Όταν το στοιχειακό μαγνήσιο καίγεται στον αέρα, συνδυάζεται με οξυγόνο για να σχηματίσει μια ιοντική ένωση που ονομάζεται οξείδιο του μαγνησίου ή MgO. Το μαγνήσιο μπορεί επίσης να συνδυαστεί με άζωτο για να σχηματίσει νιτρίδιο μαγνησίου, Mg3N2, και μπορεί να αντιδράσει και με διοξείδιο του άνθρακα. Η αντίδραση είναι έντονη και η προκύπτουσα φλόγα είναι ένα λαμπρό λευκό χρώμα. Σε ένα σημείο, το κάψιμο μαγνησίου χρησιμοποιήθηκε για την παραγωγή φωτός σε λάμπες φωτογραφίας, αν και σήμερα έχουν αντικατασταθεί οι ηλεκτρικοί λαμπτήρες. Παραμένει ωστόσο μια δημοφιλής επίδειξη στην τάξη.
Υπενθυμίστε στο κοινό σας ότι ο αέρας είναι ένα μείγμα αερίων. Το άζωτο και το οξυγόνο είναι τα κύρια συστατικά, αν και υπάρχουν διοξείδιο του άνθρακα και ορισμένα άλλα αέρια.
Εξηγήστε ότι τα άτομα τείνουν να είναι πιο σταθερά όταν το εξωτερικό τους κέλυφος είναι γεμάτο, δηλαδή περιέχει τον μέγιστο αριθμό ηλεκτρονίων. Το μαγνήσιο έχει μόνο δύο ηλεκτρόνια στο εξωτερικό του περίβλημα, οπότε τείνει να τα απομακρύνει. Το θετικά φορτισμένο ιόν που σχηματίζεται από αυτήν τη διαδικασία, το ιόν Mg + 2, έχει ένα πλήρες εξωτερικό περίβλημα. Το οξυγόνο, αντίθετα, τείνει να κερδίσει δύο ηλεκτρόνια, τα οποία γεμίζουν το εξώτατο κέλυφος του.
Επισημάνετε ότι μόλις το οξυγόνο αποκτήσει δύο ηλεκτρόνια από το μαγνήσιο, έχει περισσότερα ηλεκτρόνια από τα πρωτόνια, οπότε έχει καθαρό αρνητικό φορτίο. Το άτομο μαγνησίου, αντίθετα, έχει χάσει δύο ηλεκτρόνια, οπότε τώρα έχει περισσότερα πρωτόνια από τα ηλεκτρόνια και επομένως ένα καθαρό θετικό φορτίο. Αυτά τα θετικά και αρνητικά φορτισμένα ιόντα έλκονται μεταξύ τους, οπότε ενώνονται για να σχηματίσουν μια δομή τύπου πλέγματος.
Εξηγήστε ότι όταν συνδυάζονται μαγνήσιο και οξυγόνο, το προϊόν, το οξείδιο του μαγνησίου, έχει χαμηλότερη ενέργεια από τα αντιδραστήρια. Η χαμένη ενέργεια εκπέμπεται ως θερμότητα και φως, γεγονός που εξηγεί τη λαμπρή λευκή φλόγα που βλέπετε. Η ποσότητα θερμότητας είναι τόσο μεγάλη που το μαγνήσιο μπορεί να αντιδράσει επίσης με άζωτο και διοξείδιο του άνθρακα, τα οποία και τα δύο είναι συνήθως πολύ μη αντιδραστικά.
Διδάξτε στο κοινό σας ότι μπορείτε να καταλάβετε πόση ενέργεια απελευθερώνεται από αυτήν τη διαδικασία, χωρίζοντάς την σε διάφορα βήματα. Η θερμότητα και η ενέργεια μετρώνται σε μονάδες που ονομάζονται joules, όπου το kilojoule είναι χίλια joules. Η εξάτμιση του μαγνησίου στην αέρια φάση διαρκεί περίπου 148 kJ / mole, όπου ένα mole είναι 6.022 x 10 ^ 23 άτομα ή σωματίδια. δεδομένου ότι η αντίδραση περιλαμβάνει δύο άτομα μαγνησίου για κάθε μόριο οξυγόνου O2, πολλαπλασιάστε αυτόν τον αριθμό με 2 για να ξοδέψετε 296 kJ. Ο ιονισμός του μαγνησίου παίρνει επιπλέον 4374 kJ, ενώ η διάσπαση του O2 σε μεμονωμένα άτομα διαρκεί 448 kJ. Η προσθήκη των ηλεκτρονίων στο οξυγόνο απαιτεί 1404 kJ. Η προσθήκη όλων αυτών των αριθμών σας δίνει 6522 kJ δαπανώνται. Όλα αυτά ανακτώνται, ωστόσο, από την ενέργεια που απελευθερώνεται όταν τα ιόντα μαγνησίου και οξυγόνου συνδυάζονται στη δομή του πλέγματος: 3850 kJ ανά γραμμομόριο ή 7700 kJ για τα δύο γραμμομόρια MgO που παράγονται από το αντίδραση. Το καθαρό αποτέλεσμα είναι ότι ο σχηματισμός οξειδίου του μαγνησίου απελευθερώνει 1206 kJ για δύο γραμμομόρια προϊόντος που σχηματίζεται ή 603 kJ ανά γραμμομόριο.
Αυτός ο υπολογισμός δεν σας λέει τι συμβαίνει, φυσικά. ο πραγματικός μηχανισμός της αντίδρασης περιλαμβάνει συγκρούσεις μεταξύ ατόμων. Αλλά σας βοηθά να καταλάβετε από πού προέρχεται η ενέργεια που απελευθερώνεται από αυτήν τη διαδικασία. Η μεταφορά ηλεκτρονίων από μαγνήσιο σε οξυγόνο, ακολουθούμενη από το σχηματισμό ιοντικών δεσμών μεταξύ των δύο ιόντων, απελευθερώνει μια μεγάλη ποσότητα ενέργειας. Η αντίδραση περιλαμβάνει ορισμένα βήματα που απαιτούν ενέργεια, φυσικά, γι 'αυτό πρέπει να τροφοδοτείτε θερμότητα ή σπινθήρα από έναν αναπτήρα για να την ξεκινήσετε. Μόλις το κάνετε, απελευθερώνει τόση θερμότητα που η αντίδραση συνεχίζεται χωρίς περαιτέρω παρέμβαση.
Πράγματα που θα χρειαστείτε
- Μαυροπίνακας
- Κιμωλία
Συμβουλές
Εάν σχεδιάζετε μια επίδειξη στην τάξη, θυμηθείτε ότι η καύση μαγνησίου είναι δυνητικά επικίνδυνη. Αυτή είναι μια αντίδραση υψηλής θερμότητας και η χρήση διοξειδίου του άνθρακα ή πυροσβεστήρα νερού σε φωτιά μαγνησίου θα το κάνει πραγματικά χειρότερο.