Химические реакции 3D
Химические реакции 3D — бесплатная интерактивная симуляция из StudyFi Lab. Работает прямо в браузере, без регистрации и установки.
Смотри, как перестраиваются атомы, когда связи рвутся и образуются
Что можно изучить
Образование воды
2 H₂ + O₂ → 2 H₂O
Разрываются связи H–H в молекулах водорода и двойная связь O=O в молекуле кислорода, а каждый атом кислорода образует две новые связи O–H. Новые связи прочнее разорванных, поэтому выделяется много энергии — смесь водорода с кислородом (гремучий газ) при поджигании взрывается.
В повседневной жизни: Эту реакцию используют водородные топливные элементы и некоторые ракетные двигатели — единственным продуктом является вода.
Синтез аммиака
N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃
Разрываются очень прочная тройная связь N≡N в азоте и связи H–H в водороде, а каждый атом азота образует три связи N–H. Тройную связь так трудно разорвать, что реакция идёт достаточно быстро только с катализатором; по процессу Габера — Боша так получают аммиак для удобрений, благодаря которым кормится большая часть человечества.
В повседневной жизни: Почти все азотные удобрения, которые вносят на поля, производят из аммиака, полученного этой реакцией.
Синтез хлороводорода
H₂ + Cl₂ → 2 HCl
Свет или нагревание разрывают связь Cl–Cl на атомы хлора (радикалы), которые запускают цепную реакцию: рвутся связи H–H и Cl–Cl и образуются связи H–Cl. Реакция идёт с выделением энергии, а на ярком свету смесь может даже взорваться; при растворении газообразного HCl в воде получается соляная кислота.
В повседневной жизни: Соляную кислоту используют для удаления накипи и очистки металлов, а в разбавленном виде она есть и в твоём желудочном соке.
Образование оксида азота(II)
N₂ + O₂ → 2 NO
Разрываются тройная связь N≡N в азоте и двойная связь O=O в кислороде, и в двух молекулах NO образуются связи азот–кислород. На разрыв прочных связей уходит больше энергии, чем выделяется при образовании новых, поэтому реакция поглощает тепло и идёт только при очень высокой температуре — вот почему азот и кислород воздуха обычно не реагируют.
В повседневной жизни: Оксид азота(II) образуется при разрядах молнии и в горячих автомобильных двигателях — это первый шаг к оксидам азота в выхлопных газах и смоге.
Образование оксида азота(IV)
2 NO + O₂ → 2 NO₂
Разрывается двойная связь O=O в кислороде, и каждая молекула NO присоединяет ещё один атом кислорода новой связью азот–кислород. Реакция идёт самопроизвольно уже при комнатной температуре с выделением тепла: бесцветный NO превращается в бурый ядовитый NO₂.
В повседневной жизни: Буроватая дымка над оживлёнными городами в дни смога — это отчасти NO₂ из выхлопных газов, который также вызывает кислотные дожди.
Окисление оксида серы(IV)
2 SO₂ + O₂ → 2 SO₃
Разрывается двойная связь O=O в кислороде, и каждая молекула SO₂ присоединяет третий атом кислорода новой связью сера–кислород. Реакция экзотермическая и обратимая, поэтому в промышленности её ускоряют катализатором — оксидом ванадия(V); это ключевая стадия контактного способа получения серной кислоты.
В повседневной жизни: Полученная так серная кислота идёт на удобрения и автомобильные аккумуляторы, а такое же окисление SO₂ в воздухе вызывает кислотные дожди.
Горение угарного газа
2 CO + O₂ → 2 CO₂
Разрывается двойная связь O=O в кислороде, и каждая молекула CO присоединяет один атом кислорода; атом углерода образует две двойные связи C=O в линейной молекуле CO₂. Угарный газ горит синим пламенем с выделением большого количества тепла, а ядовитый CO превращается в гораздо менее опасный CO₂.
В повседневной жизни: Каталитический нейтрализатор в выхлопной системе автомобиля с помощью этой реакции удаляет из выхлопа ядовитый угарный газ.
Образование угольной кислоты
CO₂ + H₂O → H₂CO₃
Молекула воды присоединяется к атому углерода в CO₂: одна двойная связь C=O становится одинарной, связь O–H в воде разрывается, и её водород переходит к кислороду, так что в H₂CO₃ две группы O–H. Это равновесие, сильно смещённое в сторону исходных веществ: большая часть CO₂ остаётся в воде просто растворённой, и лишь малая часть образует угольную кислоту, которая делает раствор слабокислым.
В повседневной жизни: Газированные напитки слегка кисловаты из-за угольной кислоты, а при открытии бутылки растворённый CO₂ выходит пузырьками.
Разложение пероксида водорода
2 H₂O₂ → 2 H₂O + O₂
Разрываются слабая одинарная связь O–O и часть связей O–H в H₂O₂; атомы перегруппировываются в молекулы воды с новыми связями O–H и в молекулу кислорода с двойной связью O=O. Сама по себе реакция идёт медленно, но катализатор — оксид марганца(IV) или фермент каталаза — очень сильно её ускоряет, а выделяющийся кислород вспенивает смесь.
