Хімічні реакції 3D
Хімічні реакції 3D — безкоштовна інтерактивна симуляція зі StudyFi Lab. Працює просто в браузері, без реєстрації та встановлення.
Дивись, як перебудовуються атоми, коли зв’язки розриваються й утворюються
Що можна дослідити
Утворення води
2 H₂ + O₂ → 2 H₂O
Розриваються зв'язки H–H у молекулах водню та подвійний зв'язок O=O у молекулі кисню, а кожен атом Оксигену утворює два нові зв'язки O–H. Нові зв'язки міцніші за розірвані, тому виділяється багато енергії — суміш водню з киснем (гримучий газ) під час підпалювання вибухає.
У повсякденному житті: Цю реакцію використовують водневі паливні елементи та деякі ракетні двигуни — єдиним продуктом є вода.
Синтез амоніаку
N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃
Розриваються дуже міцний потрійний зв'язок N≡N в азоті та зв'язки H–H у водні, а кожен атом Нітрогену утворює три зв'язки N–H. Потрійний зв'язок так важко розірвати, що реакція йде досить швидко лише з каталізатором; за процесом Габера — Боша так одержують амоніак для добрив, завдяки яким харчується значна частина людства.
У повсякденному житті: Майже всі азотні добрива, які вносять на поля, виробляють з амоніаку, одержаного цією реакцією.
Синтез хлороводню
H₂ + Cl₂ → 2 HCl
Світло або нагрівання розривають зв'язок Cl–Cl на атоми Хлору (радикали), які запускають ланцюгову реакцію: розриваються зв'язки H–H і Cl–Cl та утворюються зв'язки H–Cl. Реакція відбувається з виділенням енергії, а на яскравому світлі суміш може навіть вибухнути; під час розчинення газуватого HCl у воді утворюється хлоридна кислота.
У повсякденному житті: Хлоридну кислоту використовують для видалення накипу й очищення металів, а в розведеному вигляді вона є і в твоєму шлунковому соку.
Утворення нітроген(II) оксиду
N₂ + O₂ → 2 NO
Розриваються потрійний зв'язок N≡N в азоті та подвійний зв'язок O=O у кисні, і у двох молекулах NO утворюються зв'язки Нітроген–Оксиген. На розрив міцних зв'язків витрачається більше енергії, ніж виділяється під час утворення нових, тому реакція поглинає теплоту й відбувається лише за дуже високої температури — ось чому азот і кисень повітря зазвичай не реагують.
У повсякденному житті: Нітроген(II) оксид утворюється під час розрядів блискавки та в гарячих автомобільних двигунах — це перший крок до оксидів Нітрогену у вихлопних газах і смозі.
Утворення нітроген(IV) оксиду
2 NO + O₂ → 2 NO₂
Розривається подвійний зв'язок O=O у кисні, і кожна молекула NO приєднує ще один атом Оксигену новим зв'язком Нітроген–Оксиген. Реакція відбувається самочинно вже за кімнатної температури з виділенням теплоти: безбарвний NO перетворюється на бурий отруйний NO₂.
У повсякденному житті: Буруватий серпанок над жвавими містами в дні смогу — це частково NO₂ з вихлопних газів, який також спричиняє кислотні дощі.
Окиснення сульфур(IV) оксиду
2 SO₂ + O₂ → 2 SO₃
Розривається подвійний зв'язок O=O у кисні, і кожна молекула SO₂ приєднує третій атом Оксигену новим зв'язком Сульфур–Оксиген. Реакція екзотермічна й оборотна, тому в промисловості її пришвидшують каталізатором — ванадій(V) оксидом; це ключова стадія контактного способу добування сульфатної кислоти.
У повсякденному житті: Одержану так сульфатну кислоту використовують для добрив і автомобільних акумуляторів, а таке саме окиснення SO₂ у повітрі спричиняє кислотні дощі.
Горіння чадного газу
2 CO + O₂ → 2 CO₂
Розривається подвійний зв'язок O=O у кисні, і кожна молекула CO приєднує один атом Оксигену; атом Карбону утворює два подвійні зв'язки C=O в лінійній молекулі CO₂. Чадний газ горить синім полум'ям з виділенням великої кількості теплоти, а отруйний CO перетворюється на значно менш небезпечний CO₂.
