magnesium in wasser experiment

Ziel: Sieht man sich genau in seiner Umwelt um, so wird man verblüfft sein wie oft man reine chemische Verbindungen finden kann. Ein Beispiel ist der Bleistiftanspitzer, der abgesehen von den Varianten aus Plastik meist vollständig aus Magnesium besteht. Magnesium gehört zu den leichtesten Metallen (nach Beryllium) und weist einige bemerkenswerte Eigenschaften auf. In diesem Versuch soll die besondere Eigenschaft als starkes Reduktionsmittel untersucht werden. So verbrennt Magnesium nicht nur an der Luft, sondern z.B auch in einer CO 2 -, SO 2 -, NO 2 - oder Wasserdampfatmosphäre.

Geräte: Tigelzange, Bunsenbrenner oder Feuerzeug, Glaswolle, Reagenzglas (schwer schmelzbar), Glasrohr mit Spitze, durchbohrter Stopfen, Glaswolle, Stahlwolle, Brenner, 2 Kerzen, Stativmaterial

Chemikalien: Magnesium (entweder als Band oder in Form von Spänen, z.B. von einem Anspitzer), feuchter Sand

Sicherheitshinweise: Achtung: Beim Versuch entsteht sehr grelles Licht, das UV-Strahlung emittiert. Deshalb unbedingt eine dunkle Schutzbrille oder eine geeignete Sonnenbrille aufsetzen. Die Flamme nie länger direkt und wenn, dann nur sehr kurz betrachten! Im Falle eines außerkontrolle geratenen Magnesiumbrandes : NICHT mit CO 2 oder Wasser löschen! Das verstärkt nur den Brand! Wenn kein weiteres Übergreifen absehbar ist einfach ausbrennen lassen.

Magnesium (Mg): (keine Gefahreneinstufung)

Einverständniserklärung: Hiermit erklären Sie sich bereit den folgenden Versuch unter eigener Verantwortung und nur mit ausreichendem chemischen Wissen und geeigneten Schutzvorrichtungen durchzuführen! Der Autor kann für jegliche Personen- und Sachschäden durch mögliche Fehlversuche nicht haftbar gemacht werden. (siehe Sicherheitscheck bzw. Disclaimer )

Versuchsanleitung Nr.1 ( Verbrennung von Magnesium ): Magnesiumband oder -späne werden mit Hilfe eines Bunsenbrenners entzündet (Ein Feuerzeug eignet sich ebenso, jedoch dauert es wesentlich länger bis sich das Metal entzündet und es muss darauf geachtet werden, dass man nicht mit geschmolzenem Magnesium in Berührung kommt). Ist die Zündtemperatur erreicht beginnt die Verbrennung mit einer enorm hellen, gleissenden Flamme .

Versuchsanleitung Nr.2 ( Verbrennung in Wasserdampfatmosphäre ): Typ1: In einem Erlenmeyerkolben wird Wasser zum Kochen gebracht. Es wird zunächst ein brennendes Holzstäbchen in den Wasserdampf gehalten, es verlischt. Nun wird nun ein Stück brennendes Magnesium-Band in den Wasserdampf gehalten - es brennt weiter, gelegentlich ist an der Öffnung des Kolbens eine kleine, zusätzliche Flamme zu beobachten: ein Hinweis auf Wasserstoff. Typ2: In einem schwer schmelzbaren Reagenzglas wird Sand eingefüllt und mit Wasser angefeuchtet. Darüber wird als mechnischer Schutz etwas Glaswolle gelegt. Das Reagenzglas wird leicht schräg eingespannt, über die Glaswolle werden Magnesium-Späne eingefüllt, das Glas wird mit einer Düse verschlossen. Mit der nicht leuchtenden Brennerflamme wird zunächst das Wasser im Sand vorsichtig erhitzt, bis Wasserdampf aus dem Glasrohr austritt. Dann wird das Magnesium kräftig bis zum Glühen erhitzt. Durch leichtes Fächeln mit der Brennerflamme wird zwischendurch weiter der nasse Sand erhitzt. Sobald das Magnesium hell glüht, wird nur noch der nasse Sand erhitzt. An der Düse kann mit dem austretenden Gas die Knallgasprobe vorgenommen werden, bzw. kurz eine blaue Flamme beobachtet werden.

