Experimente der "Explosions-Gruppe"

Am Anfang  des Kurses wird der Abzug von der Explosionsgruppe benötigt. Sie stellt dort zunächst Schießbaumwolle her. Sie sollte diese Herstellung und die Präsentation der Schießbaumwolle vor der Klasse so weit im Griff haben, dass das vorführbar ist.

Dann muss im Abzug die Kunststoffgruppe arbeiten.

Die Explosions-Gruppe kann nun außerhalb des Abzugs das feuchte Sprengsilber herstellen. Ihr Arbeitsplatz muss dabei zwei Meter Abstand von sonstigen Arbeitsplätzen haben. Zwei der im Voraus hergestellten Proben mit feuchtem Sprengsilber werden im Waschbecken des Vorbereitungsraums aufbewahrt, also nicht in dem Raum, in dem sich die Klasse aufhält. Eine Probe wird auf Filterpapier in ein separates Waschbecken mit Warnschild gegeben.
Die Herstellung von wenig Sprengsilber wird dann bei Gelegenheit der Klasse nochmals gezeigt. Dieses Sprengsilber wird gemeinsam mit einer vorher erstellten Probe durch Erhitzen gesprengt.

1. Die Herstellung der Schießbaumwolle muss im Abzug stattfinden, und im Abzug muss eine Auffangwanne stehen. Grund ist die Herstellung und Verwendung von Nitriersäure: Das Zeug zernagt Finger...

In der Versuchsbeschreibung im Internet http://www.experimentalchemie.de/versuch-010.htm ist an einer Stelle ungenau: Das Kühlen des Becherglases, in dem Nitriersäure hergestellt wird, ist nicht näher erläutert. Da muss ein kleineres Becherglas im Abzug stehen, in dem die Nitriersäure hergestellt wird, und um dieses herum eine größere Glaswanne, die Wasser enthält, das mit Eiswürfeln durchsetzt ist.

Nach der Herstellung der Schießbaumwolle lassen wir einige Stunden Zeit verstreichen, in der die feuchte Schießbaumwolle in einem Nebenraum trocknet. Die Gruppe beginnt also bald mit der Herstellung im Abzug (den später die Kunststoff-Gruppe auch noch braucht), und führt den Zündversuch der Schießbaumwolle erst am Schluss vor.

Ziel:
In diesem Versuch wird Schießbaumwolle hergestellt. Zündet man sie an, verbrennt sie innerhalb eines Sekundenbruchteiles mit gleißender Flamme.

Geräte:
Waage, Messzylinder, Wanne mit darin stehendem Becherglas, Glasstab

Chemikalien:
Etwas gestoßenes Eis, 20 ml konz. Schwefelsäure, 17 ml rauchende Salpetersäure, 1.5 g Watte (aus 100%iger Baumwolle)

Sicherheitshinweise:
Achtung: Die Herstellung der Schießbaumwolle muss im Abzug erfolgen.
Konzentrierte Schwefelsäure und konzentrierte Salpetersäure sind sehr stark ätzende und oxidierende Säuren. Das Mischen der Säuren verläuft unter starker Wärmeentwicklung und teilweiser Freisetzung von nitrosen Gasen. Das Produkt Nitrocellulose (Schießbaumwolle) ist äußerst leicht entzündlich und explodiert, wenn man es räumlich beengt. Das Tragen einer Schutzbrille und von Gummihandschuhen ist unbedingt erforderlich. Die Herstellung der Nitriersäure und das Eintragen der Watte muss in einem gut ziehenden Abzug erfolgen.

Versuchsanleitung:
Es wird zunächst in dem Becherglas unter Eiskühlung Nitriersäure durch vorsichtiges Zutropfen von konz. Schwefelsäure in konz. Salpetersäure dargestellt. Dabei ist darauf zu achten, dass die Temperatur nicht zu stark ansteigt.

Die Watte wird ca. 10 min lang mit Hilfe des Glasstabes in der zuvor dargestellten Nitriersäure geknetet, mit Wasser gewaschen und ausgewrungen. Anschließend wird die Watte locker gezupft und während mehrer Stunden an einer Stelle mit guter Lüftung getrocknet. Dies kann eine Ecke des laufenden Abzugs sein, oder ein separates Zimmer, in dem ein Fenster geöffnet ist.

