Когато елементарният магнезий изгаря във въздуха, той се комбинира с кислород, за да образува йонно съединение, наречено магнезиев оксид или MgO. Магнезият може също да се комбинира с азот, за да образува магнезиев нитрид, Mg3N2, и може да реагира и с въглероден диоксид. Реакцията е енергична и полученият пламък е с блестящо бял цвят. В един момент изгарящият магнезий е използван за генериране на светлина във фотографските светкавици, въпреки че днес електрическите светкавици са заели неговото място. Въпреки това тя остава популярна демонстрация в класната стая.
Напомнете на аудиторията си, че въздухът е смес от газове; азотът и кислородът са основните съставки, въпреки че присъстват и въглероден диоксид и някои други газове.
Обяснете, че атомите са по-стабилни, когато най-външната им обвивка е пълна, т.е.съдържа максималния си брой електрони. Магнезият има само два електрона в най-външната си обвивка, така че е склонен да ги отдаде; положително зареденият йон, образуван от този процес, йонът Mg + 2, има пълна външна обвивка. За разлика от това, кислородът има тенденция да получава два електрона, които запълват най-външната му обвивка.
Посочете, че след като кислородът получи два електрона от магнезия, той има повече електрони, отколкото протони, така че има нетен отрицателен заряд. За разлика от това магнезиевият атом е загубил два електрона, така че сега има повече протони от електрони и следователно нетен положителен заряд. Тези положително и отрицателно заредени йони се привличат един към друг, така че те се обединяват, за да образуват структура от решетъчен тип.
Обяснете, че когато магнезият и кислородът се комбинират, продуктът, магнезиевият оксид, има по-ниска енергия от реагентите. Загубената енергия се излъчва като топлина и светлина, което обяснява блестящия бял пламък, който виждате. Количеството топлина е толкова голямо, че магнезият може да реагира и с азот и въглероден диоксид, които обикновено са много неактивни.
Научете аудиторията си, че можете да разберете колко енергия се отделя от този процес, като го разделите на няколко стъпки. Топлината и енергията се измерват в единици, наречени джаули, където килоджаулът е хиляда джаула. Изпаряването на магнезия до газовата фаза отнема около 148 kJ / мол, където мол е 6,022 х 10 ^ 23 атома или частици; тъй като реакцията включва два атома магнезий за всяка кислородна молекула O2, умножете тази цифра по 2, за да получите 296 kJ изразходвани. Йонизирането на магнезия отнема допълнителни 4374 kJ, докато разделянето на O2 на отделни атоми отнема 448 kJ. Добавянето на електроните към кислорода отнема 1404 kJ. Събирането на всички тези числа ви дава изразходвани 6522 kJ. Всичко това обаче се възстановява от енергията, отделяща се, когато магнезиевите и кислородните йони се комбинират в решетъчната структура: 3850 kJ на мол или 7700 kJ за двата мола MgO, произведени от реакция. Нето резултатът е, че образуването на магнезиев оксид отделя 1206 kJ за два мола образуван продукт или 603 kJ на мол.
Това изчисление не ви казва какво всъщност се случва; действителният механизъм на реакцията включва сблъсъци между атоми. Но това ви помага да разберете откъде идва енергията, отделяна от този процес. Прехвърлянето на електрони от магнезий към кислород, последвано от образуването на йонни връзки между двата йона, освобождава голямо количество енергия. Реакцията включва някои стъпки, които изискват енергия, разбира се, поради което трябва да доставите топлина или искра от запалка, за да я стартирате. След като го направите, той отделя толкова много топлина, че реакцията продължава без допълнителна намеса.
Неща, от които ще се нуждаете
- Табла
- Тебешир
Съвети
Ако планирате демонстрация в клас, моля, не забравяйте, че изгарянето на магнезий е потенциално опасно; това е реакция с висока температура и използването на пожарогасител с въглероден диоксид или вода на магнезиев огън всъщност ще го влоши значително.