Proef 77 Knalzilver: rijkeluisvuurwerk. |
november 2013
|
Benodigde chemicaliën en spullen: |
Opstelling in het huislab. |
![]() Alternatieve opstelling met 3 erlenmeyers.
| |
Ged. water (H2O): | ca 50 mL | ||
Ammonia 12% (NH3 (aq) ): | 5 mL | ||
Calciumcarbide (CaC2): | 15 gram | ||
Zilvernitraat (AgNO3): | 1 gram | ||
Zuiver zand (SiO2): | 3 gram | ||
Trechter, filtreerpapier, keukenpapier. | |||
Statief met klemmen, bekerglaasje, druppelpipet. | |||
En verder: Ofwel zie foto rechts: scheitrechter, kolf, grote reageerbuis, stop, hoekbuisjes, verbindingsslangetje. | |||
Ofwel zie tekening uiterst rechts: 3 erlenmeyers, dubbel doorboorde stoppen, diverse lange en korte buisjes, slangetjes, Mohr's slangklem enz. | |||
Voorbereiding: | |||
Bouw de opstelling zoals op de foto; of maak een opstelling zoals op de tekening;
of maak een combinatie, afhankelijk van je beschikbare glaswerk. Los in de grote reageerbuis (of erlenmeyer van 50 mL) het zilvernitraat op in 15 mL ged. water. Doe wat ammonia in een bekerglaasje en druppel ammonia bij de oplossing. Die wordt aanvankelijk troebel en grauw. Kwispel voortdurend. Druppel verder totdat de oplossing weer helder is. Klem nu de reageerbuis in de opstelling. Doe een brokje calciumcarbide (carbid) in de droge kolf, en vul tenslotte een schei- of druppeltrechter met kraanwater. Verbind met buisjes en slangetjes het glaswerk met elkaar volgens de foto en/of tekening. Het is vooral belangrijk dat de stop op de kolf met carbid erg goed sluit. Zet alles 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, minder prettig ruikend en/of giftig gas mee ontstaan. |
Zilvercarbide affiltreren. |
Verklaring: Het gas dat ontstaat 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 onderste erlenmeyer c.q. de reageerbuis reageert ethyn met zilverionen volgens:
2 Ag+(aq) + C2H2(g) →
2 H+(aq) + Ag2C2(s)
Aan dit zilvercarbidemolecuul (Ag-C≡C-Ag) koppelt zich nog een zilvernitraatmolecuul zodat een
ietwat stabieler complex ontstaat:
Ag+(aq) + NO3¯(aq) +
Ag2C2(s) →
Ag2C2·AgNO3(s)
Dit is het knalzilver. Deze "genitreerde" versie van zilvercarbide draagt aldus zelf een oxidator in zich die
helpt bij de explosieve ontleding.Zolang de vaste stof nat is, zal deze niet gemakkelijk ontleden. Maar eenmaal gedroogd is een kleine toename in temperatuur al voldoende om de interne verbranding in gang te zetten. Dit vindt plaats met nauwelijks vuur en rook, maar wel met een bijzonder harde knal. Pas dus op voor je oren. Meer dan 25 milligram tegelijk laten knallen is al flink gevaarlijk! Het mengen met zand is gedaan opdat het zilvercarbide iets meer verspreid wordt en daardoor minder snel spontaan zal ontploffen. |
Uiteraard dien je zeer voorzichtig te zijn. De gebruikte spullen zoals kolven, buisjes en trechters die in
aanraking zijn geweest met het zilvercarbide, moeten buitengewoon goed gereinigd worden.
Achtergebleven restjes, hoe klein ook, kunnen later nog tot explosies leiden.
Voor het maken van knalvuurwerk is dit recept alleen geschikt voor ongelooflijk rijke lieden. Het is erg duur door
het zilver(nitraat) dat ervoor nodig is.
Alles kan verder door de gootsteen.
Naschrift:
Nadere beschouwingen van de M.S.Bij bovenstaande reactievergelijkingen1) Je kunt water als een uiterst zwak zuur zien en C22¯ als uiterst sterke base, want ethyn is een (uiterst) zwak zuur. Een H+ per watermolecule gaat naar C22¯ en vormt ethyn. De van water overblijvende OH¯ hecht zich met een neerslagreactie aan Ca2+.2) Bij de explosieve ontleding van zilvercarbide zelf ontstaan Ag en C; dus geen gassen. Bij die van het "genitreerde" zilvercarbide zijn dat o.a. Ag, N2 en CO2 dus wèl gassen. Daardoor kan de explosie luidruchtiger zijn of lijken. Zilvernitraat met ammonia troebel en helderDe zilverionen slaan in eerste instantie neer met de OH¯-ionen van de basische ammonia:Ag+ (aq) + OH¯(aq) → AgOH (s)
Zilverhydroxide (AgOH) is instabiel en reageert normaliter verder door tot zilveroxide, maar nu wordt het door ammoniak
gecomplexeerd (zie Binas, tabel 47) zodra de concentratie daarvan hoog genoeg is. Daardoor lost AgOH weer op
vóór het doorreageert tot zilveroxide (Ag2O):
AgOH (s) + 2 NH3 (aq) → [Ag(NH3)2]+ (aq) + OH¯ (aq)
Het zilver heeft ruimte vrij in de buitenste schil waar de vrije elektronenparen van de beide NH3-moleculen
hun plaats kunnen vinden en een datieve (d.i. "gevende") covalente binding vormen: beide elektronen zijn van NH3 afkomstig,
terwijl in een normale covalente binding zoals bijvoorbeeld in H-H, één elektron komt van het ene H-atoom en één van
het andere H-atoom.
Ethyn zonder meer is geen ligand. Van de vier elektronen van elk van beide C-atomen worden er drie gebruikt voor de binding met het andere C-atoom en één voor elk H-atoom. Deze gaan eraf in de vorm van H+-ionen. Hierdoor blijven er twee vrije elektronenparen achter. Het ontstane ethynion is dus wel een ligand. De O-atomen van AgNO3 zijn ook liganden: O heeft 6 elektronen; drie O-atomen en een N-atoom en het extra elektron voor de negatieve lading hebben samen 18 + 5 + 1 = 24 elektronen; dus 12 paren waarvan er 5 voor de twee dubbele en de ene enkele binding in NO3¯ gebruikt worden. Dus zijn er 7 vrije elektronenparen over voor de complexvorming met de in totaal drie zilverionen. De concentratie van een vaste stofDe concentratie van een vaste stof is constant. En die van een vloeistof in zichzelf ook. Neem water. Een liter water is 1000 : 18,02 = 55,49 mol. De concentratie van water in water is dus altijd 55,49 mol/L. Het lukt niet om water samen te persen (nou ja misschien op de bodem van de oceaan wel) en het dus geconcentreerder te maken. Door te verhitten zet water iets uit en wordt de [H2O] (concentratie) in water iets kleiner. In waterdamp is de concentratie natuurlijk wel veel kleiner. En in vochtige lucht nog kleiner.Een vaste stof kun je evenmin samenpersen of (sterk) uit laten zetten. Pas opgelost in een vloeistof kan de concentratie van de vaste stof klein worden. Ook water opgelost in alcohol kan tot een lage waterconcentratie leiden. Vaste stoffen kunnen wel een groter (buiten)oppervlak krijgen door ze bijvoorbeeld te verpoederen. Reacties met een poeder gaan sneller door hun grote raakoppervlak. Gemengd met een andere, inerte, vaste stof als zand hebben de korreltjes onderling echter minder contact. |