Proef 77-A   Knalkoper.

november 2013

Benodigde chemicaliën en spullen:

Proef77d.jpg
Enige gebruikte materialen.
Ged. water (H2O):ca 25 mL
Ammonia 12% (NH3 (aq) ):3 mL
Calciumcarbide (CaC2):15 gram
Koper(II)sulfaat (CuSO4·5H2O):1,0 gram
Natriumsulfiet (Na2SO3):0,5 gram
Trechter, filtreerpapier, keukenpapier.
Statief met klemmen, bekerglaasje, druppelpipet.
Scheitrechter, kolf, grote reageerbuis, stop, hoekbuisjes, verbindingsslangetje.
zie ook proef 77.

Voorbereiding:

Bouw de opstelling zoals in proef 77.
Los in de grote reageerbuis 1 gram kopersulfaat op in 5 mL ged. water. Los in een andere reageerbuis ½ gram natriumsulfiet op in 5 mL ged. water. Schenk dit bij de kopersulfaatoplossing. Er ontstaat een groen neerslag. Doe wat ammonia in een bekerglaasje en druppel ammonia bij de oplossing. Die wordt geleidelijk donkerder en blauw. Doe regelmatig een stop op de reageerbuis en schud goed om. Druppel verder totdat de oplossing helder donkerblauw is. Klem nu de reageerbuis in de opstelling.
Doe een brokje calciumcarbide (carbid) in de droge kolf, en vul tenslotte de schei- of druppeltrechter met kraanwater. Verbind met buisjes en slangetjes het glaswerk met elkaar volgens het constructie­plaatje. Het is vooral belangrijk dat de kurk op de kolf met carbid erg goed sluit. Alles zit nu met klemmen vast.
Overtuig je ervan dat er geen vuur in de buurt is. Doe de proef liefst buiten, want het carbid is zelden zo zuiver dat er geen sporen ander gas mee ontstaan.

Proef77e.jpg
Koper(I)tetramine
vóór de reactie.
Proef77f.jpg
Uitgezakt
knalkoper.
 
Uitvoering van de proef:

Laat wat water bij het carbid komen door de kraan van de trechter een beetje te openen. Er ontwikkelt zich een gas dat in de blauwe oplossing wordt geleid. De oplossing wordt troebel door de vorming van een rood neerslag.
Als de gasontwikkeling minder wordt, laat dan weer wat water toe in de kolf met carbid. Zodra er geen ethyn meer ontstaat bij toevoegen van water, neem je de reageerbuis met het neerslag weg. De troebele inhoud ervan wordt daarna gefiltreerd. In het filter blijft het neerslag achter. Als al het neerslag in het filter zit, spoel je nog twee keer na met wat ged. water. Het natte filter vouw je daarna uit.
Je hebt nu van 1 gram kopersulfaat ongeveer 0,3 gram kopercarbide gemaakt. Probeer dit te verdelen in ca. 6 hoopjes. Die bevatten dan elk ca. 50 mg product, en dat is voldoende voor een flinke knal straks.
De hoopjes komen op losse stukjes vloei- of keukenpapier te liggen, op afstand van elkaar. Laat rustig drogen. Als je met een hamer op een droog hoopje slaat, ontploft het knalkoper.

Verklaring:

In de reageerbuis ontstaat aanvankelijk het matig oplosbare geelgroene koper(I)sulfaat volgens:

2 CuSO4 + Na2SO3 + H2O → Cu2SO4 + Na2SO4 + H2SO4
Ammoniak (een base) neutraliseert het zwavelzuur en vormt als tussenproduct koper(I)hydroxide:
OH¯ + Cu+ → CuOH (s)
Verder bijdruppelen van ammonia laat het blauwe, oplosbare koper(I)tetraminecomplex ontstaan:
Cu+ + 4 NH3 → [(NH3)4·Cu]+
Het gas dat ontwikkeld wordt in de kolf met carbid, is het zeer brandbare ethyn (H-C≡C-H) dat vroeger acetyleen genoemd werd, volgens de reactie:
CaC2(s) + 2 H2O(l) → Ca(OH)2(s) + C2H2(g)
In de reageerbuis reageert ethyn met koper(I)tetramine:
2 (NH3)4·CuOH + 6 H2O + C2H2 Cu2C2 (s) + 8 NH4OH

  Proef77g.jpg
Ethyn wordt door tetramine geleid.
Dit kopercarbide (Cu-C≡C-Cu) is wat minder explosief dan zilvercarbide, maar is nog steeds gemakkelijk tot interne, explosieve ontleding te brengen door vuur of door een slag.
Blootgesteld - ook vochtig - aan lucht oxideert de stof geleidelijk tot onder andere rood koper(I)­oxide dat op zijn beurt verder geoxideerd wordt tot zwart koper(II)­oxide. Daardoor is de stof niet gemakkelijk te bewaren.
Meer dan 50 milligram tegelijk laten knallen is flink gevaarlijk! Als explosief voor vuurwerk is deze stof totaal ongeschikt wegens zijn instabiliteit.
De naam koper(I)acetylide is eigenlijk gangbaarder en juister dan kopercarbide. Immers, ethyn is een (di)zuur, diwaterstofacetylide dus, en de zouten hebben dienovereenkomstige namen.

Na afloop van de proef:

Uiteraard dien je zeer voorzichtig te zijn. De gebruikte spullen zoals kolven, buisjes en trechters die in aanraking zijn geweest met het kopercarbide, moeten goed gereinigd worden.
Restanten gaan het beste als chemisch afval van zware metalen naar de milieustraat.