Chemische Reaktionen 3D
Chemische Reaktionen 3D ist eine kostenlose interaktive Simulation aus dem StudyFi Lab. Sie läuft direkt im Browser, ohne Anmeldung und ohne Installation.
Sieh zu, wie sich Atome neu ordnen, wenn Bindungen brechen und entstehen
Was du entdecken kannst
Bildung von Wasser
2 H₂ + O₂ → 2 H₂O
Die H–H-Bindungen im Wasserstoff und die O=O-Doppelbindung im Sauerstoff werden gespalten, und jedes Sauerstoffatom bildet zwei neue O–H-Bindungen. Die neuen Bindungen sind stärker als die gespaltenen, deshalb wird viel Energie frei – ein Wasserstoff-Sauerstoff-Gemisch (Knallgas) explodiert nach der Zündung.
Im Alltag: Brennstoffzellen und manche Raketentriebwerke gewinnen mit dieser Reaktion Energie aus Wasserstoff – als einziges Produkt entsteht Wasser.
Ammoniaksynthese
N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃
Die sehr stabile N≡N-Dreifachbindung im Stickstoff und die H–H-Bindungen im Wasserstoff werden gespalten, und jedes Stickstoffatom bildet drei N–H-Bindungen. Weil die Dreifachbindung so schwer zu spalten ist, läuft die Reaktion nur mit Katalysator schnell genug ab; im Haber-Bosch-Verfahren entsteht so Ammoniak für Düngemittel, die einen großen Teil der Menschheit ernähren.
Im Alltag: Fast alle Stickstoffdünger auf unseren Feldern werden aus Ammoniak aus dieser Reaktion hergestellt.
Chlorwasserstoffsynthese
H₂ + Cl₂ → 2 HCl
Licht oder Wärme spaltet die Cl–Cl-Bindung in Chloratome (Radikale), die eine Kettenreaktion starten: H–H- und Cl–Cl-Bindungen werden gespalten, H–Cl-Bindungen entstehen. Dabei wird Energie frei, bei starkem Licht kann das Gemisch (Chlorknallgas) sogar explodieren; in Wasser gelöst ergibt HCl Salzsäure.
Im Alltag: Salzsäure dient zum Entkalken und zum Reinigen von Metallen, und in verdünnter Form steckt sie auch in deinem Magensaft.
Bildung von Stickstoffmonoxid
N₂ + O₂ → 2 NO
Die N≡N-Dreifachbindung im Stickstoff und die O=O-Doppelbindung im Sauerstoff werden gespalten, und in zwei NO-Molekülen entstehen Stickstoff-Sauerstoff-Bindungen. Das Spalten der starken Bindungen kostet mehr Energie, als die neuen Bindungen freisetzen – die Reaktion nimmt also Wärme auf und läuft nur bei sehr hohen Temperaturen ab, deshalb reagieren Stickstoff und Sauerstoff der Luft normalerweise nicht.
Im Alltag: Stickstoffmonoxid entsteht in Blitzen und in heißen Automotoren – es ist der erste Schritt zu den Stickoxiden in Abgasen und Smog.
Bildung von Stickstoffdioxid
2 NO + O₂ → 2 NO₂
Die O=O-Doppelbindung im Sauerstoff wird gespalten, und jedes NO-Molekül bindet über eine neue Stickstoff-Sauerstoff-Bindung ein weiteres Sauerstoffatom. Die Reaktion läuft schon bei Raumtemperatur von selbst ab und setzt Wärme frei: Aus farblosem NO wird rotbraunes, giftiges NO₂.
Im Alltag: Der bräunliche Dunst über verkehrsreichen Städten an Smogtagen besteht teilweise aus NO₂ aus Abgasen, das auch zum sauren Regen beiträgt.
Oxidation von Schwefeldioxid
2 SO₂ + O₂ → 2 SO₃
Die O=O-Doppelbindung im Sauerstoff wird gespalten, und jedes SO₂-Molekül erhält über eine neue Schwefel-Sauerstoff-Bindung ein drittes Sauerstoffatom. Die Reaktion ist exotherm und umkehrbar, deshalb wird sie technisch mit Vanadium(V)-oxid als Katalysator beschleunigt; sie ist der Schlüsselschritt des Kontaktverfahrens zur Herstellung von Schwefelsäure.
Im Alltag: So hergestellte Schwefelsäure steckt in Düngemitteln und Autobatterien, und dieselbe Oxidation von SO₂ in der Luft trägt zum sauren Regen bei.
