomocą miernika.

Cząsteczka trijodku azotu nie jest bardzo stabilna. LAGUNA DESIGN / Getty Images

Wskazówki i bezpieczeństwo

1. Uwaga: Ta demonstracja powinna być przeprowadzana wyłącznie przez instruktora, z zachowaniem odpowiednich środków ostrożności. mokry NI₃jest bardziej stabilny niż sucha mieszanka, ale nadal należy obchodzić się z nią ostrożnie. Jod zabarwi ubrania i powierzchnie na fioletowo lub pomarańczowo. Plamę można usunąć za pomocą roztworu tiosiarczanu sodu. Zaleca się ochronę oczu i uszu. Jod działa drażniąco na drogi oddechowe i oczy; reakcja rozkładu jest głośny.
2. W₃w amoniaku jest bardzo stabilny i może być transportowany, jeśli demonstracja ma być przeprowadzona w odległym miejscu.
3. Jak to działa: NI₃jest wysoce niestabilny ze względu na różnicę wielkości między atomami azotu i jodu. Nie ma wystarczająco dużo miejsca wokół centralnego azotu, aby go utrzymać atomy jodu stabilny. Wiązania między jądrami są pod wpływem stresu i dlatego są osłabione. Zewnętrzne elektrony atomów jodu są wciskane w bliskie sąsiedztwo, co zwiększa niestabilność cząsteczki.
4. Ilość energii uwolnionej po detonacji NI₃przekracza wymaganą do utworzenia związku, co jest definicją wysokiej wydajnościmateriał wybuchowy.

Źródła

• Ford, LA; Grundmeier, EW (1993). Magia chemiczna ... Dover. p. 76. ISBN 0-486-67628-5.
• Holleman, AF; Wiberg, E. (2001). Chemia nieorganiczna ... San Diego: prasa akademicka. ISBN 0-12-352651-5
• Silverrad, O. (1905). „Konstytucja trijodku azotu”. Journal of the Chemical Society, Transactions . 87: 55–66. doi: 10.1039/CT9058700055
• Tornieporth-Oetting, I.; Klapötke, T. (1990). „Trijdek azotu”. Chemia Stosowana Wydanie Międzynarodowe . 29 (6): 677–679. doi: 10.1002/any.199006771