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Cuando el magnesio elemental se quema en el aire, se combina con oxígeno para formar un compuesto iónico llamado óxido de magnesio o MgO. El magnesio también se puede combinar con nitrógeno para formar nitruro de magnesio, Mg3N2, y también puede reaccionar con dióxido de carbono. La reacción es vigorosa y la llama resultante es de un color blanco brillante. En un momento, la quema de magnesio se utilizó para generar luz en las bombillas de fotografía, aunque hoy en día las bombillas eléctricas han ocupado su lugar. Sin embargo, sigue siendo una demostración popular en el aula.
Recuerde a su audiencia que el aire es una mezcla de gases; El nitrógeno y el oxígeno son los componentes principales, aunque también están presentes el dióxido de carbono y algunos otros gases.
Explique que los átomos tienden a ser más estables cuando su capa más externa está llena, es decir, contiene su número máximo de electrones. El magnesio tiene solo dos electrones en su capa más externa, por lo que tiende a regalarlos; El ion cargado positivamente formado por este proceso, el ion Mg + 2, tiene una capa externa completa. El oxígeno, por el contrario, tiende a ganar dos electrones, que llenan su capa más externa.
Señale que una vez que el oxígeno ha ganado dos electrones del magnesio, tiene más electrones que protones, por lo que tiene una carga negativa neta. El átomo de magnesio, por el contrario, ha perdido dos electrones, por lo que ahora tiene más protones que electrones y, por lo tanto, una carga neta positiva. Estos iones cargados positiva y negativamente se atraen entre sí, por lo que se unen para formar una estructura de tipo reticular.
Explique que cuando se combinan el magnesio y el oxígeno, el producto, el óxido de magnesio, tiene menos energía que los reactivos. La energía perdida se emite como calor y luz, lo que explica la llama blanca brillante que ves. La cantidad de calor es tan grande que el magnesio también puede reaccionar con el nitrógeno y el dióxido de carbono, que generalmente son muy poco reactivos.
Enseñe a su audiencia que puede determinar cuánta energía libera este proceso dividiéndolo en varios pasos. El calor y la energía se miden en unidades llamadas julios, donde un kilojulio es mil julios. La vaporización de magnesio a la fase gaseosa requiere aproximadamente 148 kJ / mol, donde un mol es 6.022 x 10 ^ 23 átomos o partículas; Como la reacción involucra dos átomos de magnesio por cada molécula de oxígeno O2, multiplique esta cifra por 2 para obtener 296 kJ gastados. Ionizar el magnesio requiere 4374 kJ adicionales, mientras que dividir el O2 en átomos individuales requiere 448 kJ. Agregar los electrones al oxígeno requiere 1404 kJ. Sumar todos estos números te da 6522 kJ gastados. Sin embargo, todo esto se recupera por la energía liberada cuando los iones de magnesio y oxígeno se combinan en la estructura reticular: 3850 kJ por mol o 7700 kJ por los dos moles de MgO producidos por la reacción. El resultado neto es que la formación de óxido de magnesio libera 1206 kJ por dos moles de producto formado o 603 kJ por mol.
Este cálculo no te dice qué está pasando realmente, por supuesto; El mecanismo real de la reacción implica colisiones entre átomos. Pero sí le ayuda a comprender de dónde proviene la energía liberada por este proceso. La transferencia de electrones del magnesio al oxígeno, seguida de la formación de enlaces iónicos entre los dos iones, libera una gran cantidad de energía. La reacción implica algunos pasos que requieren energía, por lo que es necesario suministrar calor o una chispa de un encendedor para arrancarlo. Una vez que lo haya hecho, libera tanto calor que la reacción continúa sin ninguna otra intervención.