Die so präparierte Schießbaumwolle wird in kleinen Teilen (nicht mehr als ca. 20 mg) bei einem "Freiwilligen" auf die geöffnete Handfläche gelegt und angezündet: Die nitrierte Baumwolle verbrennt mit einem Mal.

... ja, das Verbrennen auf der Hand ist die eine Show:  http://youtu.be/Nbt057a8Zzc   Man kann auch eine halbmeterlange Zündschnur aus Schießbaumwolle zu einer Figur auf den Lehrertisch legen und anzünden: http://youtu.be/ycoKCLYsX4s . Da sollte der Raum nicht hell sein.

Entsorgung:
Das Gemisch aus konz. Schwefelsäure und konz. Salpetersäure (Nitriersäure) kann stark verdünnt ins Abwasser gegeben werden.

... Nitriersäure verdünnt ins Abwasser? Ich staune! Meiner Ansicht nach sollten wir unter Kühlung die Säure mit Natronlauge zu neutralisieren versuchen. Das wird ein Lehrerversuch vor Beginn des Aufräumens im Abzug. Warum Lehrerversuch? Die Nitriersäure kann dabei spritzen.

Erklärung / Hintergrund:
Die nitrierte Baumwolle verbrennt blitzschnell, da bei der exothermen Verbrennung große Mengen an Gasen entstehen (N2, NOx , CO und CO2), die durch ihre zusätzliche Triebkraft die Reaktion beschleunigen. Daher sind mehrfach nitrierte Verbindungen im Allgemeinen gegenüber Verbrennung oder teilweise auch Erschütterungen instabiler, wie man an Nitroglycerin sehen kann.

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2. Sprengsilber = Silberacetylid ist ein Stoff, den es trocken gar nicht geben kann. Sobald er genug getrocknet ist, explodiert er bei Zimmertemperatur von selbst. Man stellt ihn also in wässriger Umgebung her, fängt ihn aus dem Wasser in einem Filterpapier auf und wartet ein paar Stunden...

Der Grundstoff des Sprengsilbers ist einerseits Ethingas, andererseits ein Silbersalz. Das Ethingas haben wir schon in der ersten Gruppe aus Cacliumcarbid und Wasser hergestellt. Diese Reaktion wagen wir in vereinfachter Form nochmals. Diesmal darf kein Zündfunke in der Nähe sein.

Dass die "Expolisonsgruppe" durchgehend Schutzbrille trägt, beim Hantieren mit Schießbaumwolle und Sprengsilber ab deren Herstellung auch Schutzhandschuhe, und weiße Kittel ohne wertvolle Kleidung darunter, ist selbstverständlich.

Verwendung

Durch die Empfindlichkeit und Zersetzlichkeit beim Lagern erfolgt keine technische Anwendung.

Herstellung im Labormaßstab

Zur Herstellung im Labormaßstab macht man sich die geringe Löslichkeit von Silberacetylid in Wasser zunutze: Wenn gasförmiges Ethin in eine wässrige Lösung eines gut löslichen Silbersalzes eingeleitet wird, fällt Silberacetylid als farbloser bis grauer Niederschlag aus.[5] Dieser kann abfiltriert und vorsichtig getrocknet werden. Dabei ist mit äußerster Vorsicht vorzugehen, da Silberacetylid zu unkontrollierter Zersetzung (Explosion) neigt. Die Herstellung gelingt besser, wenn Ethin in eine ammoniakalische Silbersalzlösung eingeleitet wird, da Ammoniak formal die Protonen des Ethins bindet. Silberacetylid fällt dann in großer Menge aus.

Wikipedia sagt zu Sprengsilber:  http://de.wikipedia.org/wiki/Silberacetylid

Bei Youtube wird es gezündet durch Hämmern   http://youtu.be/cYRJ8X6NynQ   und Heizen  http://youtu.be/MVLmCVJ2OzI

Dann gibt es noch einen Film, der die Herstellung zeigt:

Ein Erlenmeyerkolben wird mit ca. 2 cm Wasser gefüllt. Darauf wird später ein durchbohrter Stopfen mit Schlauch gesteckt. Der Schlauch führt tief in einen  Meßzylinder (den sollten wir mit einem Stativ vor dem Umfallen sichern).

Im Messzylinder ist eine Lösung von Silbernitrat, mit wenig Ammoniaklösung dabei.  Ein Trichter mit Filterpapier und ein weiterer Erlenmeyerkolben liegen bereit.