Verbrennung von Kohlenstoffmonoxid
2 CO + O₂ → 2 CO₂
Die O=O-Doppelbindung im Sauerstoff wird gespalten, und jedes CO-Molekül nimmt ein Sauerstoffatom auf; das Kohlenstoffatom trägt danach im linearen CO₂-Molekül zwei C=O-Doppelbindungen. CO verbrennt mit blauer Flamme und setzt viel Wärme frei – dabei wird das giftige CO zum weit weniger gefährlichen CO₂.
Im Alltag: Der Abgaskatalysator im Auto entfernt mit dieser Reaktion das giftige Kohlenstoffmonoxid aus den Abgasen.
Bildung von Kohlensäure
CO₂ + H₂O → H₂CO₃
Ein Wassermolekül lagert sich an das Kohlenstoffatom des CO₂ an: Eine C=O-Doppelbindung wird zur Einfachbindung, eine O–H-Bindung im Wasser wird gespalten und das Wasserstoffatom wandert zu einem Sauerstoff, sodass H₂CO₃ zwei O–H-Gruppen trägt. Das Gleichgewicht liegt weit auf der Seite der Ausgangsstoffe – das meiste CO₂ bleibt einfach gelöst, nur ein kleiner Teil bildet Kohlensäure, die die Lösung schwach sauer macht.
Im Alltag: Sprudelgetränke schmecken wegen der Kohlensäure leicht sauer, und beim Öffnen der Flasche entweicht das gelöste CO₂ in Bläschen.
Zersetzung von Wasserstoffperoxid
2 H₂O₂ → 2 H₂O + O₂
Die schwache O–O-Einfachbindung und einige O–H-Bindungen im H₂O₂ werden gespalten; die Atome ordnen sich zu Wassermolekülen mit neuen O–H-Bindungen und zu einem Sauerstoffmolekül mit O=O-Doppelbindung um. Allein verläuft die Reaktion langsam, doch ein Katalysator wie Braunstein (Mangandioxid) oder das Enzym Katalase beschleunigt sie enorm, und der frei werdende Sauerstoff lässt das Gemisch schäumen.
Im Alltag: Gießt du Wasserstoffperoxid auf eine Schürfwunde, schäumt es, weil die Katalase aus dem Blut es in Wasser und Sauerstoff zerlegt.
Elektrolyse von Wasser
2 H₂O → 2 H₂ + O₂
Elektrischer Strom liefert die Energie, um die O–H-Bindungen im Wasser zu spalten; die Wasserstoffatome verbinden sich über H–H-Bindungen, die Sauerstoffatome über eine O=O-Doppelbindung. Es ist die Umkehrung der Wasserbildung und braucht daher mindestens so viel Energie, wie bei der Verbrennung von Wasserstoff frei wird; an der Kathode entsteht Wasserstoff, an der Anode Sauerstoff im Volumenverhältnis 2 : 1.
Im Alltag: Elektrolyseure, die mit Solar- oder Windstrom laufen, stellen so „grünen“ Wasserstoff als sauberen Brennstoff her.
Zerfall von Ozon
2 O₃ → 3 O₂
Im Ozon halten zwei Bindungen, die schwächer sind als die O=O-Doppelbindung, drei Sauerstoffatome zusammen; UV-Licht spaltet sie, und die frei gewordenen Atome ordnen sich zu drei O₂-Molekülen mit O=O-Doppelbindungen um. Insgesamt wird dabei Energie frei, und in der Ozonschicht schlucken die Ozonmoleküle bei ihrer Spaltung die gefährliche UV-Strahlung der Sonne.
Im Alltag: Die Ozonschicht hoch in der Stratosphäre schützt dich so vor Sonnenbrand und Hautschäden durch UV-Licht.
Zerfall von Distickstofftetroxid
N₂O₄ → 2 NO₂
Die relativ schwache N–N-Bindung in der Mitte des N₂O₄-Moleküls wird gespalten, sodass zwei NO₂-Moleküle entstehen; neue Bindungen bilden sich nicht, daher nimmt die Reaktion Energie auf. Es ist ein umkehrbares Gleichgewicht: Erwärmen verschiebt es zum braunen NO₂, Abkühlen bringt farbloses N₂O₄ zurück – ein klassisches Beispiel für das Prinzip von Le Chatelier.
Im Alltag: Im Schullabor wird ein zugeschmolzenes Röhrchen mit diesem Gas in heißem Wasser dunkler und in Eiswasser heller; N₂O₄ dient außerdem als Oxidator in Triebwerken von Raumfahrzeugen.
