Wanneer elementair magnesium in de lucht verbrandt, wordt het gecombineerd met zuurstof om een ionische verbinding te vormen die magnesiumoxide of MgO wordt genoemd. Het magnesium kan ook worden gecombineerd met stikstof om magnesiumnitride, Mg3N2, te vormen en kan ook reageren met koolstofdioxide. De reactie is krachtig en de resulterende vlam is schitterend wit van kleur. Op een gegeven moment werd brandend magnesium gebruikt om licht te genereren in flitslampen voor fotografie, hoewel tegenwoordig elektrische flitslampen hun plaats hebben ingenomen. Het blijft toch een populaire demonstratie in de klas.
Herinner uw publiek eraan dat lucht een mengsel van gassen is; stikstof en zuurstof zijn de hoofdbestanddelen, hoewel kooldioxide en enkele andere gassen ook aanwezig zijn.
Leg uit dat atomen de neiging hebben stabieler te zijn wanneer hun buitenste schil vol is, d.w.z. het maximale aantal elektronen bevat. Magnesium heeft slechts twee elektronen in de buitenste schil, dus het heeft de neiging deze weg te geven; het positief geladen ion dat door dit proces wordt gevormd, het Mg+2-ion, heeft een volledige buitenste schil. Zuurstof daarentegen heeft de neiging om twee elektronen te krijgen, die de buitenste schil vullen.
Wijs erop dat als zuurstof eenmaal twee elektronen uit het magnesium heeft gehaald, het meer elektronen heeft dan protonen, dus het heeft een netto negatieve lading. Het magnesiumatoom daarentegen heeft twee elektronen verloren, dus het heeft nu meer protonen dan elektronen en dus een netto positieve lading. Deze positief en negatief geladen ionen worden door elkaar aangetrokken, zodat ze samenkomen om een roosterachtige structuur te vormen.
Leg uit dat wanneer magnesium en zuurstof worden gecombineerd, het product, magnesiumoxide, een lagere energie heeft dan de reactanten. De verloren energie wordt uitgestraald als warmte en licht, wat de schitterende witte vlam verklaart die je ziet. De hoeveelheid warmte is zo groot dat het magnesium ook kan reageren met stikstof en koolstofdioxide, die beide meestal erg weinig reactief zijn.
Leer uw publiek dat u kunt berekenen hoeveel energie er vrijkomt bij dit proces door het op te delen in verschillende stappen. Warmte en energie worden gemeten in eenheden die joules worden genoemd, waarbij een kilojoule duizend joule is. Het verdampen van magnesium naar de gasfase kost ongeveer 148 kJ / mol, waarbij een mol 6,022 x 10^23 atomen of deeltjes is; aangezien de reactie twee atomen magnesium voor elk O2-zuurstofmolecuul omvat, vermenigvuldig dit cijfer met 2 om 296 kJ te krijgen. Het ioniseren van het magnesium kost 4374 kJ extra, terwijl het opbreken van de O2 in afzonderlijke atomen 448 kJ kost. Het toevoegen van de elektronen aan de zuurstof kost 1404 kJ. Als je al deze getallen bij elkaar optelt, krijg je 6522 kJ verbruikt. Dit alles wordt echter teruggewonnen door de energie die vrijkomt wanneer de magnesium- en zuurstofionen worden gecombineerd in de roosterstructuur: 3850 kJ per mol of 7700 kJ voor de twee mol MgO geproduceerd door de reactie. Het netto resultaat is dat bij de vorming van magnesiumoxide 1206 kJ vrijkomt voor twee mol gevormd product of 603 kJ per mol.
Deze berekening vertelt je natuurlijk niet wat er werkelijk gebeurt; het eigenlijke mechanisme van de reactie omvat botsingen tussen atomen. Maar het helpt je wel te begrijpen waar de energie die bij dit proces vrijkomt vandaan komt. Bij de overdracht van elektronen van magnesium naar zuurstof, gevolgd door de vorming van ionische bindingen tussen de twee ionen, komt een grote hoeveelheid energie vrij. De reactie omvat natuurlijk enkele stappen die energie vereisen, daarom moet je warmte of een vonk van een aansteker leveren om hem te starten. Als je dat eenmaal hebt gedaan, komt er zoveel warmte vrij dat de reactie zonder verdere tussenkomst doorgaat.
Dingen die je nodig hebt
- schoolbord
- Krijt
Tips
Als u een demonstratie in de klas plant, onthoud dan dat het verbranden van magnesium potentieel gevaarlijk is; dit is een hittereactie en het gebruik van een kooldioxide- of waterbrandblusser op een magnesiumbrand zal het in feite veel erger maken.