マグネシウム元素が空気中で燃焼すると、酸素と結合して酸化マグネシウムまたは MgO と呼ばれるイオン化合物を形成します。また、マグネシウムは窒素と結合して窒化マグネシウム Mg3N2 を形成し、二酸化炭素とも反応します。反応は激しく、結果として生じる炎は鮮やかな白色です。ある時点では、写真用フラッシュバルブの光を生成するためにマグネシウムの燃焼が使用されていましたが、今日では電気フラッシュバルブが代わりになっています.それにもかかわらず、教室でのデモンストレーションとして人気があります。
<オール>空気はガスの混合物であることを聴衆に思い出させてください。窒素と酸素が主成分ですが、二酸化炭素とその他のガスも存在します。
原子は、最外殻がいっぱいのとき、つまり最大数の電子を含んでいるときに、より安定する傾向があることを説明してください。マグネシウムの最外殻には電子が 2 つしかないため、これらの電子を放出する傾向があります。このプロセスで形成される正電荷を帯びたイオンである Mg+2 イオンは、完全な外殻を持っています。対照的に、酸素は 2 つの電子を獲得する傾向があり、最も外側の殻を満たします。
酸素がマグネシウムから 2 つの電子を獲得すると、陽子よりも多くの電子を持っているため、正味の負電荷を持つことを指摘します。対照的に、マグネシウム原子は2つの電子を失ったため、電子よりも多くの陽子を持ち、正味の正電荷を持っています.これらの正と負に帯電したイオンは互いに引き付け合うため、集まって格子型構造を形成します。
マグネシウムと酸素が結合すると、生成物である酸化マグネシウムは反応物よりもエネルギーが低くなることを説明します。失われたエネルギーは、熱と光として放出されます。これが、あなたが見ている鮮やかな白い炎を説明しています。熱量が非常に大きいため、マグネシウムは窒素や二酸化炭素とも反応する可能性がありますが、これらは通常非常に反応しません.
このプロセスをいくつかのステップに分割することで、このプロセスによってどれだけのエネルギーが放出されるかを把握できることを聴衆に教えてください。熱とエネルギーはジュールと呼ばれる単位で測定されます。1 キロジュールは 1000 ジュールです。マグネシウムを気相に蒸発させるには、約 148 kJ/モルが必要です。ここで、1 モルは 6.022 x 10^23 原子または粒子です。この反応には O2 酸素分子ごとに 2 つのマグネシウム原子が関与するため、この数値に 2 を掛けると 296 kJ が費やされます。マグネシウムのイオン化にはさらに 4374 kJ かかり、O2 を個々の原子に分解するには 448 kJ かかります。酸素に電子を追加するには、1404 kJ かかります。これらの数値をすべて合計すると、消費される 6522 kJ が得られます。ただし、これらはすべて、マグネシウムと酸素イオンが格子構造に結合するときに放出されるエネルギーによって回復されます。1 モルあたり 3850 kJ、または反応によって生成される 2 モルの MgO では 7700 kJ です。正味の結果は、酸化マグネシウムの形成により、形成された生成物 2 モルに対して 1206 kJ、または 1 モルあたり 603 kJ が放出されることです。
もちろん、この計算は実際に何が起こっているかを示しているわけではありません。反応の実際のメカニズムには、原子間の衝突が含まれます。しかし、このプロセスによって放出されるエネルギーがどこから来るのかを理解するのに役立ちます.マグネシウムから酸素への電子の移動と、それに続く 2 つのイオン間のイオン結合の形成により、大量のエネルギーが放出されます。もちろん、反応にはエネルギーを必要とするいくつかのステップが含まれます。そのため、キックスタートするにはライターから熱または火花を供給する必要があります。これを行うと、非常に多くの熱が放出されるため、それ以上介入しなくても反応が継続します。
必要なもの
- 黒板
- チョーク
ヒント
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教室でのデモンストレーションを計画している場合は、マグネシウムを燃やすことは潜在的に危険であることを覚えておいてください。これは高熱反応であり、マグネシウムの火に二酸化炭素または水消火器を使用すると、実際にはさらに悪化します.
