Cuando el magnesio elemental se quema en el aire, se combina con el oxígeno para formar un compuesto iónico llamado óxido de magnesio o MgO. El magnesio también puede combinarse con nitrógeno para formar nitruro de magnesio, Mg3N2, y también puede reaccionar con dióxido de carbono. La reacción es vigorosa y la llama resultante es de color blanco brillante. En un momento, la quema de magnesio se utilizó para generar luz en los flashes de fotografía, aunque en la actualidad los flashes eléctricos han ocupado su lugar. No obstante, sigue siendo una demostración popular en el aula.
Recuerde a su audiencia que el aire es una mezcla de gases; el nitrógeno y el oxígeno son los componentes principales, aunque también están presentes el dióxido de carbono y algunos otros gases.
Explique que los átomos tienden a ser más estables cuando su capa más externa está llena, es decir, contiene su número máximo de electrones. El magnesio tiene solo dos electrones en su capa más externa, por lo que tiende a regalarlos; el ion cargado positivamente formado por este proceso, el ion Mg + 2, tiene una capa exterior completa. El oxígeno, por el contrario, tiende a ganar dos electrones, que llena su capa más externa.
Señale que una vez que el oxígeno ha ganado dos electrones del magnesio, tiene más electrones que protones, por lo que tiene una carga neta negativa. El átomo de magnesio, por el contrario, ha perdido dos electrones, por lo que ahora tiene más protones que electrones y, por tanto, una carga neta positiva. Estos iones cargados positiva y negativamente se atraen entre sí, por lo que se unen para formar una estructura tipo celosía.
Explique que cuando se combinan magnesio y oxígeno, el producto, el óxido de magnesio, tiene menor energía que los reactivos. La energía perdida se emite en forma de calor y luz, lo que explica la llama blanca brillante que ves. La cantidad de calor es tan grande que el magnesio puede reaccionar también con el nitrógeno y el dióxido de carbono, que generalmente son muy poco reactivos.
Enséñele a su audiencia que puede averiguar cuánta energía libera este proceso dividiéndola en varios pasos. El calor y la energía se miden en unidades llamadas julios, donde un kilojulio equivale a mil julios. La vaporización de magnesio a la fase gaseosa requiere aproximadamente 148 kJ / mol, donde un mol tiene 6.022 x 10 ^ 23 átomos o partículas; dado que la reacción involucra dos átomos de magnesio por cada molécula de oxígeno O2, multiplique esta cifra por 2 para obtener 296 kJ gastados. Ionizar el magnesio requiere 4374 kJ adicionales, mientras que dividir el O2 en átomos individuales requiere 448 kJ. Agregar los electrones al oxígeno requiere 1404 kJ. La suma de todos estos números le da 6522 kJ gastados. Todo esto se recupera, sin embargo, por la energía liberada cuando los iones de magnesio y oxígeno se combinan en la estructura de celosía: 3850 kJ por mol o 7700 kJ para los dos moles de MgO producidos por el reacción. El resultado neto es que la formación de óxido de magnesio libera 1206 kJ por dos moles de producto formado o 603 kJ por mol.
Este cálculo no le dice lo que realmente está sucediendo, por supuesto; el mecanismo real de la reacción implica colisiones entre átomos. Pero te ayuda a comprender de dónde proviene la energía liberada por este proceso. La transferencia de electrones del magnesio al oxígeno, seguida de la formación de enlaces iónicos entre los dos iones, libera una gran cantidad de energía. La reacción implica algunos pasos que requieren energía, por supuesto, por lo que necesita suministrar calor o una chispa de un encendedor para ponerlo en marcha. Una vez que lo ha hecho, libera tanto calor que la reacción continúa sin más intervención.
Cosas que necesitará
- Pizarra
- Tiza
Consejos
Si está planeando una demostración en el aula, recuerde que quemar magnesio es potencialmente peligroso; esta es una reacción de alto calor, y usar un extintor de dióxido de carbono o agua en un incendio de magnesio en realidad lo empeorará mucho.