Když elementární hořčík hoří na vzduchu, spojuje se s kyslíkem za vzniku iontové sloučeniny zvané oxid hořečnatý nebo MgO. Hořčík může také kombinovat s dusíkem za vzniku nitridu hořečnatého, Mg3N2, a může také reagovat s oxidem uhličitým. Reakce je prudká a výsledný plamen má zářivě bílou barvu. V jednom okamžiku se ke generování světla ve fotografických zářivkách použilo hoření hořčíku, i když dnes místo něj byly použity elektrické zářivky. Přesto zůstává populární ukázkou ve třídě.
Připomeňte svému publiku, že vzduch je směs plynů; dusík a kyslík jsou hlavními složkami, i když je zde také oxid uhličitý a některé další plyny.
Vysvětlete, že atomy mají tendenci být stabilnější, když je jejich nejvzdálenější obal plný, tj. Obsahuje maximální počet elektronů. Hořčík má ve své nejvzdálenější skořápce pouze dva elektrony, takže je má tendenci rozdávat; kladně nabitý iont vytvořený tímto procesem, iont Mg + 2, má celou vnější skořápku. Kyslík má naopak tendenci získávat dva elektrony, které vyplňují jeho nejvzdálenější obal.
Poukažte na to, že jakmile kyslík získal dva elektrony z hořčíku, má více elektronů než protonů, takže má čistý záporný náboj. Atom hořčíku naopak ztratil dva elektrony, takže nyní má více protonů než elektronů, a tedy čistý kladný náboj. Tyto kladně a záporně nabité ionty jsou navzájem přitahovány, takže se spojují a vytvářejí strukturu mřížového typu.
Vysvětlete, že při kombinaci hořčíku a kyslíku má produkt, oxid hořečnatý, nižší energii než reaktanty. Ztracená energie je emitována jako teplo a světlo, což vysvětluje zářivý bílý plamen, který vidíte. Množství tepla je tak velké, že hořčík může reagovat také s dusíkem a oxidem uhličitým, které jsou obvykle velmi nereaktivní.
Naučte své publikum, že můžete zjistit, kolik energie se tímto procesem uvolní, rozdělením do několika kroků. Teplo a energie se měří v jednotkách zvaných jouly, kde kilojoule je tisíc joulů. Odpařování hořčíku do plynné fáze trvá přibližně 148 kJ / mol, kde mol je 6,022 x 10 ^ 23 atomů nebo částic; protože reakce zahrnuje dva atomy hořčíku pro každou molekulu kyslíku O2, vynásobte toto číslo 2 a získejte 296 kJ. Ionizace hořčíku trvá dalších 4374 kJ, zatímco rozdělení O2 na jednotlivé atomy vyžaduje 448 kJ. Přidání elektronů ke kyslíku trvá 1404 kJ. Sečtením všech těchto čísel získáte vynaložených 6522 kJ. To vše se však získává energií uvolněnou při kombinaci iontů hořčíku a kyslíku do mřížkové struktury: 3850 kJ na mol nebo 7700 kJ pro dva moly MgO produkované reakce. Čistým výsledkem je, že tvorba oxidu hořečnatého uvolní 1206 kJ pro dva moly vzniklého produktu nebo 603 kJ na mol.
Tento výpočet vám samozřejmě neříká, co se ve skutečnosti děje; skutečný mechanismus reakce zahrnuje srážky mezi atomy. Ale pomůže vám pochopit, odkud pochází energie uvolněná tímto procesem. Přenos elektronů z hořčíku na kyslík, následovaný tvorbou iontových vazeb mezi těmito dvěma ionty, uvolňuje velké množství energie. Reakce samozřejmě zahrnuje některé kroky, které vyžadují energii, což je důvod, proč potřebujete dodávat teplo nebo jiskru ze zapalovače, abyste ho nastartovali. Jakmile to uděláte, uvolní tolik tepla, že reakce pokračuje bez dalšího zásahu.
Věci, které budete potřebovat
- Tabule
- Křída
Tipy
Pokud plánujete demonstraci ve třídě, nezapomeňte, že spalování hořčíku je potenciálně nebezpečné; jedná se o reakci s vysokou teplotou a použití hasicího přístroje s oxidem uhličitým nebo vodou na hořčíkovém ohni to ve skutečnosti ještě zhorší.