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Quando il magnesio elementare brucia nell'aria, si combina con l'ossigeno per formare un composto ionico chiamato ossido di magnesio o MgO. Il magnesio può anche combinarsi con azoto per formare nitruro di magnesio, Mg3N2, e può anche reagire con l'anidride carbonica. La reazione è vigorosa e la fiamma risultante è di un bianco brillante. Ad un certo punto, la combustione del magnesio è stata utilizzata per generare luce nelle lampadine fotografiche, sebbene oggi le lampadine elettriche abbiano preso il suo posto. Resta comunque una dimostrazione di classe popolare.
Ricorda al tuo pubblico che l'aria è una miscela di gas; azoto e ossigeno sono i principali costituenti, sebbene siano presenti anche anidride carbonica e altri gas.
Spiega che gli atomi tendono ad essere più stabili quando il loro guscio più esterno è pieno, cioè contiene il suo numero massimo di elettroni. Il magnesio ha solo due elettroni nel suo guscio più esterno, quindi tende a darli via; lo ione caricato positivamente formato da questo processo, lo ione Mg + 2, ha un guscio esterno completo. L'ossigeno, al contrario, tende a guadagnare due elettroni, che riempie il suo guscio più esterno.
Fai notare che una volta che l'ossigeno ha guadagnato due elettroni dal magnesio, ha più elettroni che protoni, quindi ha una carica netta negativa. L'atomo di magnesio, al contrario, ha perso due elettroni, quindi ora ha più protoni degli elettroni e quindi una carica netta positiva. Questi ioni caricati positivamente e negativamente sono attratti l'uno dall'altro, quindi si uniscono per formare una struttura di tipo reticolare.
Spiega che quando si combinano magnesio e ossigeno, il prodotto, l'ossido di magnesio, ha un'energia inferiore rispetto ai reagenti. L'energia persa viene emessa come calore e luce, il che spiega la brillante fiamma bianca che vedi. La quantità di calore è così grande che il magnesio può reagire anche con azoto e anidride carbonica, che di solito sono entrambi molto non reattivi.
Insegna al tuo pubblico che puoi capire quanta energia viene rilasciata da questo processo suddividendolo in più fasi. Il calore e l'energia sono misurati in unità chiamate joule, dove un chilojoule è di mille joule. La vaporizzazione del magnesio alla fase gassosa richiede circa 148 kJ / mole, dove una mole è 6,022 x 10 ^ 23 atomi o particelle; poiché la reazione coinvolge due atomi di magnesio per ogni molecola di ossigeno O2, moltiplicare questa cifra per 2 per ottenere 296 kJ spesi. La ionizzazione del magnesio richiede 4374 kJ aggiuntivi, mentre la rottura dell'O2 in singoli atomi richiede 448 kJ. L'aggiunta di elettroni all'ossigeno richiede 1404 kJ. Sommare tutti questi numeri ti dà 6522 kJ spesi. Tutto ciò viene recuperato, tuttavia, dall'energia rilasciata quando gli ioni magnesio e ossigeno si combinano nella struttura reticolare: 3850 kJ per mole o 7700 kJ per le due moli di MgO prodotte dalla reazione. Il risultato netto è che la formazione di ossido di magnesio rilascia 1206 kJ per due moli di prodotto formato o 603 kJ per mole.
Questo calcolo non ti dice cosa sta realmente accadendo, ovviamente; l'attuale meccanismo della reazione comporta collisioni tra atomi. Ma ti aiuta a capire da dove viene l'energia rilasciata da questo processo. Il trasferimento di elettroni dal magnesio all'ossigeno, seguito dalla formazione di legami ionici tra i due ioni, rilascia una grande quantità di energia. La reazione comporta alcuni passaggi che richiedono energia, ovviamente, motivo per cui è necessario fornire calore o una scintilla da un accendino per avviarlo. Una volta fatto, rilascia così tanto calore che la reazione continua senza ulteriori interventi.