Nun werfen wir etwas Calcumcarbid in das Wasser des Erlenmeyerkolbens und geben den Stopfen sofort darauf. Ethingas sollte heftig entstehen und durch die Silbernitratlösung im Messzylinder sprudeln. Dort sollte ein grauer Niederschlag entstehen.

Wenn alles Cacliumcarbid in das Wasser des Erlenmeyerkolbens hinein reagiert hat und kaum noch Gasblasen aufsteigen, stellen wir den Erlenmeyerkolben in einen Nebenraum mit evtl. offenem Fenster. Wir lassen ihn dort ausreagieren - es darf kein explosives Gasgemisch mehr entstehen - und können das Ergebnis - Calciumhydroxid - ins Abwasser geben.

Nun wird der Inhalt des Messzylinders - Niederschlag und Lösung - durch das Filterpapier in den zweiten Erlenmeyerkolben gegossen. Der Niederschlag verbleibt im Filterpapier. Man kann den Messzylinder nochmals mit Wasser füllen und schütteln und so allen Niederschlag einsammeln. Beim Durch-Gießen durch den Filter wird dann auch gleich der Niederschlag mit Wasser gereinigt. Die weiteren Reinigungsschritte im Video - mit Alkohol und Aceton - sind wohl nötig, weil im Video auch noch Nitriersäure in den Messzylinder gegeben wurde. Darauf verzichten wir.

Das Filterpapier mit hoffentlich nicht zu viel feuchtem Sprengsilber - schon Millimeterklümpchen knallen ordentlich - wird in drei Portionen verteilt.
Eine Portion Sprengsilber lassen wir im Filter im Trichter drin. Den Trichter stellen wir in einen kleinen Reagenzglasständer.. Diese Portion lassen wir in einem eigenen Waschbecken trocknen, bis sie dort von selber knallt. Hier ist ein großes Schild anzufertigen: Abstand zum Waschbecken halten! Hier trocknet Sprengsilber.

Eine zweite Portion lassen wir wie die erste Portion auf einem Rundfilter trocknen. Den Rundfilter lassen wir aber flach und ungefaltet. Wir formen ein etwa erbsengroßes Stück mitten auf dem Rundfilter und legen das auch auf den Reagenzglasständer, neben den Trichter. Nach einigen Stunden wird das Silberacetylid im Trichter oder auf dem Rundfilter zuerst explodieren. Dann ist es Zeit, das andere Silberacetylid durch einen Hammerschlag zu zünden:

Wir legen einen erbsenkleinen kompakten Haufen fast getrockneten Silberacetylids auf eine stabile Unterlage, deren Beschädigung nichts kostet, und versuchen, durch einen Schlag mit dem Hammer auf das Sprengsilber dieses zu zünden. Es soll Lehrerkollegen gegeben haben, denen der Hammer aus der Hand an die Decke flog. Nach Möglichkeit wird dem Schüler, der auf das Sprengsilber haut, ein Gesichtsschutz gegeben. Oft klappt der Versuch auch nicht - das Sprengsilber ist noch zu feucht, oder es explodiert schon, bevor man draufhaut. Handschuhe tragen:

Eine dritte Portion des Sprengsilbers legen wir auf die Fläche eines Dreibeins. Wir heizen nun bis zum Knall (meist gibt es eine Kette kleiner Knalls) mit dem Bunsenbrenner. Neben der Herstellung von wenig Silberacetylid wird dieses Heizen bis zum Knall der Gruppe zunächst vorgeführt.

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Später kommt dann er zweite Beitrag der Explosionsgruppe, wenn das Silberacetylid im Becken explodiert ist - da wird auch die Zündung per Hammer probiert. Und da wird dann geschaut, ob die selbst hergestelle Schießbaumwolle trocken genug ist zur Zündung. Falls noch nicht - der Lehrer hat schon getrocknete Schießbaumwolle in Reserve. Also jemand von der Explosionsgruppe kann auf jeden Fall vorführen, wie die Schießbaumwolle in seiner Hand bei Zündung verpufft.

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Was einige Explosivstoffe betrifft, ist ihre Herstellung schlicht zu riskant: Nitroglycerin und Trinitrotoluol (= TNT, der Maßstab aller Sprengstoffe) sollten wir höchstens auf dem Papier sprengen. Also die "Explosiv-Gruppe" kann erläutern, wieso diese Stoffe bei Schlag oder Zündung so heftig explodieren.