Sisu
Kui elementaarne magneesium põleb õhus, ühendab see hapnikuga ioonse ühendi, mida nimetatakse magneesiumoksiidiks või MgO-ks. Magneesium võib kombineeruda ka lämmastikuga, moodustades magneesiumnitriidi, Mg3N2, ja võib reageerida ka süsinikdioksiidiga. Reaktsioon on hoogne ja saadud leek on särava valge värvusega. Ühel hetkel kasutati fotograafias kasutatavates lambipirnides valguse genereerimiseks põletavat magneesiumi, ehkki tänapäeval on oma koha võtnud elektrilised lambid. Sellest hoolimata on see endiselt populaarne klassiruumi meeleavaldus.
Tuletage publikule meelde, et õhk on segu gaasidest; lämmastik ja hapnik on peamised koostisosad, kuigi esinevad ka süsinikdioksiid ja mõned muud gaasid.
Selgitage, et aatomid kipuvad olema stabiilsemad, kui nende välimine kest on täis, st sisaldab maksimaalset elektronide arvu. Magneesiumil on kõige välimises kestas ainult kaks elektroni, nii et see kipub need ära andma; selles protsessis moodustatud positiivselt laetud ioonil, Mg + 2-ioonil on täielik väliskest. Hapnik seevastu kipub saama kaks elektroni, mis täidab selle välimise kesta.
Pange tähele, et kui hapnik on magneesiumist saanud kaks elektroni, on selles rohkem elektrone kui prootoneid, seega on sellel neto negatiivne laeng. Magneesiumi aatom seevastu on kaotanud kaks elektroni, nii et selles on nüüd rohkem prootoneid kui elektrone ja seega neto positiivne laeng. Need positiivselt ja negatiivselt laetud ioonid tõmbuvad üksteise külge, nii et nad moodustavad võre tüüpi struktuuri.
Selgitage, et magneesiumi ja hapniku kombineerimisel on toote, magneesiumoksiidi, energiat vähem kui reagentidel. Kadunud energia eraldub soojuse ja valguse kujul, mis seletab säravat valget leeki, mida te näete. Soojuse hulk on nii suur, et magneesium suudab reageerida ka lämmastiku ja süsinikdioksiidiga, mis mõlemad on tavaliselt väga reageerimatud.
Õpetage publikule, et saate aru saada, kui palju energiat see protsess eraldab, jaotades selle mitmeks etapiks. Soojust ja energiat mõõdetakse ühikutes, mida nimetatakse džaulideks, kus kilodžaul on tuhat džaulit. Magneesiumi aurustamiseks gaasifaasiks kulub umbes 148 kJ / mool, kus mooli on 6,022 x 10 ^ 23 aatomit või osakest; kuna reaktsioon hõlmab kahte magneesiumi aatomit iga O2 hapniku molekuli kohta, korrutage see arv 2-ga, et kulutada 296 kJ. Magneesiumi ioniseerimiseks kulub täiendavalt 4374 kJ, samal ajal kui hapniku eraldamine üksikuteks aatomiteks võtab 448 kJ. Elektronite lisamine hapnikule võtab 1404 kJ. Kõigi nende numbrite liitmisel saate 6522 kJ kulutatud. Kõik see saadakse siiski energia abil, mis vabaneb, kui magneesiumi- ja hapnikuioonid ühinevad võrestruktuuriks: 3850 kJ mooli kohta või 7700 kJ kahe mooli MgO kohta, mis tekib reaktsiooni käigus. Lõpptulemus on see, et magneesiumoksiidi moodustumisel vabaneb kahe moodustunud produkti mooli korral 1206 kJ ehk 603 kJ mooli kohta.
See arvutus ei ütle teile muidugi seda, mis tegelikult toimub; reaktsiooni tegelik mehhanism hõlmab aatomite vahelisi kokkupõrkeid. Kuid see aitab teil mõista, kust selle protsessi käigus vabanev energia pärineb. Elektronide ülekandmine magneesiumist hapnikku, millele järgneb iooniliste sidemete moodustumine kahe iooni vahel, vabastab suure hulga energiat. Reaktsioon hõlmab muidugi mõnda energiat vajavat sammu, mistõttu peate selle käivitamiseks andma soojuse või sädeme tulemasinast. Kui olete seda teinud, eraldab see nii palju soojust, et reaktsioon jätkub ilma edasise sekkumiseta.