Verbrennung von Methan
CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O
Alle vier C–H-Bindungen im Methan und die O=O-Doppelbindungen zweier Sauerstoffmoleküle werden gespalten; das Kohlenstoffatom bildet zwei C=O-Doppelbindungen im CO₂, die Wasserstoffatome O–H-Bindungen in zwei Wassermolekülen. Zusammen sind die neuen Bindungen viel stärker als die gespaltenen, daher wird viel Wärme frei – deshalb ist Erdgas ein so guter Brennstoff.
Im Alltag: Die blaue Flamme von Gasherd oder Gastherme ist brennendes Methan aus dem Erdgas.
Verbrennung von Ethan
2 C₂H₆ + 7 O₂ → 4 CO₂ + 6 H₂O
In jedem Ethanmolekül werden die C–C-Bindung und sechs C–H-Bindungen gespalten, ebenso die O=O-Bindungen der Sauerstoffmoleküle; die Kohlenstoffatome landen im CO₂ (C=O-Bindungen), die Wasserstoffatome im Wasser (O–H-Bindungen). Zwei Ethanmoleküle brauchen sieben Sauerstoffmoleküle, und wie jede Alkanverbrennung setzt die Reaktion viel Wärme frei.
Im Alltag: Ethan ist nach Methan der zweithäufigste Bestandteil von Erdgas und verbrennt daher mit ihm in Gasherden und Kraftwerken.
Verbrennung von Propan
C₃H₈ + 5 O₂ → 3 CO₂ + 4 H₂O
Die zwei C–C- und acht C–H-Bindungen des Propans werden gespalten, ebenso die O=O-Bindungen von fünf Sauerstoffmolekülen; es entstehen drei CO₂-Moleküle mit C=O-Doppelbindungen und vier Wassermoleküle mit O–H-Bindungen. Propan lässt sich schon unter mäßigem Druck verflüssigen, daher passt viel Energie in eine kleine Gasflasche.
Im Alltag: Campingkocher, Gasgrills und Autos mit Autogas (LPG) verbrennen Propan, oft gemischt mit Butan.
Verbrennung von Ethanol
C₂H₅OH + 3 O₂ → 2 CO₂ + 3 H₂O
Die C–C-, C–H-, C–O- und O–H-Bindungen des Ethanols werden zusammen mit den O=O-Bindungen dreier Sauerstoffmoleküle gespalten; die Atome verbinden sich neu zu zwei CO₂-Molekülen (C=O-Bindungen) und drei Wassermolekülen (O–H-Bindungen). Da Ethanol bereits ein Sauerstoffatom enthält, braucht es weniger Sauerstoff als Ethan und brennt mit sauberer, fast unsichtbarer blauer Flamme.
Im Alltag: Ethanol brennt im Spiritusbrenner im Schullabor, beim Flambieren von Desserts und als Bioethanol im Benzin.
Verbrennung von Octan
2 C₈H₁₈ + 25 O₂ → 16 CO₂ + 18 H₂O
Jedes Octanmolekül verliert seine sieben C–C- und achtzehn C–H-Bindungen, und auch die O=O-Bindungen der Sauerstoffmoleküle werden gespalten; aus den Atomen entstehen CO₂ mit C=O-Doppelbindungen und Wasser mit O–H-Bindungen. Zwei Octanmoleküle brauchen ganze 25 Sauerstoffmoleküle – fehlt Luft, entstehen statt CO₂ giftiges Kohlenstoffmonoxid oder Ruß.
Im Alltag: Bei jeder Fahrt eines Benzinautos verbrennen Octan und ähnliche Kohlenwasserstoffe so in den Zylindern des Motors.
Zellatmung
C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O
Insgesamt werden die C–C-, C–H-, C–O- und O–H-Bindungen der Glucose und die O=O-Bindungen des Sauerstoffs gespalten, und die Atome landen in CO₂ und Wasser. In der Zelle geschieht das nicht auf einmal wie in einer Flamme, sondern in vielen enzymgesteuerten Schritten, größtenteils in den Mitochondrien, und ein Teil der Energie wird in ATP gespeichert; die App zeigt nur die Gesamtgleichung.
Im Alltag: Mit jedem Atemzug lieferst du den Sauerstoff für diese Reaktion, und das ausgeatmete CO₂ ist eines ihrer Produkte.
Fotosynthese
6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂
Insgesamt werden die C=O-Bindungen des Kohlenstoffdioxids und die O–H-Bindungen des Wassers gespalten; in der Glucose entstehen neue C–C-, C–H-, C–O- und O–H-Bindungen, während sich Sauerstoffatome aus dem Wasser zu O₂ verbinden. Die Energie liefert Licht, das vom Chlorophyll in den Chloroplasten eingefangen und in den Bindungen der Glucose gespeichert wird; tatsächlich ist es eine lange Kette enzymatischer Schritte, die App zeigt nur die Gesamtgleichung.