У повсякденному житті: Каталітичний нейтралізатор у вихлопній системі автомобіля завдяки цій реакції видаляє з вихлопу отруйний чадний газ.
Утворення карбонатної кислоти
CO₂ + H₂O → H₂CO₃
Молекула води приєднується до атома Карбону в CO₂: один подвійний зв'язок C=O стає одинарним, зв'язок O–H у воді розривається, і її Гідроген переходить до Оксигену, тож у H₂CO₃ дві групи O–H. Це рівновага, сильно зміщена в бік вихідних речовин: більша частина CO₂ залишається у воді просто розчиненою, і лише мала частина утворює карбонатну кислоту, яка робить розчин слабкокислим.
У повсякденному житті: Газовані напої трохи кислуваті через карбонатну кислоту, а коли відкриваєш пляшку, розчинений CO₂ виходить бульбашками.
Розкладання гідроген пероксиду
2 H₂O₂ → 2 H₂O + O₂
Розриваються слабкий одинарний зв'язок O–O та частина зв'язків O–H у H₂O₂; атоми перегруповуються в молекули води з новими зв'язками O–H і в молекулу кисню з подвійним зв'язком O=O. Сама собою реакція йде повільно, але каталізатор — манган(IV) оксид або фермент каталаза — дуже сильно її пришвидшує, а кисень, що виділяється, спінює суміш.
У повсякденному житті: Якщо полити подряпину перекисом водню, він піниться: каталаза крові розкладає його на воду й кисень.
Електроліз води
2 H₂O → 2 H₂ + O₂
Електричний струм дає енергію для розриву зв'язків O–H у воді; атоми Гідрогену сполучаються зв'язками H–H, а атоми Оксигену — подвійним зв'язком O=O. Це реакція, зворотна до утворення води, тому вона потребує не менше енергії, ніж виділяється під час згоряння водню; на катоді виділяється водень, на аноді — кисень в об'ємному співвідношенні 2 : 1.
У повсякденному житті: Електролізери, що працюють на сонячній або вітровій енергії, так одержують «зелений» водень — чисте паливо.
Розкладання озону
2 O₃ → 3 O₂
В озоні три атоми Оксигену утримуються двома зв'язками, слабшими за подвійний зв'язок O=O; ультрафіолет розриває їх, і вивільнені атоми перегруповуються в три молекули O₂ з подвійними зв'язками O=O. Загалом енергія виділяється, а в озоновому шарі молекули озону, розпадаючись, поглинають небезпечне ультрафіолетове випромінювання Сонця.
У повсякденному житті: Озоновий шар високо в стратосфері так захищає тебе від сонячних опіків і пошкодження шкіри ультрафіолетом.
Розкладання динітроген тетраоксиду
N₂O₄ → 2 NO₂
Розривається порівняно слабкий зв'язок N–N у центрі молекули N₂O₄, і вона розпадається на дві молекули NO₂; нові зв'язки не утворюються, тому реакція поглинає енергію. Це оборотна рівновага: нагрівання зміщує її до бурого NO₂, а охолодження повертає безбарвний N₂O₄ — класична демонстрація принципу Ле Шательє.
У повсякденному житті: У шкільній лабораторії запаяна трубка з цим газом темнішає в гарячій воді й світлішає в крижаній; N₂O₄ також використовують як окисник у двигунах космічних апаратів.
Горіння метану
CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O
Розриваються всі чотири зв'язки C–H у метані та подвійні зв'язки O=O у двох молекулах кисню; атом Карбону утворює два подвійні зв'язки C=O у CO₂, а атоми Гідрогену — зв'язки O–H у двох молекулах води. Разом нові зв'язки значно міцніші за розірвані, тому виділяється багато теплоти — ось чому природний газ таке добре паливо.
У повсякденному житті: Блакитне полум'я газової плити чи котла — це горіння метану з природного газу.
