Bindungsenergie und Reaktionsenergie¶

• Raum wird verdunktelt
• Ankünden: Sobald die Böllerbüchs "es sagt" (mit der Zunehmenden Dichte sinkt der Ton, man hört gut, wann es etwa zur Explosion kommen wird), Mund leicht öffnen und Ohren zu, damit im Ohr sicher kein Schaden
• Böllerbüchs wird mit dem kleinen Loch nach oben auf das Stativ mit Tondreiek gelegt, so dass das Tondreieck sich bei der Explosion verformt und einen Teil der Enerie aufnimmt. Dadurch fliegt die Böllerbüchs nicht so hoch. Falls die Büchs so hoch fliegen darf, wie sie will, lagert man sie schräg auf einen Rand oder hebt sie leicht an, damit unten Luft einströmen kann.
• das kleine Loch wird mit dem Gummistopfen abgedeckt
• durch das grössere Loch im Plastic-Deckel gibt man Wasserstoffgas in die Büchs. Die SuS sollen still sein, damit sie hören, wie die Tonhöhe des Rauschens anzeigt, wann die Büchs voll ist. (sobald das Rauschen beim Einfüllen nicht mehr höher wird)
• Zum Schluss mit ganz schwachem Strahl füllen, damit keine Wirbel Luft hinein ziehen.Unvollständig gefüllte Büchsen können beim Anzünden explodieren.
• Wasserstoff sicher abgestellt und zur Seite gestellt
• Gummistopfen enfernen und Gas oben anzünden. In verdunkeltem Raum wird eine kleine Flamme sichtbar.

• Zuhören, wie ein Ton kommt und immer tiefer wird. Sobald das Absinken schnell wird, Ohren zu. Man hört akustisch, wann die Büchse etwa voll ist (Rauschen wird nicht mehr höher). Sobald dies eintritt, mit kleinem Gasstrom einige Sekunden weiter befüllen, damit nicht Wirbel wieder Luft in die Büchse saugen.

• Knallgasreaktion: Excel-Datei mit Lösung und stöchiometrischer Berechnung

• Knallgasreaktion zu flüssigem Wasser: Excel-Datei mit Lösung und stöchiometrischer Berechnung

• Apparatur mit Methan spülen. Sie soll keinen Sauerstoff mehr enthalten.
• bei strömendem Gas das Methan oben am Rohr anzünden.
• Gaszufuhr abstellen.
• Die Flamme wird kleiner, schlüpft ins Rohr, sinkt als leuchtende Kugel im Rohr nach unten, zuunterst verpufft das verbleibende Methan mit heulendem Ton.

Riesige Methan-Explosion Video Die Woulffe'sche flasche wird

Verbrennung von Methan: Excel-Datei mit Lösung und stöchiometrischer Berechnung

• Chlor- und Wasserstoffgas im Dunkeln mischen. Falls Variante mit Zylindern: nach jedem Kippen sehr lange warten.
• Glaszylinder dürfen niemals auf die Kunstoffseit gestellt werdne. Einen der Zylinder an einen dunklen Ort wegpacken
• Zünden: untersuchen, mit welcheer WEllenlänge sich das Gemsich zünden lässt, beginnend bei rot

• falls UV nicht reicht: grosse UV-Taschenlampe, Fotoblitz, oder mit Streichholz zünden.

• Photonenenergie (eV, kJ/mol) vergleichen mit Bindungsenthalpie. Reicht sie, um die Bindung zu zerreissen? Spielt es eine Rolle, dass das Gas gelb ist (Verschluckt blau bis violett gut, kann also absorbieren)

• Chlorknallgas: Excel-Datei mit Lösung und stöchiometrischer Berechnung

Der Ammoniak wird zum Iod hinzgefügt und die Probe 5 Minuten im Abzug verrührt Probe wird abgenutscht und gut mit Wasser gespült und zur Trocknung einige Minuten weiter genutscht. Das noch feuchte Produkt wird zügig vom Filterpapier gekratzt und zur Trocknung auf einem grossen Filterpapier verstrichen und dann wieder zusammengekrazt und auf 2-3 Portionen auf verschiedenen Filterpapieren aufgeteilt. Diese Filterpapiere liegen in einer Wanne. Ca. 40 Minuten trocknen lassen. Vor dem scharfen Knall warnen: kann bei normalhörenden Pfeifen verursachen. Zünden, indem man mit einer Feder über die Probe streicht.

Das Problem: lässt man das NI₃ nicht vollständig trocknen, so explodiert nur ein Teil. Der Rest wird im Schulzimmer umhergeschleudert, trocknet und explodiert später. Die Explosion ist so heftig, dass die Unterlage beschädigt werden kann (Delle in Metallblech!). Bei jeder Explosion entsteht etwas Iod, welches Glasplatten und Silikondichtungen hässlich braun färbt. Dieses Iod sublimiert jedoch mit der Zeit, nach Tagen bis Wochen ist es weg.

Tatsächlich scheint eher ein NI₃·NH₃-Addukt vorzuliegen (oder ausgedehntere Feststoffe)

Weshalb ist NI₃ instabil?

Die Iod-Atome sind so gross, dass sie sich gegenseitig in die Quere kommen. Die Bindungen sind also zu lange und verbogen, damit sich das Molekül überhaupt bilden kann. Gestreckte und verbogene Bindungen sind aber bereits teilweise gebrochen, das vollständige Spalten benötigt also weniger Energie.

Weshalb lässt es sich dennoch herstellen?

Weder I₂ noch NH₃ sind sonderlich instabil: weder das eine noch das andere wird jemals detonieren. Wie aber ist es möglich, aus zwei stabilen Edukten ein instabiles Produkt herzustellen? Im Energiediagramm muss es dabei doch bergauf gehen, und bergauf gehen Reaktionen nicht freiwillig. Der Trick ist: gleichzeitig mit NI₃ entsteht das extrem stabile Produkt NH₄I:

3 I₂ + 4 NH₃ → 3NH₄I + NI₃

Die Entstehung von Ammoniumiodid und Stickstoffiodid sind aneinander gekoppelt: das eine kann nur entstehen, wenn dabei auch das andere entsteht. Ammoniumiodid ist so stabil, das seine Entstehung energetisch sehr günstig ist. Günstiger, als die Entstehung von NI₃ ungünstig ist. Die Entsteheung von Ammoniumiodid zieht somit die Reaktion über den Berg und bringt sie zum Ablaufen. Analog in der Biologie: Damit Zellen Reaktionen ablaufen lassen können, die energetisch ungünstig sind, koppeln sie sie an die sehr günstige Reaktion der Hydrolyse von ATP, welche die gekoppelte Reakton "über dne Berg zieht".