Keď elementárny horčík horí na vzduchu, spája sa s kyslíkom a vytvára iónovú zlúčeninu nazývanú oxid horečnatý alebo MgO. Horčík sa môže tiež spojiť s dusíkom za vzniku nitridu horečnatého, Mg3N2, a rovnako môže reagovať s oxidom uhličitým. Reakcia je prudká a výsledný plameň má žiarivo bielu farbu. V jednom okamihu sa na generovanie svetla vo fotografických žiarovkách použil horiaci horčík, hoci dnes ich miesto nahradili elektrické žiarovky. Napriek tomu zostáva obľúbenou ukážkou v triede.
Pripomínajte svojmu publiku, že vzduch je zmes plynov; dusík a kyslík sú hlavnými zložkami, aj keď je prítomný aj oxid uhličitý a niektoré ďalšie plyny.
Vysvetlite, že atómy majú tendenciu byť stabilnejšie, keď sú ich najvzdialenejšie obaly plné, t. J. Obsahujú maximálny počet elektrónov. Horčík má vo svojom vonkajšom obale iba dva elektróny, takže ich má tendenciu rozdávať; kladne nabitý ión vytvorený týmto procesom, ión Mg + 2, má celú vonkajšiu obálku. Kyslík má naopak tendenciu získavať dva elektróny, ktoré vypĺňajú jeho najvzdialenejší obal.
Poukážte na to, že akonáhle kyslík získal dva elektróny z horčíka, má viac elektrónov ako protónov, takže má čistý negatívny náboj. Atóm horčíka naopak stratil dva elektróny, takže má teraz viac protónov ako elektrónov, a teda má čistý kladný náboj. Tieto kladne a záporne nabité ióny sú navzájom priťahované, takže sa spájajú a vytvárajú štruktúru mriežkového typu.
Vysvetlite, že keď sa zlúči horčík a kyslík, produkt, oxid horečnatý, má nižšiu energiu ako reaktanty. Stratená energia je emitovaná ako teplo a svetlo, čo vysvetľuje žiarivý biely plameň, ktorý vidíte. Množstvo tepla je také veľké, že horčík môže reagovať aj s dusíkom a oxidom uhličitým, ktoré sú zvyčajne veľmi nereaktívne.
Naučte svoje publikum, že môžete zistiť, koľko energie sa týmto procesom uvoľní, rozdelením do niekoľkých krokov. Teplo a energia sa merajú v jednotkách nazývaných jouly, kde kilojoul je tisíc joulov. Odparenie horčíka do plynnej fázy trvá asi 148 kJ / mol, kde mol je 6,022 x 10 ^ 23 atómov alebo častíc; pretože reakcia zahŕňa dva atómy horčíka pre každú molekulu kyslíka O2, vynásobte toto číslo 2 a získate spotrebovaných 296 kJ. Ionizácia horčíka trvá ďalších 4374 kJ, zatiaľ čo rozdelenie O2 na jednotlivé atómy vyžaduje 448 kJ. Pridanie elektrónov ku kyslíku trvá 1404 kJ. Sčítaním všetkých týchto čísel získate vynaložených 6522 kJ. To všetko sa však získava pomocou energie uvoľnenej pri kombinácii horčíkových a kyslíkových iónov do mriežkovej štruktúry: 3850 kJ na mol alebo 7700 kJ pre dva móly MgO produkované reakcia. Čistým výsledkom je, že tvorba oxidu horečnatého uvoľní 1206 kJ pre dva móly vytvoreného produktu alebo 603 kJ na mol.
Tento výpočet vám samozrejme nehovorí, čo sa v skutočnosti deje; skutočný mechanizmus reakcie zahŕňa zrážky medzi atómami. Pomáha vám však pochopiť, odkiaľ pochádza energia uvoľnená týmto procesom. Pri prechode elektrónov z horčíka na kyslík, po ktorom nasleduje tvorba iónových väzieb medzi týmito dvoma iónmi, sa uvoľňuje veľké množstvo energie. Reakcia samozrejme zahŕňa niekoľko krokov, ktoré si vyžadujú energiu, a preto musíte naštartovať dodanie tepla alebo iskry zo zapaľovača. Akonáhle to urobíte, uvoľní toľko tepla, že reakcia pokračuje bez ďalších zásahov.
Veci, ktoré budete potrebovať
- Tabuľa
- Krieda
Tipy
Ak plánujete ukážku v učebni, nezabudnite, že spaľovanie horčíka je potenciálne nebezpečné; jedná sa o reakciu pri vysokej teplote a použitie hasiaceho prístroja s oxidom uhličitým alebo vodou na ohni horčíka to skutočne ešte zhorší.