Quando il magnesio elementare brucia nell'aria, si combina con l'ossigeno per formare un composto ionico chiamato ossido di magnesio o MgO. Il magnesio può anche combinarsi con l'azoto per formare nitruro di magnesio, Mg3N2, e può reagire anche con l'anidride carbonica. La reazione è vigorosa e la fiamma risultante è di colore bianco brillante. A un certo punto, il magnesio bruciato veniva usato per generare luce nei flash fotografici, anche se oggi i flash elettrici hanno preso il suo posto. Rimane comunque una popolare dimostrazione in classe.
Ricorda al tuo pubblico che l'aria è una miscela di gas; azoto e ossigeno sono i costituenti principali, sebbene siano presenti anche anidride carbonica e alcuni altri gas.
Spiega che gli atomi tendono ad essere più stabili quando il loro guscio più esterno è pieno, cioè contiene il numero massimo di elettroni. Il magnesio ha solo due elettroni nel suo guscio più esterno, quindi tende a cederli; lo ione caricato positivamente formato da questo processo, lo ione Mg+2, ha un guscio esterno completo. L'ossigeno, al contrario, tende a guadagnare due elettroni, che riempiono il suo guscio più esterno.
Fai notare che una volta che l'ossigeno ha guadagnato due elettroni dal magnesio, ha più elettroni che protoni, quindi ha una carica netta negativa. L'atomo di magnesio, al contrario, ha perso due elettroni, quindi ora ha più protoni che elettroni e quindi una carica netta positiva. Questi ioni caricati positivamente e negativamente sono attratti l'uno dall'altro, quindi si uniscono per formare una struttura di tipo reticolare.
Spiega che quando il magnesio e l'ossigeno sono combinati, il prodotto, l'ossido di magnesio, ha un'energia inferiore rispetto ai reagenti. L'energia persa viene emessa sotto forma di calore e luce, il che spiega la brillante fiamma bianca che vedi. La quantità di calore è così grande che il magnesio può reagire anche con azoto e anidride carbonica, che di solito sono entrambi molto poco reattivi.
Insegna al tuo pubblico che puoi capire quanta energia viene rilasciata da questo processo suddividendolo in diversi passaggi. Il calore e l'energia sono misurati in unità chiamate joule, dove un kilojoule è mille joule. La vaporizzazione del magnesio in fase gassosa richiede circa 148 kJ/mole, dove una mole è 6,022 x 10^23 atomi o particelle; poiché la reazione coinvolge due atomi di magnesio per ogni molecola di ossigeno O2, moltiplicare questa cifra per 2 per ottenere 296 kJ spesi. La ionizzazione del magnesio richiede ulteriori 4374 kJ, mentre la scomposizione dell'O2 in singoli atomi richiede 448 kJ. L'aggiunta degli elettroni all'ossigeno richiede 1404 kJ. Sommando tutti questi numeri si ottengono 6522 kJ spesi. Tutto questo viene recuperato, tuttavia, dall'energia rilasciata quando gli ioni magnesio e ossigeno si combinano nella struttura reticolare: 3850 kJ per mole o 7700 kJ per le due moli di MgO prodotte dal reazione. Il risultato netto è che la formazione di ossido di magnesio rilascia 1206 kJ per due moli di prodotto formato o 603 kJ per mole.
Questo calcolo non ti dice cosa sta realmente accadendo, ovviamente; l'effettivo meccanismo della reazione comporta collisioni tra atomi. Ma ti aiuta a capire da dove proviene l'energia rilasciata da questo processo. Il trasferimento di elettroni dal magnesio all'ossigeno, seguito dalla formazione di legami ionici tra i due ioni, rilascia una grande quantità di energia. La reazione comporta alcuni passaggi che richiedono energia, ovviamente, motivo per cui è necessario fornire calore o una scintilla da un accendino per avviarlo. Una volta fatto, rilascia così tanto calore che la reazione continua senza ulteriori interventi.
Cose di cui avrai bisogno
- lavagna
- Gesso
Suggerimenti
Se stai pianificando una dimostrazione in classe, ricorda che bruciare il magnesio è potenzialmente pericoloso; questa è una reazione ad alto calore e l'uso di un estintore ad anidride carbonica o ad acqua su un fuoco di magnesio lo renderà in realtà molto peggiore.