Tartalom
Amikor az elemi magnézium ég a levegőben, az oxigénnel kombinálva egy ionos vegyületet képez, amelyet magnézium-oxidnak vagy MgO-nak neveznek. A magnézium nitrogénnel is kombinálható, hogy magnézium-nitridet (Mg3N2) képezzen, és szén-dioxiddal is reagálhat. A reakció intenzív, és a kapott láng ragyogó fehér színű. Az egyik ponton az égő magnéziumot használták a fény generálásához a fényképeken, bár manapság az elektromos villanykörték helyet kaptak. Ennek ellenére továbbra is népszerű tantermi bemutató.
Emlékeztesse közönségét, hogy a levegő keveréke gázoknak; a nitrogén és az oxigén a fő alkotóelemek, bár szén-dioxid és néhány más gáz is jelen van.
Magyarázza el, hogy az atomok általában stabilabbak, ha a legkülső héjuk megtelt, azaz tartalmazza a maximális elektronszámát. A magnéziumnak csak két elektronja van a legkülső héjában, tehát hajlamos ezeket leadni; az ebben a folyamatban képződött pozitív töltésű ionnak, az Mg + 2 ionnak teljes külső héja van. Az oxigén ezzel szemben hajlamos arra, hogy két elektronot nyerjen, amely kitölti legkülső héját.
Mutassa rá, hogy ha az oxigén két elektronot nyert a magnéziumból, akkor több elektronja van, mint a protonoknak, tehát nettó negatív töltésű. Ezzel szemben a magnézium-atom elveszített két elektronot, tehát több protonnal rendelkezik, mint elektronok, és így nettó pozitív töltésű. Ezek a pozitív és negatív töltésű ionok vonzódnak egymáshoz, tehát rácsos típusú szerkezetet képeznek.
Magyarázza el, hogy ha a magnézium és az oxigén kombinálódik, akkor a termék, a magnézium-oxid alacsonyabb energiájú, mint a reagensek. Az elvesztett energiát hőnek és fénynek bocsátják ki, ami magyarázza a ragyogó fehér lángot, amelyet lát. A hőmennyiség olyan nagy, hogy a magnézium reagálhat nitrogénnel és szén-dioxiddal is, amelyek általában mindkettő nagyon nem reagálnak.
Tanítsd meg a közönséget, hogy több lépésre bontva kitalálhatja, mennyi energiát szabadít fel ez a folyamat. A hőt és az energiát džaulokban nevezett egységekben mérik, ahol a kilodžaul ezer joule. A magnézium elpárologtatása a gázfázisba körülbelül 148 kJ / mol, ahol egy mol 6,022 x 10 ^ 23 atom vagy részecske; mivel a reakcióban minden O2 oxigénmolekulán két magnéziumatom vesz részt, ezt a számot szorzzuk meg 2-vel, hogy 296 kJ felhasználható legyen. A magnézium ionizálása további 4374 kJ, míg az O2 felbontása egyes atomokba 448 kJ. Az elektronok oxigénhez történő hozzáadása 1404 kJ-t vesz igénybe. Az összes szám összeadásával 6522 kJ felhasználható. Mindezt a felszabaduló energiával nyerjük vissza, amikor a magnézium- és az oxigénionok összekapcsolódnak a rácsszerkezettel: 3850 kJ / mol vagy 7700 kJ a reakció során keletkező MgO két moljára. A végeredmény az, hogy a magnézium-oxid képződésekor a képződött termék két móljára 1206 kJ vagy egy mólra számítva 603 kJ szabadul fel.
Ez a számítás természetesen nem mondja meg, hogy valójában mi történik; a reakció tényleges mechanizmusa atomok ütközéseit foglalja magában. De segít megérteni, hogy honnan származik az e folyamat által kibocsátott energia. Az elektronok átvitele a magnéziumból az oxigénre, majd az ionkötések kialakulása a két ion között nagy mennyiségű energiát szabadít fel. A reakció természetesen magában foglal néhány energiát igénylő lépést, ezért indítani kell hőt vagy szikrát egy öngyújtóból. Ha ezt megtette, annyi hőt bocsát ki, hogy a reakció további beavatkozás nélkül folytatódik.