원소 마그네슘이 공기 중에 타면 산소와 결합하여 산화 마그네슘 또는 MgO라는 이온 화합물을 형성합니다. 마그네슘은 또한 질소와 결합하여 질화 마그네슘 인 Mg3N2를 형성하고 이산화탄소와도 반응 할 수 있습니다. 반응은 격렬하고 그 결과 화염은 밝은 흰색입니다. 어느 시점에서 마그네슘을 태우는 것이 사진 플래시 전구에서 빛을 생성하는 데 사용되었지만 오늘날에는 전기 플래시 전구가 대신했습니다. 그럼에도 불구하고 인기있는 교실 시연으로 남아 있습니다.
청중에게 공기는 가스의 혼합물임을 상기시킵니다. 이산화탄소와 일부 다른 가스도 존재하지만 질소와 산소가 주성분입니다.
원자는 가장 바깥 쪽 껍질이 가득 차있을 때, 즉 최대 수의 전자를 포함 할 때 더 안정된 경향이 있다고 설명합니다. 마그네슘은 가장 바깥 쪽 껍질에 2 개의 전자만을 가지고 있기 때문에 이것을 버리는 경향이 있습니다. 이 과정에 의해 형성된 양으로 하전 된 이온 인 Mg + 2 이온은 완전한 외피를 가지고 있습니다. 반대로 산소는 가장 바깥 쪽 껍질을 채우는 두 개의 전자를 얻는 경향이 있습니다.
일단 산소가 마그네슘으로부터 두 개의 전자를 얻었을 때, 그것은 양성자보다 더 많은 전자를 가지므로 순 음전하를 띠게됩니다. 대조적으로 마그네슘 원자는 두 개의 전자를 잃었으므로 이제는 전자보다 더 많은 양성자를 가지므로 순 양전하를 띠게됩니다. 이 양전하와 음전하를 띤 이온은 서로 끌어 당겨 격자 형태의 구조를 형성합니다.
마그네슘과 산소가 결합되면 생성물 인 산화 마그네슘이 반응물보다 에너지가 낮다고 설명합니다. 손실 된 에너지는 열과 빛으로 방출되며, 이는 여러분이 보는 눈부신 하얀 불꽃을 설명합니다. 열의 양이 너무 커서 마그네슘이 질소 및 이산화탄소와도 반응 할 수 있으며, 둘 다 일반적으로 매우 반응이 없습니다.
청중에게이 과정을 여러 단계로 나눔으로써 얼마나 많은 에너지가 방출되는지 알아낼 수 있다고 가르칩니다. 열과 에너지는 줄이라는 단위로 측정되며, 여기서 킬로 줄은 1,000 줄입니다. 마그네슘을 기상으로 기화시키는 데는 약 148 kJ / mol이 소요되며, 여기서 1 몰은 6.022 x 10 ^ 23 원자 또는 입자입니다. 반응은 모든 O2 산소 분자에 대해 두 개의 마그네슘 원자를 포함하기 때문에이 수치에 2를 곱하면 296 kJ가 소비됩니다. 마그네슘을 이온화하려면 추가로 4374kJ가 필요하고 O2를 개별 원자로 분해하는 데는 448kJ가 필요합니다. 산소에 전자를 더하면 1404 kJ가 걸립니다. 이 숫자를 모두 더하면 6522 kJ가 소비됩니다. 그러나이 모든 것은 마그네슘과 산소 이온이 결합 할 때 방출되는 에너지에 의해 회복됩니다. 격자 구조로: 몰당 3850 kJ 또는 2 몰의 MgO에 대해 7700 kJ 반응. 결과적으로 산화 마그네슘의 형성은 형성된 생성물 2 몰에 대해 1206kJ 또는 몰당 603kJ를 방출한다는 것입니다.
물론이 계산은 실제로 무슨 일이 일어나고 있는지 알려주지 않습니다. 반응의 실제 메커니즘은 원자 간의 충돌을 포함합니다. 하지만이 과정에서 방출되는 에너지가 어디서 나오는지 이해하는 데 도움이됩니다. 전자가 마그네슘에서 산소로 이동 한 다음 두 이온 사이에 이온 결합이 형성되면 많은 양의 에너지가 방출됩니다. 물론 반응에는 에너지가 필요한 몇 가지 단계가 포함되기 때문에 킥 스타트를 위해 라이터에서 열이나 스파크를 공급해야합니다. 일단 당신이 그렇게하면, 그것은 더 많은 개입없이 반응이 계속 될 정도로 많은 열을 방출합니다.
필요한 것
- 칠판
- 분필
팁
교실 시연을 계획하고 있다면 마그네슘을 태우는 것은 잠재적으로 위험하다는 것을 기억하십시오. 이것은 고열 반응이며, 마그네슘 불에 이산화탄소 나 물 소화기를 사용하면 실제로 훨씬 더 악화됩니다.