Inledning och pedagogiskt syfte

I en kvävemolekyl, N2, binder atomerna till varandra med en trippelbindning. Det gör att bindningen mellan kväveatomerna blir mycket stark, och att kvävgas är så gott som helt inert. Vid hög temperatur kan dock bindningen brytas, vilket sker i den här demonstrationen.

I demonstrationen får eleverna inte bara se en intressant reaktion äga rum. De får också ett utmärkt tillfälle till att öva på att skriva formler för jonföreningar och reaktionsformler. Om man har hunnit längre in i kursen kan man också diskutera reaktionernas termodynamik med eleverna.

Material

  • Granulerat magnesium (magnesiumpulver funkar sämre)
  • Värmebeständigt underlag, till exempel en tegelsten
  • Bägare 400–600 ml
  • Handhållen brännare
  • Hothand ("grytlapp") eller bägartång
  • Spatel
  • Sprutflaska med avjonat vatten
  • Indikatorpapper

Bildning av magnesiumnitrid.Bildning av magnesiumnitrid.

Gör såhär

  1. Häll upp en hög med magnesium på tegelstenen. Högen ska kunna täckas helt av bägaren, vilket innebär att basen på högen ska ha cirka 4–5 cm diameter.
  2. Värm med den varmaste delen av lågan mot högens centrum. Efter en stund börjar magnesiumet att glöda och bilda magnesiumoxid, MgO.
  3. Sätt bägaren upp-och-ner över högen. Efter en stund har så mycket av luftens syre inne i bägaren förbrukats, att magnesiumet istället reagerar med luftens kvävgas. Det bildas då fast magnesiumnitrid, Mg3N2(s).
  4. När reaktionen avstannat, lyft försiktigt på bägaren.
  5. Använd en spatel för att undersöka insidan av högen. Magnesiumnitriden är gul-grön till färgen och kan skiljas från magnesiumoxiden, som är vit.
  6. Fukta en bit indikatorpapper. Spruta lite vatten på magnesiumnitriden och håll indikatorpappret ovanför. Vattnet reagerar med nitridjonerna, som omvandlas till ammoniak, NH3(g). Denna färgar indikatorpappret blått.
  7. Reaktionen mellan vatten och nitridjoner är exoterm. Det gör att reaktionen mellan magnesium + syre, och magnesium + kväve eventuellt kan fortsätta. Sätt bara bägaren över reaktionshögen igen, och upprepa påvisningen av nitrider igen om det behövs.

Diskutera med eleverna!

  1. Vad bildas när magnesium reagerar med syre? Hur ser reaktionsformeln ut?
    (2Mg + O2 → 2MgO)
  2. Vad bildas när magnesium reagerar med kväve? Hur ser reaktionsformeln ut?
    (3Mg + N2 → Mg3N2)
  3. När magnesiumnitrid reagerar med vatten bildas magnesiumhydroxid och ammoniak. 
    1. Vad har magnesiumhydroxiden för formel?
    2. Hur ser reaktionsformeln ut?
      (Mg3N2 + 6H2O → 3Mg(OH)2 + 2NH3)

Om man har kommit längre in i kursen när demonstrationen utförs kan man också diskutera följande frågor med eleverna:

  1. Är reaktionen mellan magnesium och syre endoterm eller exoterm? Hur kan man veta det? (Exoterm, eftersom det lyser och blir varmt.)
  2. Är reaktionen mellan magnesium och kväve endoterm eller exoterm? Hur kan man veta det? (Exoterm, eftersom det lyser och blir varmt.)
  3. Är aktiveringsenergin för reaktionen mellan magnesium och kväve hög eller låg? Hur kan man veta det? (Hög, eftersom vi måste tillföra rejält med energi för att reaktionen ska sätta igång, och eftersom vi också vet av erfarenhet att kvävgas är väldigt reaktionströgt.)
  4. Är reaktionen mellan magnesiumnitrid och vatten endoterm eller exoterm? Hur kan man veta det? (Exoterm, eftersom det blir varmt.)

Riskanalys

Demonstrationen är riskfylld. Samtliga reaktioner i demonstrationen är exoterma och måste utföras på ett värmebeständigt underlag och under draghuv eller i dragskåp. Labbrock och skyddsglasögon måste bäras under hela demonstrationen. Om demonstrationen utförs på katedern måste plexglasskärm sättas upp. Magnesiumnitrid är brandfarligt och skadligt. Säkrast är att låta all magnesiumnitrid reagera med vatten, och sedan neutralisera alltsammans med saltsyra innan restprodukterna slängs. Var uppmärksam på att pH inte får understiga 4 innan det hälls ut i avloppet.