Sisältö
Kun alkuainemagneesiumi palaa ilmassa, se yhdistyy hapen kanssa muodostaen ionisen yhdisteen, jota kutsutaan magnesiumoksidiksi tai MgO: ksi. Magnesium voi myös yhdistyä typen kanssa muodostaen magnesiumnitridiä, Mg3N2, ja voi reagoida myös hiilidioksidin kanssa. Reaktio on voimakasta ja tuloksena saatu liekki on väriltään loistavan valkoinen. Yhdessä vaiheessa palavaa magnesiumia käytettiin valon tuottamiseen valokuvauslamppuissa, vaikka nykyään sähköiset salamavalot ovat ottaneet paikkansa. Se on kuitenkin suosittu luokkahuoneesittely.
Muistuta yleisöllesi, että ilma on sekoitus kaasuja; typpi ja happi ovat pääaineosat, vaikka hiilidioksidia ja joitain muita kaasuja on myös läsnä.
Selitä, että atomeilla on taipumus olla vakaampia, kun niiden uloin kuori on täynnä, ts. Sisältää sen maksimimäärän elektroneja. Magnesiumin uloimmassa kuoressa on vain kaksi elektronia, joten sillä on taipumus antaa nämä pois; tällä prosessilla muodostetulla positiivisesti varautuneella ionilla, Mg + 2-ionilla, on täysi ulkokuori. Happi sitä vastoin pyrkii saamaan kaksi elektronia, joka täyttää uloimman kuoren.
Huomaa, että kun happi on saavuttanut kaksi elektronia magnesiumista, siinä on enemmän elektroneja kuin protoneja, joten sillä on negatiivinen nettovaraus. Magnesiumiatomi sitä vastoin on menettänyt kaksi elektronia, joten siinä on nyt enemmän protoneja kuin elektroneja ja siten positiivinen nettovaraus. Nämä positiivisesti ja negatiivisesti varautuneet ionit vetäytyvät toisiinsa, joten ne muodostavat yhdessä hilatyyppisen rakenteen.
Selitä, että kun magnesium ja happi yhdistetään, tuotteen, magnesiumoksidin, energia on alhaisempi kuin reagenssien. Kadotettu energia emittoituu lämmönä ja valona, mikä selittää näkemäsi loistavan valkoisen liekin. Lämpömäärä on niin suuri, että magnesium voi reagoida myös typen ja hiilidioksidin kanssa, jotka molemmat ovat yleensä hyvin reagoimattomia.
Opeta yleisölle, että voit selvittää, kuinka paljon energiaa vapautuu tällä prosessilla jakamalla se useisiin vaiheisiin. Lämpö ja energia mitataan yksiköissä, joita kutsutaan jouleiksi, joissa kilojoule on tuhat joulea. Magnesiumin höyrystäminen kaasufaasiin vie noin 148 kJ / mooli, missä mooli on 6,022 x 10 ^ 23 atomia tai hiukkasia; koska reaktio sisältää kaksi magnesiumiatomia kutakin O2-happimolekyyliä varten, kerro tämä luku kahdella saadaksesi 296 kJ käytetyksi. Magionin ionisointi vie lisää 4374 kJ, kun taas hapen jakaminen yksittäisiksi atomiksi vie 448 kJ. Elektronien lisääminen happeeseen vie 1404 kJ. Kaikkien näiden lukujen summaaminen johtaa 6522 kJ: n kulutukseen. Kaikki tämä hyödynnetään kuitenkin energialla, joka vapautuu, kun magnesium- ja happea-ionit yhdistyvät hilarakenteeseen: 3850 kJ moolia kohti tai 7700 kJ molemmilla MgO-moolia, jotka reaktio tuottaa. Lopputulos on, että magnesiumoksidin muodostuminen vapauttaa 1206 kJ kahdelle muodostuneen tuotteen moolille tai 603 kJ moolia kohti.
Tämä laskelma ei kerro, mitä tietysti tapahtuu; reaktion todellinen mekanismi sisältää atomien väliset törmäykset. Mutta se auttaa sinua ymmärtämään mistä tämän prosessin vapauttama energia tulee. Elektronien siirtyminen magnesiumista happea, jota seuraa ionisten sidosten muodostuminen kahden ionin välille, vapauttaa suuren määrän energiaa. Reaktio sisältää tietysti tietyt energiaa vaativat vaiheet, minkä vuoksi sinun on syötettävä lämpöä tai kipinää sytyttimestä käynnistääksesi se. Kun olet tehnyt niin, se vapauttaa niin paljon lämpöä, että reaktio jatkuu ilman lisätoimenpiteitä.