Amikor az elemi magnézium ég a levegőben, oxigénnel kombinálva ionos vegyületet képez, amelyet magnézium-oxidnak vagy MgO-nak neveznek. A magnézium nitrogénnel kombinálva magnézium-nitridet (Mg3N2) is képezhet, és reakcióba léphet szén-dioxiddal is. A reakció erőteljes, és a kapott láng ragyogó fehér színű. Egy ponton égő magnéziumot használtak fény előállításához a fotós villanófényekben, bár manapság elektromos villanykörték vették át a helyüket. Ennek ellenére továbbra is népszerű tantermi demonstráció.
Emlékeztesse hallgatóságát, hogy a levegő gázok keveréke; a nitrogén és az oxigén a fő alkotóelem, bár szén-dioxid és néhány más gáz is jelen van.
Magyarázza el, hogy az atomok általában stabilabbak, ha a legkülső héjuk tele van, vagyis a maximális elektronszámot tartalmazza. A magnéziumnak csak két elektronja van a legkülső héjában, ezért hajlamos ezeket eladni; az ezzel az eljárással képződött pozitív töltésű Mg + 2 ion teljes külső héjjal rendelkezik. Az oxigén ezzel szemben hajlamos két elektron megszerzésére, amely kitölti annak legkülső héját.
Rámutat arra, hogy ha az oxigén két elektront nyert a magnéziumból, több elektronja van, mint protonjának, tehát nettó negatív töltése van. A magnézium atom ezzel ellentétben elvesztette két elektronját, így most több protonnal rendelkezik, mint elektronokkal, és ezért nettó pozitív töltés van. Ezek a pozitív és negatív töltésű ionok vonzódnak egymáshoz, ezért egy rács típusú struktúrát alkotnak.
Magyarázza el, hogy a magnézium és az oxigén kombinálásakor a termék, a magnézium-oxid alacsonyabb energiával rendelkezik, mint a reagensek. Az elveszett energiát hő és fény bocsátja ki, ami megmagyarázza a ragyogó fehér lángot, amelyet lát. A hőmennyiség olyan nagy, hogy a magnézium reagálhat nitrogénnel és szén-dioxiddal is, amelyek általában nagyon nem reagálnak.
Tanítsa meg hallgatóságát, hogy több lépésre bontva kitalálhatja, mennyi energiát szabadít fel ez a folyamat. A hőt és az energiát joule-nak nevezett egységekben mérik, ahol a kilojoule ezer joule. A magnézium elpárologtatása a gázfázisig körülbelül 148 kJ / mol, ahol a mól 6,022 x 10 ^ 23 atom vagy részecske; mivel a reakcióban két O2 oxigénmolekula magnéziumatomja van, szorozzuk meg ezt az értéket 2-vel, hogy 296 kJ-t kapjunk. A magnézium ionizálása további 4374 kJ-t igényel, míg az O2 felosztása egyes atomokra 448 kJ. Az elektronok oxigénhez adása 1404 kJ-t vesz igénybe. Mindezen számok összeadása 6522 kJ-t jelent. Mindezt azonban a magnézium- és oxigénionok egyesülésével felszabaduló energia nyeri vissza a rácsszerkezetbe: 3850 kJ / mol vagy 7700 kJ a két mol MgO számára, amelyet a reakció. A nettó eredmény az, hogy a magnézium-oxid képződése 1206 kJ-t szabadít fel két mol képződött termékre, vagy 603 kJ / mol.
Ez a számítás természetesen nem árulja el, mi történik valójában; a reakció tényleges mechanizmusa atomok ütközésével jár. De segít megérteni, honnan származik a folyamat által felszabadított energia. Az elektronoknak a magnéziumból az oxigénbe történő átvitele, majd a két ion közötti ionkötések kialakulása nagy mennyiségű energiát szabadít fel. A reakció természetesen magában foglal néhány lépést, amelyek energiát igényelnek, ezért kell öngyújtóból hőt vagy szikrát táplálnia annak elindításához. Miután ezt megtette, annyi hőt bocsát ki, hogy a reakció minden további beavatkozás nélkül folytatódik.
Amire szükséged lesz
- Palatábla
- Kréta
Tippek
Ha tantermi bemutatót tervez, ne feledje, hogy a magnézium elégetése potenciálisan veszélyes; ez nagy hőhatású reakció, és szén-dioxiddal vagy vízzel oltó készülék használata magnézium tűzön valójában sokkal rosszabb lesz.