Hvordan forklare hva som skjer når vi brenner Magnesium Metal
Når elemental magnesium brenner i luft, og kombinerer det med oksygen for å danne en ionisk stoff kalt magnesiumoksid eller MgO. Magnesium kan også kombineres med nitrogen for å danne magnesium-nitrid, Mg3N2, og kan reagere med karbondioksyd i tillegg. Reaksjonen er kraftig og den resulterende flammen er et strålende hvitt i farge. På et tidspunkt brant magnesium brukt til å generere lys i fotografering lynlyspærer, selv om dagens elektriske lynlyspærer har tatt sin plass. Det er fortsatt en populær klasserom demonstrasjon likevel.
Bruksanvisning
1 Minn publikum at luft er en blanding av gasser; nitrogen og oksygen er hovedbestanddelene, selv om karbondioksyd og noen andre gasser som er tilstede i tillegg.
2 Forklar at atomer har en tendens til å være mer stabil når deres ytterste skallet er fullt, dvs. inneholder det maksimale antall elektroner. Magnesium har bare to elektroner i sitt ytterste skall, så det har en tendens til å gi disse bort; positivt ladet ion dannet ved denne prosess, Mg + 2-ioner, har en fullstendig ytre skall. Oksygen, derimot, har en tendens til å få to elektroner, som fyller sin ytterste skall.
3 Påpek at når oksygen har fått to elektroner fra magnesium, har det flere elektroner enn protoner, så det har en netto negativ ladning. Den magnesiumatom, derimot, har mistet to elektroner, slik at det nå er flere protoner enn elektroner og derfor en netto positiv ladning. Disse positivt og negativt ladede ioner tiltrekkes til hverandre, slik at de kommer sammen for å danne en gittertype-struktur.
4 Forklare at når magnesium og oksygen kombineres, med produktet, magnesiumoksid, lavere energi enn reaktantene. Energien tapt avgis som varme og lys, noe som forklarer den briljante hvite flamme som du ser. Den varmemengde som er så stor at magnesium kan reagere med nitrogen og karbondioksid som også, som begge er vanligvis meget ureaktive.
5 Lær publikum at du kan finne ut hvor mye energi som frigjøres ved denne prosessen ved å bryte det opp i flere trinn. Varme og energi er målt i enheter kalt joule, hvor en kilojoule er tusen joule. Fordampe magnesium til gassfasen tar omtrent 148 kJ / mol, hvor et mol er 6.022 x 10 ^ 23 atomer eller partikler; da reaksjonen involverer to atomer av magnesium for hver O2 oksygenmolekyl, multiplisere dette tallet med 2 for å få 296 kJ forbruk. Ioniserende magnesium tar en ekstra 4374 kJ, mens bryte O2 opp i individuelle atomer tar 448 kJ. Legge elektroner til oksygen tar 1404 kJ. Legge opp alle disse tallene gir deg 6522 kJ brukt. Alt dette er gjenopprettet, men ved den energien som frigjøres når magnesium- og oksygenioner kombineres til gitterstrukturen: 3850 kJ pr mol eller 7700 kJ for de to mol MgO fremstilt ved reaksjonen. Nettoresultatet er at dannelsen av magnesiumoksyd frigjør 1206 kJ for to mol produkt dannet eller 603 kJ pr mol.
Denne beregningen ikke fortelle deg hva som er faktisk skjer, selvfølgelig; selve mekanismen for reaksjonen innbefatter kollisjon mellom atomer. Men det hjelper deg til å forstå hvor energien som frigjøres ved denne prosessen kommer fra. Overføring av elektroner fra magnesium til oksygen, etterfulgt av dannelse av ionebindinger mellom de to ioner, frigir en stor mengde energi. Reaksjonen involverer noen trinn som krever energi, selvfølgelig, det er derfor du trenger å tilføre varme eller en gnist fra en lighter for å kickstart den. Når du har gjort det, frigjør det så mye varme at reaksjonen fortsetter uten ytterligere inngrep.
Hint
- Hvis du planlegger et klasserom demonstrasjon, husk at brennende magnesium er potensielt farlig; Dette er en høy varme reaksjon, og ved å bruke en karbondioksyd eller vann brannslukningsapparat på en magnesium brann vil faktisk gjør det mye verre.