Горіння етану
2 C₂H₆ + 7 O₂ → 4 CO₂ + 6 H₂O
У кожній молекулі етану розриваються зв'язок C–C і шість зв'язків C–H, а також зв'язки O=O в молекулах кисню; атоми Карбону опиняються в CO₂ (зв'язки C=O), а атоми Гідрогену — у воді (зв'язки O–H). На дві молекули етану потрібно сім молекул кисню, і, як будь-яке горіння алканів, реакція дає багато теплоти.
У повсякденному житті: Етан — другий після метану за вмістом компонент природного газу, тому він згоряє разом із ним у газових плитах і на електростанціях.
Горіння пропану
C₃H₈ + 5 O₂ → 3 CO₂ + 4 H₂O
Розриваються два зв'язки C–C і вісім зв'язків C–H у пропані, а також зв'язки O=O у п'яти молекулах кисню; утворюються три молекули CO₂ з подвійними зв'язками C=O і чотири молекули води зі зв'язками O–H. Пропан легко зріджується вже за помірного тиску, тому в невеликому балоні вміщується багато енергії.
У повсякденному житті: Туристичні пальники, газові грилі й автомобілі на зрідженому газі спалюють пропан (часто в суміші з бутаном).
Горіння етанолу
C₂H₅OH + 3 O₂ → 2 CO₂ + 3 H₂O
Розриваються зв'язки C–C, C–H, C–O та O–H в етанолі разом зі зв'язками O=O у трьох молекулах кисню; атоми знову сполучаються у дві молекули CO₂ (зв'язки C=O) і три молекули води (зв'язки O–H). Оскільки етанол уже містить атом Оксигену, йому потрібно менше кисню, ніж етану, і він горить чистим, майже невидимим блакитним полум'ям.
У повсякденному житті: Етанол горить у спиртівках у шкільній лабораторії, під час фламбування десертів і як біоетанол, що додають до бензину.
Горіння октану
2 C₈H₁₈ + 25 O₂ → 16 CO₂ + 18 H₂O
Кожна молекула октану втрачає сім зв'язків C–C і вісімнадцять зв'язків C–H, розриваються й зв'язки O=O в молекулах кисню; з атомів утворюються CO₂ з подвійними зв'язками C=O та вода зі зв'язками O–H. Двом молекулам октану потрібно аж 25 молекул кисню — за нестачі повітря замість CO₂ утворюються отруйний чадний газ або сажа.
У повсякденному житті: Щоразу, коли їде бензиновий автомобіль, октан і подібні вуглеводні палива так згоряють у циліндрах двигуна.
Клітинне дихання
C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O
Загалом розриваються зв'язки C–C, C–H, C–O та O–H у глюкозі та зв'язки O=O у кисні, а атоми опиняються в CO₂ і воді. У клітині це відбувається не одразу, як у полум'ї, а через безліч етапів під контролем ферментів, переважно в мітохондріях, і частина вивільненої енергії запасається в АТФ; застосунок показує лише сумарне рівняння.
У повсякденному житті: З кожним вдихом ти отримуєш кисень для цієї реакції, а CO₂, який видихаєш, — один із її продуктів.
Фотосинтез
6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂
Загалом розриваються зв'язки C=O у вуглекислому газі та зв'язки O–H у воді; у глюкозі утворюються нові зв'язки C–C, C–H, C–O та O–H, а атоми Оксигену з води сполучаються в O₂. Енергію дає світло, поглинуте хлорофілом у хлоропластах, і вона запасається у зв'язках глюкози; насправді це довгий ланцюг ферментативних етапів, а застосунок показує лише сумарне рівняння.
У повсякденному житті: Кожен зелений листок так виробляє цукор, а кисень, яким ти дихаєш, виділили рослини й водорості.
Хлорування метану
CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl
Ультрафіолет розриває зв'язок Cl–Cl на два радикали Хлору, які запускають ланцюгову реакцію: у метані розривається один зв'язок C–H, на його місці утворюється зв'язок C–Cl, а відірваний Гідроген утворює H–Cl. Це радикальне заміщення — атом Гідрогену заміщується атомом Хлору; за надлишку хлору заміщення триває аж до CH₂Cl₂, CHCl₃ і CCl₄.
