元素マグネシウムが空気中で燃焼すると、酸素と結合して酸化マグネシウムまたはMgOと呼ばれるイオン性化合物を形成します。 マグネシウムは窒素と結合して窒化マグネシウムMg3N2を形成することもあり、二酸化炭素とも反応する可能性があります。 反応は激しく、結果として生じる炎は鮮やかな白色です。 ある時点では、マグネシウムの燃焼が写真撮影のフラッシュバルブで光を生成するために使用されていましたが、今日では電気フラッシュバルブがその代わりになりました。 それにもかかわらず、それは人気のある教室のデモンストレーションのままです。
空気はガスの混合物であることを聴衆に思い出させてください。 窒素と酸素が主成分ですが、二酸化炭素やその他のガスも存在します。
原子は、最外殻がいっぱいになると、つまり最大数の電子が含まれると、より安定する傾向があることを説明します。 マグネシウムは、その最外殻に2つの電子しかないため、これらを放出する傾向があります。 このプロセスによって形成された正に帯電したイオンであるMg + 2イオンは、完全な外殻を持っています。 対照的に、酸素は2つの電子を獲得する傾向があり、それがその最外殻を満たします。
酸素がマグネシウムから2つの電子を獲得すると、陽子よりも多くの電子を持っているため、正味の負電荷を持っていることを指摘します。 対照的に、マグネシウム原子は2つの電子を失ったため、電子よりも陽子が多くなり、正味の正電荷が発生します。 これらの正と負に帯電したイオンは互いに引き付け合うため、一緒になって格子型の構造を形成します。
マグネシウムと酸素を組み合わせると、生成物である酸化マグネシウムのエネルギーが反応物よりも低くなることを説明します。 失われたエネルギーは熱と光として放出されます。これは、あなたが見る鮮やかな白い炎を説明しています。 熱量が非常に大きいため、マグネシウムは窒素や二酸化炭素とも反応する可能性があります。これらは通常、どちらも非常に反応しません。
このプロセスをいくつかのステップに分割することで、このプロセスによってどれだけのエネルギーが放出されるかを把握できることを聴衆に教えてください。 熱とエネルギーはジュールと呼ばれる単位で測定されます。ここで、キロジュールは1000ジュールです。 マグネシウムを気相に気化させるには、約148 kJ /モルかかります。ここで、モルは6.022 x 10 ^ 23の原子または粒子です。 反応には、O2酸素分子ごとに2つのマグネシウム原子が含まれるため、この数値に2を掛けると、296kJが消費されます。 マグネシウムのイオン化にはさらに4374kJかかりますが、O2を個々の原子に分解するには448kJかかります。 電子を酸素に加えるには1404kJかかります。 これらの数値をすべて合計すると、6522kJが消費されます。 しかし、これらはすべて、マグネシウムイオンと酸素イオンが結合したときに放出されるエネルギーによって回収されます。 格子構造に：1モルあたり3850 kJ、またはによって生成された2モルのMgOの場合は7700 kJ 反応。 最終的な結果として、酸化マグネシウムの形成により、形成された生成物2モルに対して1206 kJ、つまり1モルあたり603kJが放出されます。
もちろん、この計算では実際に何が起こっているのかはわかりません。 反応の実際のメカニズムには、原子間の衝突が含まれます。 しかし、それはあなたがこのプロセスによって放出されたエネルギーがどこから来ているのかを理解するのに役立ちます。 マグネシウムから酸素への電子の移動と、それに続く2つのイオン間のイオン結合の形成により、大量のエネルギーが放出されます。 もちろん、反応にはエネルギーを必要とするいくつかのステップが含まれます。そのため、ライターから熱または火花を供給してキックスタートする必要があります。 一度そうすると、それは非常に多くの熱を放出するので、それ以上の介入なしに反応が続きます。
必要なもの
- 黒板
- チョーク
チップ
教室でのデモンストレーションを計画している場合は、マグネシウムの燃焼は潜在的に危険であることを忘れないでください。 これは高熱反応であり、マグネシウムの火に二酸化炭素または水消火器を使用すると、実際にはさらに悪化します。