Kun alkuaine magnesium palaa ilmassa, se yhdistyy hapen kanssa muodostaen ionisen yhdisteen, jota kutsutaan magnesiumoksidiksi tai MgO: ksi. Magnesium voi myös yhdistää typen kanssa muodostaen magnesiumnitridin, Mg3N2, ja se voi reagoida myös hiilidioksidin kanssa. Reaktio on voimakas ja tuloksena oleva liekki on väriltään loistavan valkoinen. Yhdessä vaiheessa polttavaa magnesiumia käytettiin valon tuottamiseen valokuvaussalamalampuissa, vaikka nykyään sähköiset salamavalot ovat ottaneet paikkansa. Se on kuitenkin suosittu luokkahuoneesittely.
Muistuta yleisöllesi, että ilma on kaasujen seos; typpi ja happi ovat tärkeimmät ainesosat, vaikka hiilidioksidia ja joitain muita kaasuja on myös läsnä.
Selitä, että atomit ovat yleensä vakaampia, kun niiden uloin kuori on täynnä, ts. Sisältää sen elektronien enimmäismäärän. Magnesiumin uloimmassa kuoressa on vain kaksi elektronia, joten se pyrkii luovuttamaan nämä; tällä prosessilla muodostetulla positiivisesti varautuneella ionilla, Mg + 2-ionilla, on täydellinen ulkokuori. Hapella on sen sijaan taipumus saada kaksi elektronia, mikä täyttää sen uloimman kuoren.
Huomaa, että kun happi on saanut kaksi elektronia magnesiumista, siinä on enemmän elektroneja kuin protoneja, joten sillä on negatiivinen nettovaraus. Magnesiumatomi sen sijaan on menettänyt kaksi elektronia, joten sillä on nyt enemmän protoneja kuin elektroneja ja siten positiivinen nettovaraus. Nämä positiivisesti ja negatiivisesti varautuneet ionit houkuttelevat toisiaan, joten ne yhdistyvät muodostamaan ristikkotyyppinen rakenne.
Selitä, että kun magnesium ja happi yhdistetään, tuotteella, magnesiumoksidilla, on pienempi energia kuin reagoivilla aineilla. Menetetty energia lähtee lämpöä ja valoa, mikä selittää näkemäsi loistavan valkoisen liekin. Lämmön määrä on niin suuri, että magnesium voi reagoida myös typen ja hiilidioksidin kanssa, jotka molemmat ovat yleensä hyvin reagoimattomia.
Opeta yleisöllesi, että voit selvittää kuinka paljon energiaa vapautuu tästä prosessista jakamalla se useaan vaiheeseen. Lämpö ja energia mitataan yksiköinä, joita kutsutaan jouleiksi, missä kilojoule on tuhat joulea. Magnesiumin höyrystäminen kaasufaasiin vie noin 148 kJ / mooli, jolloin mooli on 6,022 x 10 ^ 23 atomia tai hiukkasia; koska reaktiossa on kaksi magnesiumatomia kutakin O2-happimolekyyliä kohden, kerro tämä luku 2: lla, jotta kulutetaan 296 kJ. Magnesiumin ionisointi vie vielä 4374 kJ, kun taas O2: n hajottaminen yksittäisiksi atomeiksi vie 448 kJ. Elektronien lisääminen happeen vie 1404 kJ. Kaikkien näiden lukujen yhteenlaskeminen vie 6522 kJ. Kaikki tämä saadaan kuitenkin talteen energiasta, joka vapautuu, kun magnesium- ja happi-ionit yhdistyvät ristikkorakenteeseen: 3850 kJ / mooli tai 7700 kJ kahdelle moolille MgO: ta, reaktio. Nettotulos on, että magnesiumoksidin muodostuminen vapauttaa 1206 kJ kahdelle muodostuneelle moolille tai 603 kJ moolia kohden.
Tämä laskelma ei tietenkään kerro sinulle, mitä todella tapahtuu; todellinen reaktiomekanismi sisältää atomien törmäyksiä. Mutta se auttaa sinua ymmärtämään, mistä tämän prosessin vapauttama energia tulee. Elektronien siirtyminen magnesiumista happeen, minkä jälkeen muodostuu ionisidoksia kahden ionin välille, vapauttaa suuren määrän energiaa. Reaktioon liittyy luonnollisesti joitain vaiheita, jotka vaativat energiaa, minkä vuoksi sinun on syötettävä lämpöä tai kipinää sytyttimestä sen käynnistämiseksi. Kun olet tehnyt niin, se vapauttaa niin paljon lämpöä, että reaktio jatkuu ilman lisätoimenpiteitä.
Tarvittavat asiat
- Liitutaulu
- Liitu
Vinkkejä
Jos suunnittelet luokan esittelyä, muista, että magnesiumin polttaminen on mahdollisesti vaarallista; tämä on korkean lämpötilan reaktio, ja hiilidioksidi- tai vesisammuttimen käyttö magnesiumpalossa pahentaa sitä itse asiassa.