В повседневной жизни: Если полить ссадину перекисью водорода, она пенится: каталаза крови разлагает её на воду и кислород.
Электролиз воды
2 H₂O → 2 H₂ + O₂
Электрический ток даёт энергию для разрыва связей O–H в воде; атомы водорода соединяются связями H–H, а атомы кислорода — двойной связью O=O. Это реакция, обратная образованию воды, поэтому она требует не меньше энергии, чем выделяется при сгорании водорода; на катоде выделяется водород, на аноде — кислород в объёмном соотношении 2 : 1.
В повседневной жизни: Электролизёры, работающие на солнечной или ветровой энергии, так получают «зелёный» водород — чистое топливо.
Разложение озона
2 O₃ → 3 O₂
В озоне три атома кислорода удерживаются двумя связями, более слабыми, чем двойная связь O=O; ультрафиолет разрывает их, и освободившиеся атомы перегруппировываются в три молекулы O₂ с двойными связями O=O. В целом энергия выделяется, а в озоновом слое молекулы озона, распадаясь, поглощают опасное ультрафиолетовое излучение Солнца.
В повседневной жизни: Озоновый слой высоко в стратосфере так защищает тебя от солнечных ожогов и повреждения кожи ультрафиолетом.
Разложение тетраоксида диазота
N₂O₄ → 2 NO₂
Разрывается сравнительно слабая связь N–N в центре молекулы N₂O₄, и она распадается на две молекулы NO₂; новые связи не образуются, поэтому реакция поглощает энергию. Это обратимое равновесие: нагревание смещает его к бурому NO₂, а охлаждение возвращает бесцветный N₂O₄ — классическая демонстрация принципа Ле Шателье.
В повседневной жизни: В школьной лаборатории запаянная трубка с этим газом темнеет в горячей воде и светлеет в ледяной; N₂O₄ также используют как окислитель в двигателях космических аппаратов.
Горение метана
CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O
Разрываются все четыре связи C–H в метане и двойные связи O=O в двух молекулах кислорода; атом углерода образует две двойные связи C=O в CO₂, а атомы водорода — связи O–H в двух молекулах воды. В сумме новые связи гораздо прочнее разорванных, поэтому выделяется много тепла — вот почему природный газ такое хорошее топливо.
В повседневной жизни: Голубое пламя газовой плиты или котла — это горящий метан из природного газа.
Горение этана
2 C₂H₆ + 7 O₂ → 4 CO₂ + 6 H₂O
В каждой молекуле этана разрываются связь C–C и шесть связей C–H, а также связи O=O в молекулах кислорода; атомы углерода оказываются в CO₂ (связи C=O), а атомы водорода — в воде (связи O–H). На две молекулы этана нужно семь молекул кислорода, и, как любое горение алканов, реакция даёт много тепла.
В повседневной жизни: Этан — второй после метана по содержанию компонент природного газа, поэтому он сгорает вместе с ним в газовых плитах и на электростанциях.
Горение пропана
C₃H₈ + 5 O₂ → 3 CO₂ + 4 H₂O
Разрываются две связи C–C и восемь связей C–H в пропане, а также связи O=O в пяти молекулах кислорода; образуются три молекулы CO₂ с двойными связями C=O и четыре молекулы воды со связями O–H. Пропан легко сжижается уже при умеренном давлении, поэтому в небольшом баллоне помещается много энергии.
В повседневной жизни: Туристические горелки, газовые грили и автомобили на сжиженном газе сжигают пропан (часто в смеси с бутаном).
Горение этанола
C₂H₅OH + 3 O₂ → 2 CO₂ + 3 H₂O
Разрываются связи C–C, C–H, C–O и O–H в этаноле вместе со связями O=O в трёх молекулах кислорода; атомы вновь соединяются в две молекулы CO₂ (связи C=O) и три молекулы воды (связи O–H). Поскольку этанол уже содержит атом кислорода, ему нужно меньше кислорода, чем этану, и он горит чистым, почти невидимым голубым пламенем.
В повседневной жизни: Этанол горит в спиртовках в школьной лаборатории, при фламбировании десертов и в составе биоэтанола, добавляемого в бензин.
Горение октана
2 C₈H₁₈ + 25 O₂ → 16 CO₂ + 18 H₂O
Каждая молекула октана теряет семь связей C–C и восемнадцать связей C–H, разрываются и связи O=O в молекулах кислорода; из атомов образуются CO₂ с двойными связями C=O и вода со связями O–H. Двум молекулам октана нужно целых 25 молекул кислорода — при нехватке воздуха вместо CO₂ образуются ядовитый угарный газ или сажа.
В повседневной жизни: Каждый раз, когда едет бензиновый автомобиль, октан и похожие углеводороды топлива так сгорают в цилиндрах двигателя.
