Περιεχόμενο
Όταν στοιχειακό μαγνήσιο καίει στον αέρα, συνδυάζεται με οξυγόνο για να σχηματίσει μια ιοντική ένωση που ονομάζεται οξείδιο του μαγνησίου ή MgO. Το μαγνήσιο μπορεί επίσης να συνδυαστεί με άζωτο για να σχηματίσει νιτρίδιο μαγνησίου, Mg3N2, και μπορεί επίσης να αντιδράσει με διοξείδιο του άνθρακα επίσης. Η αντίδραση είναι έντονη και η φλόγα που προκύπτει είναι λαμπρό λευκό χρώμα. Σε ένα σημείο, καύση μαγνησίου χρησιμοποιήθηκε για να παράγει φως σε φλας λάμπες φωτογραφίας, αν και σήμερα οι ηλεκτρικοί λαμπτήρες λάμπες έχουν πάρει τη θέση του. Παραμένει μια δημοφιλής επίδειξη στην τάξη παρόλα αυτά.
Υπενθυμίστε στο ακροατήριό σας ότι ο αέρας είναι μίγμα αερίων. το άζωτο και το οξυγόνο είναι τα κύρια συστατικά, αν και υπάρχουν επίσης και διοξείδιο του άνθρακα και κάποια άλλα αέρια.
Εξηγήστε ότι τα άτομα τείνουν να είναι πιο σταθερά όταν το εξωτερικό τους κέλυφος είναι γεμάτο, δηλ. Περιέχει το μέγιστο αριθμό ηλεκτρονίων. Το μαγνήσιο έχει μόνο δύο ηλεκτρόνια στο εξώτατο κέλυφος του, έτσι τείνει να τα απομακρύνει. το θετικά φορτισμένο ιόν που σχηματίζεται από αυτή τη διαδικασία, το ιόν Mg + 2, έχει ένα πλήρες εξωτερικό κέλυφος. Το οξυγόνο, αντίθετα, τείνει να αποκτήσει δύο ηλεκτρόνια, τα οποία γεμίζουν το εξωτερικό του κέλυφος.
Επισημάνετε ότι μόλις το οξυγόνο έχει πάρει δύο ηλεκτρόνια από το μαγνήσιο, έχει περισσότερα ηλεκτρόνια από τα πρωτόνια, οπότε έχει ένα καθαρό αρνητικό φορτίο. Το άτομο μαγνησίου, αντίθετα, έχει χάσει δύο ηλεκτρόνια, οπότε τώρα έχει περισσότερα πρωτόνια από τα ηλεκτρόνια και επομένως ένα καθαρό θετικό φορτίο. Αυτά τα θετικά και αρνητικά φορτισμένα ιόντα έλκονται μεταξύ τους, έτσι ώστε να έρχονται μαζί για να σχηματίσουν μια δομή τύπου πλέγματος.
Εξηγήστε ότι όταν το μαγνήσιο και το οξυγόνο συνδυάζονται, το προϊόν, το οξείδιο του μαγνησίου, έχει χαμηλότερη ενέργεια από τα αντιδραστήρια. Η χαμένη ενέργεια εκπέμπεται ως θερμότητα και φως, γεγονός που εξηγεί τη λαμπρή λευκή φλόγα που βλέπετε. Η ποσότητα της θερμότητας είναι τόσο μεγάλη ώστε το μαγνήσιο να μπορεί να αντιδράσει με άζωτο και διοξείδιο του άνθρακα, τα οποία και τα δύο είναι συνήθως πολύ ανενεργά.
Διδάξτε στο ακροατήριό σας ότι μπορείτε να υπολογίσετε πόση ενέργεια απελευθερώνεται από αυτή τη διαδικασία, διαιρώντας την σε διάφορα βήματα. Η θερμότητα και η ενέργεια μετριούνται σε μονάδες που ονομάζονται joules, όπου ένα kilojoule είναι χίλια joules. Η εξάτμιση μαγνησίου στην αέρια φάση διαρκεί περίπου 148 kJ / mole, όπου ένα γραμμομόριο είναι 6.022 χ 10-23 άτομα ή σωματίδια. δεδομένου ότι η αντίδραση περιλαμβάνει δύο άτομα μαγνησίου για κάθε μόριο οξυγόνου 02, πολλαπλασιάστε τον αριθμό αυτό κατά 2 για να πάρετε 296 kJ. Το ιονισμό του μαγνησίου απαιτεί επιπλέον 4374 kJ, ενώ η διάσπαση του O2 σε μεμονωμένα άτομα παίρνει 448 kJ. Η προσθήκη των ηλεκτρονίων στο οξυγόνο διαρκεί 1404 kJ. Η προσθήκη όλων αυτών των αριθμών σας δίνει 6522 kJ που δαπανήθηκαν. Όλα αυτά ανακτώνται από την ενέργεια που απελευθερώνεται όταν τα ιόντα μαγνησίου και οξυγόνου συνδυάζονται στη δομή πλέγματος: 3850 kJ ανά mole ή 7700 kJ για τα δύο γραμμομόρια MgO που παράγονται από την αντίδραση. Το καθαρό αποτέλεσμα είναι ότι ο σχηματισμός οξειδίου του μαγνησίου απελευθερώνει 1206 kJ για δύο γραμμομόρια προϊόντος ή 603 kJ ανά γραμμομόριο.
Αυτός ο υπολογισμός δεν σας λέει τι συμβαίνει πραγματικά, φυσικά? ο πραγματικός μηχανισμός της αντίδρασης συνεπάγεται συγκρούσεις μεταξύ ατόμων. Αλλά σας βοηθά να καταλάβετε από πού προέρχεται η ενέργεια που απελευθερώνεται από αυτή τη διαδικασία. Η μεταφορά ηλεκτρονίων από μαγνήσιο σε οξυγόνο, ακολουθούμενη από το σχηματισμό ιοντικών δεσμών μεταξύ των δύο ιόντων, απελευθερώνει μεγάλη ποσότητα ενέργειας. Η αντίδραση περιλαμβάνει ορισμένα βήματα που απαιτούν ενέργεια, φυσικά, γι 'αυτό πρέπει να τροφοδοτήσετε θερμότητα ή σπινθήρα από έναν αναπτήρα για να το ξεκινήσετε. Μόλις το κάνετε, απελευθερώνει τόση θερμότητα ώστε η αντίδραση να συνεχιστεί χωρίς περαιτέρω παρέμβαση.