Lorsque le magnésium élémentaire brûle dans l'air, il se combine avec l'oxygène pour former un composé ionique appelé oxyde de magnésium ou MgO. Le magnésium peut également se combiner avec l'azote pour former du nitrure de magnésium, Mg3N2, et peut également réagir avec le dioxyde de carbone. La réaction est vigoureuse et la flamme qui en résulte est d'une couleur blanche brillante. À un moment donné, la combustion du magnésium a été utilisé pour générer de la lumière dans les flashs de photographie, bien qu'aujourd'hui les ampoules électriques ont pris sa place. Cela reste néanmoins une démonstration populaire en classe.
Rappelez à votre auditoire que l'air est un mélange de gaz; l'azote et l'oxygène sont les principaux constituants, bien que le dioxyde de carbone et d'autres gaz soient également présents.
Expliquez que les atomes tendent à être plus stables lorsque leur enveloppe extérieure est pleine, c'est-à-dire qu'elle contient le maximum d'électrons. Le magnésium n'a que deux électrons dans sa coquille la plus à l'extérieur, donc il tend à les éloigner; l'ion chargé positivement formé par ce processus, l'ion Mg + 2, a une enveloppe externe complète. L'oxygène, en revanche, a tendance à gagner deux électrons, ce qui remplit son enveloppe extérieure.
Soulignez qu'une fois que l'oxygène a gagné deux électrons du magnésium, il a plus d'électrons que de protons, donc il a une charge négative nette . L'atome de magnésium, en revanche, a perdu deux électrons, donc il a maintenant plus de protons que d'électrons et donc une charge positive nette. Ces ions chargés positivement et négativement sont attirés l'un par l'autre, ils s'assemblent pour former une structure de type treillis.
Expliquer que lorsque le magnésium et l'oxygène sont combinés, le produit, l'oxyde de magnésium, a une énergie inférieure à réactifs. L'énergie perdue est émise sous forme de chaleur et de lumière, ce qui explique la flamme blanche brillante que vous voyez. La quantité de chaleur est telle que le magnésium peut réagir avec l'azote et le dioxyde de carbone, qui sont généralement très peu réactifs.
Apprenez à votre auditoire que vous pouvez calculer la quantité d'énergie libérée par ce processus en le casser en plusieurs étapes. La chaleur et l'énergie sont mesurées en unités appelées joules, où un kilojoule est de mille joules. La vaporisation du magnésium dans la phase gazeuse prend environ 148 kJ /mole, où une mole est de 6,022 x 10 ^ 23 atomes ou particules; Puisque la réaction implique deux atomes de magnésium pour chaque molécule d'oxygène O2, multipliez ce chiffre par 2 pour obtenir 296 kJ dépensés. L'ionisation du magnésium prend 4374 kJ supplémentaires, tandis que la décomposition de l'O2 en atomes individuels prend 448 kJ. Ajouter les électrons à l'oxygène prend 1404 kJ. L'addition de tous ces nombres vous donne 6522 kJ dépensés. Tout cela est récupéré, cependant, par l'énergie libérée lorsque les ions magnésium et oxygène se combinent dans la structure du réseau: 3850 kJ par mole ou 7700 kJ pour les deux moles de MgO produites par la réaction. Le résultat net est que la formation d'oxyde de magnésium libère 1206 kJ pour deux moles de produit formé ou 603 kJ par mole.
Ce calcul ne vous dit pas ce qui se passe réellement, bien sûr; le mécanisme réel de la réaction implique des collisions entre atomes. Mais cela vous aide à comprendre d'où vient l'énergie libérée par ce processus. Le transfert d'électrons du magnésium à l'oxygène, suivi par la formation de liaisons ioniques entre les deux ions, libère une grande quantité d'énergie. La réaction implique certaines étapes qui nécessitent de l'énergie, bien sûr, c'est pourquoi vous devez fournir de la chaleur ou une étincelle d'un briquet pour le lancer. Une fois que vous avez fait cela, il libère tellement de chaleur que la réaction continue sans autre intervention.
Astuce
Si vous planifiez une démonstration en classe, rappelez-vous que brûler du magnésium est potentiellement dangereux ; il s'agit d'une réaction à haute température, et l'utilisation d'un extincteur à dioxyde de carbone ou à eau sur un feu de magnésium aggravera la situation.