Entsorgung: (siehe auch Entsorgungsmaßnahmen ) Magnesiumoxid ist nicht giftig und kann im Hausmüll entsorgt werden.

Erklärung / Hintergrund: zu Nr.1 (Verbrennung von Magnesium ): Magnesium reagiert mit Sauerstoff in einer stark exothermen Reaktion nach folgender Reaktionsgleichung:

2Mg + O 2 ---> 2 MgO

Bei der Verbrennung auftretenden Temperaturen (bis zu 2400 °C) führen dazu, dass sich das Magnesiumoxid bis zur Weißglut erhitzt. Die Flamme ist dadurch so hell, dass von Magnesiumlicht bestrahlte Gegenstände auch noch im Sonnenlicht tiefe Schatten werfen. Die vorliegende Reaktion wurde in der Frühzeit der Fotografie in den sog. Blitzlichtpulvern ausgenutzt. Diese bestanden aus Magnesiumpulver und einem Oxidationsmittel z. B. Kaliumchlorat.

zu Nr.2 ( Verbrennung in Wasserdampfatmosphäre ): Das grelle Glühen resultiert aus der stark exothermen Oxidation von Magnesium. Der weiße pulvrige Stoff kann als Magnesiumoxid identifiziert werden. Der dafür notwendige Sauerstoff kann aber nicht aus der Luft im Reagenzglas stammen, denn dieser ist durch den Wasserdampf vollständig verdrängt worden. Bei genauem Beobachten ist das Entweichen des Wasserdampfes deutlich zu sehen. Als weiteres Reaktionsprodukt entsteht ein brennbares (und farbloses) Gas, Wasserstoff. Magnesium ist ein Element und kann bei der chemischen Reaktion keinen weiteren Stoff freigesetzt haben. Demzufolge kann dieses Gas nur aus dem Wasser stammen. Die Reaktion von Wasser mit Magnesium kann daher als Redoxreaktion betrachtet werden.

Reaktionen von Magnesium mit verschiedenen Gasen:

Links: Informationen über Magnesium: www.seilnacht.tuttlingen.com/Lexikon/12Magnes.htm www.chemie-master.de/pse/Mg.html www.goodfellow.com/csp/active/static/G/MG00.HTML www.uniterra.de/rutherford/ele012.htm

Chemie mit dem Bleistiftanspitzer : weitere chemische Versuche (Reaktion mit Säuren, Anspitzerkörper als Opferanode)

International Magnesium Association : (engl.) Weltweite Vereinigung aller mit Magnesium arbeitenden, verarbeitenden und forschenden Firmen

Magnesium - Der Körper braucht es täglich : Alles über die Aufgabe im Oranismus, Gründe für Magnesiummangel,...

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Reaction of magnesium and calcium with water - hydroxideformation

Article no. P1138000 | Type: Experiments

Description

This experiment introduces alkaline earth metals with calcium and magnesium as representatives. Magnesium and calcium both show high chemical reactivity. The experiment also shows the reaction of the latter with water and respective hydroxide formation.

• Experimental literature available for pupils and teachers: Minimum preparation time
• Hazard assessment for pupils and teachers available
• Easy teaching and efficient learning using the available interactive experiment literature

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The Reaction of Magnesium with Water

Magnesium, a silvery-white alkaline earth metal, exhibits a fascinating reaction with water. While it doesn't react as vigorously as some other alkali metals like sodium or potassium, it does react, albeit slowly at room temperature. Understanding this reaction requires delving into the chemical processes involved and the factors influencing its rate

The Chemical Equation

The reaction between magnesium and water can be represented by the following balanced chemical equation:

$$Mg(s) + 2H_{2}O(l) → Mg(OH)_{2}(aq) + H_{2}(g)$$ M g ( s ) + 2 H 2 ​ O ( l ) → M g ( O H ) 2 ​ ( a q ) + H 2 ​ ( g )