У повсякденному житті: Хлорометан переважно використовують для виробництва силіконів — наприклад, герметика навколо ванни чи гнучких форм для випікання.
Гідрування етену
C₂H₄ + H₂ → C₂H₆
На поверхні металевого каталізатора розривається зв'язок H–H і розкривається один із двох зв'язків подвійного зв'язку C=C; кожен атом Карбону утворює новий зв'язок C–H, і залишається одинарний зв'язок C–C. Це приєднання: дві молекули сполучаються в одну, нічого не відщеплюється, і ненасичений етен перетворюється на насичений етан.
У повсякденному житті: Така сама реакція з нікелевим каталізатором перетворює рідкі рослинні олії на тверді жири, наприклад для маргарину.
Бромування етену
C₂H₄ + Br₂ → C₂H₄Br₂
Розривається зв'язок Br–Br і розкривається один із двох зв'язків подвійного зв'язку C=C; кожен атом Карбону приєднує атом Брому новим зв'язком C–Br. Оскільки оранжево-бурий бром витрачається, забарвлення зникає — це швидка якісна реакція на подвійний зв'язок C=C.
У повсякденному житті: У шкільній лабораторії знебарвлення бромної води — стандартний спосіб відрізнити алкени від алканів.
Гідратація етену
C₂H₄ + H₂O → C₂H₅OH
Розкривається один із двох зв'язків подвійного зв'язку C=C, і розривається зв'язок O–H у молекулі води; один атом Карбону отримує атом Гідрогену (новий зв'язок C–H), інший — групу OH (новий зв'язок C–O). Цим приєднанням з етену, одержаного з нафти, виробляють етанол — це основний спосіб добування синтетичного етанолу.
У повсякденному житті: Одержаний так етанол використовують як розчинник і в дезінфекційних засобах, косметиці та фарбах, а не в напоях.
Естерифікація оцтової кислоти
CH₃COOH + C₂H₅OH → CH₃COOC₂H₅ + H₂O
Розриваються зв'язок C–O з групою OH в оцтовій кислоті та зв'язок O–H в етанолі; OH кислоти і H спирту відходять у вигляді молекули води, а новий зв'язок C–O сполучає обидві частини в естер — етилацетат. Реакція оборотна й доходить до рівноваги майже без теплового ефекту; концентрована сульфатна кислота пришвидшує її та зв'язує воду, зміщуючи рівновагу в бік естеру.
У повсякденному житті: Етилацетат має фруктовий запах і є розчинником у деяких рідинах для зняття лаку та клеях; подібні естери надають аромату фруктам.
Поширені запитання
Що таке «Хімічні реакції 3D»?
Хімічні реакції 3D — безкоштовна інтерактивна симуляція зі StudyFi Lab. Працює просто в браузері, без реєстрації та встановлення. Дивись, як перебудовуються атоми, коли зв’язки розриваються й утворюються
Застосунок «Хімічні реакції 3D» безкоштовний?
Так. Застосунок «Хімічні реакції 3D» повністю безкоштовний. Він працює в браузері на комп’ютері, планшеті й телефоні, акаунт не потрібен.
Що можна дослідити в застосунку «Хімічні реакції 3D»?
Утворення води, Синтез амоніаку, Синтез хлороводню, Утворення нітроген(II) оксиду, Утворення нітроген(IV) оксиду, Окиснення сульфур(IV) оксиду, Горіння чадного газу, Утворення карбонатної кислоти, Розкладання гідроген пероксиду, Електроліз води, Розкладання озону, Розкладання динітроген тетраоксиду, Горіння метану, Горіння етану, Горіння пропану, Горіння етанолу, Горіння октану, Клітинне дихання, Фотосинтез, Хлорування метану, Гідрування етену, Бромування етену, Гідратація етену, Естерифікація оцтової кислоти.
Готуєшся до контрольної?
Завантаж свої конспекти, і StudyFi перетворить їх на картки, тести й подкасти.