Proef 08 Vuur aansteken met water. |
april 2012
|
Benodigde chemicaliën en spullen: |
Het kleine potje met het mengsel op de weegschaal.
| |
Water (H2O): | 1 (één) druppeltje | |
Ammoniumnitraat (NH4NO3): | 4 gram | |
Ammoniumchloride (NH4Cl): | ½ gram | |
Bariumnitraat (Ba(NO3)2): | 1 gram | |
of strontiumnitraat (Sr(NO3)2): | 1 gram | |
Zinkpoeder (Zn): | 4 gram | |
Klein glazen potje: | bijv. 30 mL | |
Grote glazen pot: | bijv. 300 mL | |
Gebruik een veiligheidsbril en -handschoenen, zoals altijd als er vuur in het spel is. | ||
Voorbereiding: |
De grote pot na de proef. |
Verklaring:
Er lost wat ammoniumchloride op en daardoor ontstaan vrije chloride-ionen die als katalysator werken voor de
buitengewoon exotherme, heftige reactie: Zn + NH4NO3 →
ZnO + N2 + 2 H2O
Het bariumnitraat zorgt voor de groene kleuring. Zou je daarvoor in de plaats strontiumnitraat gebruiken,
dan is het vuur rood.
Na afloop van de proef: De restanten kunnen als gewoon anorganisch chemisch afval bij de milieustraat worden ingeleverd. |
Nadere beschouwingen van de M.S.
Zink is een reductor. Nitraat is vooral in zuur milieu een sterke oxidator. Geïoniseerd
NH4NO3 zou voor dat zure milieu kunnen zorgen want NH4+ is een
zwak zuur. Zie Binas, tabel 49.
Maar er is geen water, dus er zijn ook geen vrije ionen aanvankelijk.
Komt er echter een beetje water bij dan kan het zink met water gaan reageren, en dan kan de rest van de reactie ook van start. En er ontstaat meer water. Eens kijken wat een pragmatische benadering voor een resultaat oplevert. Je past op de begin- en de overeenkomende eindproducten klakkeloos de zogeheten COHe¯-regels (zie Proef 31) toe. Je telt de zo verkregen halfvergelijkingen op en streept gelijke formules vóór en achter de pijl tegen elkaar weg. Kijk wat je dan krijgt:
Zn gaat van 0 naar 2+ d.w.z het oxidatiegetal stijgt: zink wordt geoxideerd; het is een reductor. Okay. Met het oxidatiegetal van stikstof (N) gaat het gekker: in NH4+ is het oxidatiegetal van stikstof 3- en in NO3¯ is het 5+ en ze gaan beide naar 0 in N2. N is hier dus zowel oxidator als reductor! Dat betekent dat in NH4NO3 een autoredoxreactie kan plaatsvinden: NH4NO3 reageert onder bepaalde omstandigheden inderdaad met zichzelf. Dit was de oorzaak van de explosie met 15 doden van een kunstmestfabriek in Texas in april 2013. En in 1947, ook in Texas, vielen er 600 doden bij het ergste industriële ongeluk in de VS ooit: de ontploffing van twee schepen geladen met ammoniumnitraat. Het kan dus goed zijn dat Zn een beginnetje maakt met de explosie en dat deze verder alleen zelf doorgaat. Veel terroristen maken gebruik van een mengsel van ammoniumnitraat en een reductor. Maar de massaverhouding zink : ammoniumnitraat is duidelijk niet een beetje Zn en heel veel NH4NO3, maar 1 : 1. De molverhoudig in de reactievergelijking is ook 1 : 1. Uit tabel 99 en 98 van Binas volgt dan een massaverhouding van Zn : NH4NO3 = 80,04 : 65,38. Er had dus 20% meer zink moeten zijn dan ammoniumnitraat indien zink steeds mee zou doen in de reactie. Dus gaat inderdaad 20% van het NH4NO3 uit zichzelf de lucht in: NH4NO3 → N2 + 2 H2O + O2.
En het is waarschijnlijk dat een deel van de stikstof en zuurstof vrijkomt als
stikstofoxiden, die deels bruin zijn. Zonder vlamkleurders zal de rook daarom wat bruin zijn, zoals je ook ziet
als schepen hun kanons afvuren. Maar door barium (zeer giftig! Zie tabel 97A) en strontium is de kleur resp.
geelgroen en wijnrood. (Binas, tabel 65A). Veiligere en goedkopere vlamkleurders zijn keukenzout (oranjegeel)
en calciumchloride (steenrood). Daarmee is het NH4Cl als chloride-ionenleverancier ook overbodig.
Overigens is er door de vlamkleurders (nitraten) en het ammoniumchloride ook nog extra ammoniumnitraat
binnengesmokkeld waardoor het verhaal van het op zichzelf doorreageren van de overmaat ammoniumnitraat
versterkt wordt.
|