Клеточное дыхание
C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O
В целом разрываются связи C–C, C–H, C–O и O–H в глюкозе и связи O=O в кислороде, а атомы оказываются в CO₂ и воде. В клетке это происходит не сразу, как в пламени, а через множество стадий под контролем ферментов, в основном в митохондриях, и часть выделившейся энергии запасается в АТФ; приложение показывает только суммарное уравнение.
В повседневной жизни: С каждым вдохом ты получаешь кислород для этой реакции, а выдыхаемый CO₂ — один из её продуктов.
Фотосинтез
6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂
В целом разрываются связи C=O в углекислом газе и связи O–H в воде; в глюкозе образуются новые связи C–C, C–H, C–O и O–H, а атомы кислорода из воды соединяются в O₂. Энергию даёт свет, поглощённый хлорофиллом в хлоропластах, и она запасается в связях глюкозы; на самом деле это длинная цепь ферментативных стадий, а приложение показывает только суммарное уравнение.
В повседневной жизни: Каждый зелёный лист так производит сахар, а кислород, которым ты дышишь, выделили растения и водоросли.
Хлорирование метана
CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl
Ультрафиолет разрывает связь Cl–Cl на два радикала хлора, которые запускают цепную реакцию: в метане разрывается одна связь C–H, на её месте образуется связь C–Cl, а оторванный водород образует H–Cl. Это радикальное замещение — атом водорода заменяется атомом хлора; при избытке хлора замещение продолжается до CH₂Cl₂, CHCl₃ и CCl₄.
В повседневной жизни: Хлорметан в основном идёт на производство силиконов — например, герметика вокруг ванны или гибких форм для выпечки.
Гидрирование этена
C₂H₄ + H₂ → C₂H₆
На поверхности металлического катализатора разрывается связь H–H и раскрывается одна из двух связей двойной связи C=C; каждый атом углерода образует новую связь C–H, и остаётся одинарная связь C–C. Это присоединение: две молекулы соединяются в одну, ничего не отщепляется, и ненасыщенный этен превращается в насыщенный этан.
В повседневной жизни: Такая же реакция с никелевым катализатором превращает жидкие растительные масла в твёрдые жиры, например для маргарина.
Бромирование этена
C₂H₄ + Br₂ → C₂H₄Br₂
Разрывается связь Br–Br и раскрывается одна из двух связей двойной связи C=C; каждый атом углерода присоединяет атом брома новой связью C–Br. Поскольку оранжево-бурый бром расходуется, окраска исчезает — это быстрая качественная реакция на двойную связь C=C.
В повседневной жизни: В школьной лаборатории обесцвечивание бромной воды — стандартный способ отличить алкены от алканов.
Гидратация этена
C₂H₄ + H₂O → C₂H₅OH
Раскрывается одна из двух связей двойной связи C=C, и разрывается связь O–H в молекуле воды; один атом углерода получает атом водорода (новая связь C–H), другой — группу OH (новая связь C–O). Этим присоединением из этена, получаемого из нефти, производят этанол — это основной способ получения синтетического этанола.
В повседневной жизни: Полученный так этанол используют как растворитель и в дезинфицирующих средствах, косметике и красках, а не в напитках.
Этерификация уксусной кислоты
CH₃COOH + C₂H₅OH → CH₃COOC₂H₅ + H₂O
Разрываются связь C–O с группой OH в уксусной кислоте и связь O–H в этаноле; OH кислоты и H спирта уходят в виде молекулы воды, а новая связь C–O соединяет обе части в сложный эфир — этилацетат. Реакция обратима и приходит к равновесию почти без теплового эффекта; концентрированная серная кислота ускоряет её и связывает воду, смещая равновесие в сторону эфира.
В повседневной жизни: Этилацетат пахнет фруктами и служит растворителем в некоторых жидкостях для снятия лака и клеях; похожие сложные эфиры придают аромат фруктам.
Частые вопросы
Что такое «Химические реакции 3D»?
Химические реакции 3D — бесплатная интерактивная симуляция из StudyFi Lab. Работает прямо в браузере, без регистрации и установки. Смотри, как перестраиваются атомы, когда связи рвутся и образуются
Приложение «Химические реакции 3D» бесплатное?
Да. Приложение «Химические реакции 3D» полностью бесплатное. Оно работает в браузере на компьютере, планшете и телефоне, аккаунт не нужен.
Что можно изучить в приложении «Химические реакции 3D»?
Образование воды, Синтез аммиака, Синтез хлороводорода, Образование оксида азота(II), Образование оксида азота(IV), Окисление оксида серы(IV), Горение угарного газа, Образование угольной кислоты, Разложение пероксида водорода, Электролиз воды, Разложение озона, Разложение тетраоксида диазота, Горение метана, Горение этана, Горение пропана, Горение этанола, Горение октана, Клеточное дыхание, Фотосинтез, Хлорирование метана, Гидрирование этена, Бромирование этена, Гидратация этена, Этерификация уксусной кислоты.
Готовишься к контрольной?
Загрузи свои конспекты, и StudyFi превратит их в карточки, тесты и подкасты.