This equation tells us that solid magnesium (Mg) reacts with liquid water (H₂O) to produce aqueous magnesium hydroxide (Mg(OH)₂) and hydrogen gas (H₂)

The Reaction Mechanism

The reaction proceeds in several steps:

Initial Contact: When magnesium comes into contact with water, a thin layer of magnesium oxide (MgO) forms on its surface. This oxide layer acts as a barrier, slowing down the reaction

Breaking the Barrier: The water molecules, however, can still penetrate this oxide layer to a certain extent. This penetration is facilitated by the presence of impurities in the water or the presence of acidic conditions

Reaction with Water: Once the water molecules reach the magnesium surface, they react with the magnesium atoms. The magnesium atoms lose two electrons, forming magnesium ions (Mg²⁺), while the water molecules gain electrons, forming hydroxide ions (OH⁻) and hydrogen gas (H₂)

Formation of Magnesium Hydroxide: The magnesium ions and hydroxide ions then combine to form magnesium hydroxide (Mg(OH)₂), which dissolves in water

Factors Affecting the Reaction Rate

The rate of the reaction between magnesium and water is influenced by several factors:

Temperature: Increasing the temperature speeds up the reaction. This is because higher temperatures provide more energy to the molecules, increasing the frequency of collisions and the likelihood of successful reactions

Surface Area: A larger surface area of magnesium exposed to water leads to a faster reaction. This is due to more contact points for the water molecules to interact with the magnesium. For example, magnesium powder will react faster than a solid block of magnesium

Impurities: Impurities in the water, such as dissolved salts or acids, can accelerate the reaction. These impurities can disrupt the oxide layer on the magnesium surface, allowing water molecules to access the metal more readily

Acidity: A more acidic environment will also increase the reaction rate. This is because acids can react with the magnesium oxide layer, removing it and exposing the magnesium metal to the water

Visual Observations

Here's what you might observe during the reaction:

Slow Reaction at Room Temperature: At room temperature, the reaction is slow, and you might see only a slight bubbling or fizzing as hydrogen gas is released. The magnesium surface might appear dull or slightly corroded

Faster Reaction with Hot Water: If you heat the water, the reaction becomes more vigorous, with more noticeable bubbling and gas release. The magnesium might even start to dissolve in the water

Magnesium Hydroxide Formation: The formation of magnesium hydroxide is not always readily apparent, as it dissolves in water. However, if the reaction is allowed to proceed for a long time, a white precipitate of magnesium hydroxide might form

Applications and Importance

The reaction of magnesium with water is important in several contexts:

Corrosion: Magnesium is used in alloys for structural applications. While it's relatively corrosion-resistant, the reaction with water can contribute to corrosion over time, especially in environments with high humidity or acidic conditions

Hydrogen Production: The reaction of magnesium with water can be used to produce hydrogen gas. This is a potential source of clean energy, although the process is not yet commercially viable due to the slow reaction rate and the need for high temperatures

Fire Extinguishers: Magnesium is a highly reactive metal, and its reaction with water can be used to extinguish fires. Magnesium-based fire extinguishers are particularly effective in extinguishing fires involving flammable liquids

Safety Precautions

When working with magnesium and water, it's essential to take safety precautions:

Avoid Contact with Eyes: Magnesium hydroxide is a mild irritant, and contact with the eyes can cause discomfort. Wear safety goggles to protect your eyes

Handle with Care: Magnesium can be sharp or have rough edges. Handle it with care to avoid cuts or injuries

Ventilation: The reaction produces hydrogen gas, which is flammable. Ensure adequate ventilation to prevent the accumulation of hydrogen gas

Fire Extinguishers: Keep fire extinguishers readily available in case of accidental fire

The reaction of magnesium with water is a fascinating example of a chemical reaction that is influenced by various factors, including temperature, surface area, and impurities. While the reaction is relatively slow at room temperature, it becomes more vigorous at higher temperatures. This reaction has implications for corrosion, hydrogen production, and fire safety. Understanding the reaction mechanism and the factors that influence its rate is crucial for safe and efficient handling of magnesium in various applications