Kui elementaarne magneesium põleb õhus, siis ühendub see hapnikuga, moodustades ioonse ühendi, mida nimetatakse magneesiumoksiidiks või MgO. Magneesium võib kombineeruda ka lämmastikuga, moodustades magneesiumnitriidi Mg3N2 ja reageerida ka süsinikdioksiidiga. Reaktsioon on hoogne ja saadud leek on hiilgavalt valge värvusega. Ühel hetkel kasutati fotograafia välklambides valguse tekitamiseks magneesiumi põletamist, kuigi tänapäeval on selle asemele tulnud elektrilised välklambid. See on siiski populaarne klassiruumi demonstratsioon.
Tuletage oma publikule meelde, et õhk on gaaside segu; lämmastik ja hapnik on peamised koostisosad, kuigi süsinikdioksiid ja mõned muud gaasid on samuti olemas.
Selgitage, et aatomid kipuvad olema stabiilsemad, kui nende välimine kest on täis, s.t sisaldab selle maksimaalset elektronide arvu. Magneesiumi välimises kestas on ainult kaks elektroni, nii et see kipub neid ära andma; selle protsessi käigus moodustatud positiivselt laetud ioonil Mg + 2 on täielik väliskest. Hapnik kipub seevastu omandama kaks elektroni, mis täidab selle äärmise kesta.
Pange tähele, et kui hapnik on magneesiumist saanud kaks elektroni, on sellel rohkem elektrone kui prootonitel, seega on sellel negatiivne netolaeng. Magneesiumi aatom on seevastu kaotanud kaks elektroni, seega on sellel nüüd rohkem prootoneid kui elektrone ja seega positiivne netolaeng. Need positiivselt ja negatiivselt laetud ioonid tõmbuvad üksteise poole, nii et nad saavad kokku, moodustades võre tüüpi struktuuri.
Selgitage, et magneesiumi ja hapniku ühendamisel on toote, magneesiumoksiidi, energia madalam kui reagentidel. Kaotatud energia eraldub soojuse ja valgusena, mis seletab teie hiilgavat valget leeki. Soojuse hulk on nii suur, et magneesium suudab reageerida ka lämmastiku ja süsinikdioksiidiga, mis mõlemad on tavaliselt väga reageerimatud.
Õpetage oma publikule, et saate aru, kui palju energiat see protsess vabastab, jagades selle mitmeks etapiks. Soojust ja energiat mõõdetakse ühikutes, mida nimetatakse džaulideks, kus kilodžaul on tuhat džauli. Magneesiumi aurustamine gaasifaasiks võtab umbes 148 kJ / mol, kus mool on 6,022 x 10 ^ 23 aatomit või osakest; kuna reaktsioonis on iga hapnikumolekuli O2 jaoks kaks magneesiumi aatomit, korrutage see arv 2-ga, et saada kulutatud 296 kJ. Magneesiumi ioniseerimiseks kulub veel 4374 kJ, samal ajal kui O2 lõhustamiseks üksikuteks aatomiteks kulub 448 kJ. Elektroonide lisamine hapnikule võtab 1404 kJ. Kõigi nende arvude liitmisel saate 6522 kJ kulutatud. Kõik see saadakse aga magneesiumi ja hapniku ioonide kombineerimisel vabaneva energia abil võre struktuuri: 3850 kJ mooli kohta või 7700 kJ kahe MgO mooli kohta, mida reaktsioon. Tulemuseks on see, et magneesiumoksiidi moodustumisel vabaneb kahe moodustunud toote mooli kohta 1206 kJ või mooli kohta 603 kJ.
See arvutus ei ütle teile muidugi, mis tegelikult toimub; tegelik reaktsioonimehhanism hõlmab aatomite kokkupõrkeid. Kuid see aitab teil mõista, kust tuleb selle protsessi käigus eralduv energia. Elektronide ülekandmine magneesiumist hapnikuks, millele järgneb ioonsidemete moodustumine kahe iooni vahel, vabastab suure hulga energiat. Reaktsioon hõlmab muidugi mõningaid samme, mis nõuavad muidugi energiat, mistõttu peate selle käivitamiseks varustama tulemasinast soojust või sädet. Kui olete seda teinud, eraldab see nii palju soojust, et reaktsioon jätkub ilma täiendava sekkumiseta.
Asjad, mida vajate
- Tahvlilaud
- Kriit
Näpunäited
Kui plaanite klassiruumi tutvustamist, pidage meeles, et magneesiumi põletamine on potentsiaalselt ohtlik; see on kõrge kuumusega reaktsioon ja süsinikdioksiidi või veekustuti kasutamine magneesiumitulel muudab selle tegelikult palju hullemaks.