Kada elementarni magnezij izgori u zraku, on se kombinira s kisikom i stvara ionski spoj nazvan magnezijev oksid ili MgO. Magnezij se također može kombinirati s dušikom da bi stvorio magnezijev nitrid, Mg3N2, a može reagirati i s ugljičnim dioksidom. Reakcija je snažna i rezultirajući plamen je blistavo bijele boje. U jednom se trenutku izgarajući magnezij koristio za stvaranje svjetlosti u fotografskim žaruljama, iako su danas električne mjesto preuzele njegove žarulje. Ipak je i dalje popularna demonstracija u učionici.
Podsjetite svoju publiku da je zrak mješavina plinova; dušik i kisik su glavni sastojci, iako su prisutni i ugljični dioksid i neki drugi plinovi.
Objasnite da atomi imaju tendenciju da budu stabilniji kada im je najudaljenija ljuska puna, tj. Sadrži njezin maksimalni broj elektrona. Magnezij ima samo dva elektrona u svojoj najudaljenijoj ljusci, pa ih nastoji odavati; pozitivno nabijeni ion koji nastaje ovim postupkom, ion Mg + 2, ima punu vanjsku ovojnicu. Kisik, nasuprot tome, teži dobivanju dva elektrona, što ispunjava njegovu najudaljeniju ljusku.
Istaknite da nakon što kisik dobije dva elektrona od magnezija, on ima više elektrona nego protona, pa ima neto negativni naboj. Atom magnezija, za razliku od toga, izgubio je dva elektrona, pa sada ima više protona nego elektrona, a time i neto pozitivni naboj. Ti se pozitivno i negativno nabijeni ioni međusobno privlače, pa se okupljaju i tvore strukturu mrežastog tipa.
Objasnite da kada se magnezij i kisik kombiniraju, proizvod, magnezijev oksid, ima manju energiju od reaktanata. Izgubljena energija emitira se kao toplina i svjetlost, što objašnjava briljantni bijeli plamen koji vidite. Količina topline je toliko velika da magnezij može reagirati i s dušikom i ugljičnim dioksidom, koji su obično vrlo nereaktivni.
Naučite svoju publiku da možete shvatiti koliko energije se oslobađa tim postupkom rastavljajući ga u nekoliko koraka. Toplina i energija mjere se u jedinicama koje se nazivaju džulima, gdje je kilodžul tisuću džula. Isparavanje magnezija u plinsku fazu traje oko 148 kJ / mol, gdje je mol 6,022 x 10 ^ 23 atoma ili čestica; budući da reakcija uključuje dva atoma magnezija za svaku molekulu kisika O2, pomnožite ovu brojku s 2 da se dobije 296 kJ. Joniziranje magnezija traje dodatnih 4374 kJ, dok razbijanje O2 na pojedinačne atome traje 448 kJ. Dodavanje elektrona kisiku traje 1404 kJ. Zbrajanjem svih ovih brojeva dobivate potrošenih 6522 kJ. Sve se to, međutim, obnavlja energijom koja se oslobađa spajanjem iona magnezija i kisika u strukturu rešetke: 3850 kJ po molu ili 7700 kJ za dva mola MgO koja proizvode reakcija. Neto rezultat je da nastajanje magnezijevog oksida oslobađa 1206 kJ za dva mola nastalog proizvoda ili 603 kJ po molu.
Ovaj izračun vam naravno ne govori što se zapravo događa; stvarni mehanizam reakcije uključuje sudare između atoma. Ali pomaže vam da shvatite odakle dolazi energija koja se oslobađa tim postupkom. Prijenos elektrona iz magnezija u kisik, praćen stvaranjem ionskih veza između dva iona, oslobađa veliku količinu energije. Reakcija, naravno, uključuje neke korake koji zahtijevaju energiju, zbog čega morate upaliti toplinu ili iskru iz upaljača da biste je pokrenuli. Jednom kad to učinite, oslobađa toliko topline da se reakcija nastavlja bez ikakvih daljnjih intervencija.
Stvari koje će vam trebati
- Ploca
- Kreda
Savjeti
Ako planirate demonstraciju u učionici, imajte na umu da je sagorijevanje magnezija potencijalno opasno; ovo je reakcija visoke topline i upotreba aparata za gašenje požara s ugljikovim dioksidom ili vodom na magnezijevoj vatri to će zapravo pogoršati.