Коли елементарний магній згоряє на повітрі, він поєднується з киснем, утворюючи іонну сполуку, яка називається оксидом магнію або MgO. Магній також може поєднуватися з азотом, утворюючи нітрид магнію, Mg3N2, а також може реагувати з вуглекислим газом. Реакція енергійна, і полум’я, що вийшло, має блискучий білий колір. Одного разу спалюючий магній використовувався для генерування світла у фотокамерах, хоча сьогодні електричні лампочки зайняли його місце. Проте це залишається популярною демонстрацією в класі.
Нагадуйте своїй аудиторії, що повітря - це суміш газів; азот та кисень є основними складовими, хоча присутні також вуглекислий газ та деякі інші гази.
Поясніть, що атоми, як правило, є більш стабільними, коли їх зовнішня оболонка повна, тобто містить максимальну кількість електронів. У своїй зовнішній оболонці магній має лише два електрони, тому він схильний віддавати їх; позитивно заряджений іон, утворений цим процесом, іон Mg + 2, має повну зовнішню оболонку. Навпаки, кисень має тенденцію отримувати два електрони, які заповнюють його зовнішню оболонку.
Зверніть увагу, що як тільки кисень отримав два електрони від магнію, у нього більше електронів, ніж у протонів, тому він має чистий негативний заряд. Атом магнію, навпаки, втратив два електрони, тому зараз у нього більше протонів, ніж електронів, а отже, і чистий позитивний заряд. Ці позитивно і негативно заряджені іони притягуються один до одного, тому вони об’єднуються, утворюючи структуру решітчастого типу.
Поясніть, що коли магній і кисень поєднуються, продукт, оксид магнію, має меншу енергію, ніж реагенти. Втрачена енергія випромінюється як тепло і світло, що пояснює блискуче біле полум’я, яке ви бачите. Кількість тепла настільки велика, що магній може також реагувати з азотом та вуглекислим газом, які, як правило, дуже мало реагують.
Навчіть свою аудиторію, що ви можете зрозуміти, скільки енергії виділяється цим процесом, розбивши її на кілька етапів. Тепло та енергія вимірюються в одиницях, що називаються джоулями, де кілоджоуль - це тисяча джоулів. Випаровування магнію до газової фази займає близько 148 кДж / моль, де моль становить 6,022 х 10 ^ 23 атомів або частинок; оскільки в реакції беруть участь два атоми магнію для кожної молекули кисню O2, помножте цю цифру на 2, щоб отримати витрачені 296 кДж. Іонізація магнію вимагає додаткових 4374 кДж, тоді як розбиття O2 на окремі атоми займає 448 кДж. Додавання електронів до кисню займає 1404 кДж. Якщо скласти всі ці цифри, ви отримаєте 6522 кДж. Однак все це відновлюється енергією, що виділяється при з’єднанні іонів магнію та кисню в структуру решітки: 3850 кДж на моль або 7700 кДж для двох молей MgO, вироблених реакція. Результатом є те, що при утворенні оксиду магнію виділяється 1206 кДж для двох молей продукту, що утворюється, або 603 кДж на моль.
Цей розрахунок, звичайно, не говорить вам, що насправді відбувається; власне механізм реакції включає зіткнення між атомами. Але це допомагає вам зрозуміти, звідки береться енергія, що виділяється цим процесом. Передача електронів від магнію до кисню з подальшим утворенням іонних зв’язків між двома іонами виділяє велику кількість енергії. Звичайно, реакція передбачає деякі кроки, що вимагають енергії, саме тому вам потрібно подати тепло або іскру від запальнички, щоб запустити її. Після цього він виділяє стільки тепла, що реакція триває без подальшого втручання.
Речі, які вам знадобляться
- Дошці
- Крейда
Поради
Якщо ви плануєте демонстрацію в класі, пам’ятайте, що спалювання магнію є потенційно небезпечним; це реакція високої температури, і використання вуглекислого або водяного вогнегасника на магнієвому вогні насправді погіршить ситуацію.