Im Alltag: Jedes grüne Blatt stellt so Zucker her, und den Sauerstoff, den du atmest, haben Pflanzen und Algen freigesetzt.
Chlorierung von Methan
CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl
UV-Licht spaltet die Cl–Cl-Bindung in zwei Chlorradikale, die eine Kettenreaktion starten: Im Methan wird eine C–H-Bindung gespalten, an ihrer Stelle entsteht eine C–Cl-Bindung, und das abgespaltene Wasserstoffatom bildet H–Cl. Das ist eine radikalische Substitution – ein Wasserstoffatom wird durch ein Chloratom ersetzt; mit mehr Chlor geht die Substitution weiter bis zu CH₂Cl₂, CHCl₃ und CCl₄.
Im Alltag: Chlormethan dient vor allem zur Herstellung von Silikonen – etwa der Fugenmasse an der Badewanne oder flexibler Backformen.
Hydrierung von Ethen
C₂H₄ + H₂ → C₂H₆
An der Oberfläche des Metallkatalysators wird die H–H-Bindung gespalten und eine der beiden Bindungen der C=C-Doppelbindung geöffnet; jedes Kohlenstoffatom bildet dann eine neue C–H-Bindung, und eine C–C-Einfachbindung bleibt zurück. Das ist eine Addition: Zwei Moleküle vereinigen sich zu einem, nichts wird abgespalten – aus ungesättigtem Ethen wird gesättigtes Ethan.
Im Alltag: Dieselbe Reaktionsart mit Nickelkatalysator härtet flüssige Pflanzenöle zu festen Fetten, etwa für Margarine.
Bromierung von Ethen
C₂H₄ + Br₂ → C₂H₄Br₂
Die Br–Br-Bindung wird gespalten und eine der beiden Bindungen der C=C-Doppelbindung geöffnet; jedes Kohlenstoffatom bindet dann über eine neue C–Br-Bindung ein Bromatom. Weil das orangebraune Brom verbraucht wird, verschwindet die Farbe – ein schneller Nachweis dafür, dass ein Stoff eine C=C-Doppelbindung enthält.
Im Alltag: Im Schullabor ist das Entfärben von Bromwasser der Standardtest, um Alkene von Alkanen zu unterscheiden.
Hydratisierung von Ethen
C₂H₄ + H₂O → C₂H₅OH
Eine der beiden Bindungen der C=C-Doppelbindung öffnet sich, und eine O–H-Bindung im Wassermolekül wird gespalten; ein Kohlenstoffatom erhält ein Wasserstoffatom (neue C–H-Bindung), das andere eine OH-Gruppe (neue C–O-Bindung). Durch diese Addition wird aus Ethen aus Erdöl Ethanol – der wichtigste Weg zu synthetischem Ethanol.
Im Alltag: So hergestelltes Ethanol dient als Lösungsmittel und steckt in Desinfektionsmitteln, Kosmetik und Farben – nicht in Getränken.
Veresterung von Essigsäure
CH₃COOH + C₂H₅OH → CH₃COOC₂H₅ + H₂O
Die C–O-Bindung zur OH-Gruppe der Essigsäure und die O–H-Bindung des Ethanols werden gespalten; das OH der Säure und das H des Alkohols gehen als Wassermolekül ab, und eine neue C–O-Bindung verknüpft beide Teile zum Ester Ethylacetat. Die Reaktion ist umkehrbar und führt zu einem Gleichgewicht mit kaum Wärmeumsatz; konzentrierte Schwefelsäure beschleunigt sie und bindet Wasser, was das Gleichgewicht zum Ester verschiebt.
Im Alltag: Ethylacetat riecht fruchtig und ist Lösungsmittel in manchen Nagellackentfernern und Klebstoffen; ähnliche Ester geben Früchten ihr Aroma.
Häufige Fragen
Was ist Chemische Reaktionen 3D?
Chemische Reaktionen 3D ist eine kostenlose interaktive Simulation aus dem StudyFi Lab. Sie läuft direkt im Browser, ohne Anmeldung und ohne Installation. Sieh zu, wie sich Atome neu ordnen, wenn Bindungen brechen und entstehen
Ist Chemische Reaktionen 3D kostenlos?
Ja. Chemische Reaktionen 3D ist komplett kostenlos. Es läuft im Browser auf Computer, Tablet und Handy, und du brauchst kein Konto.
Was kann ich in Chemische Reaktionen 3D entdecken?
Bildung von Wasser, Ammoniaksynthese, Chlorwasserstoffsynthese, Bildung von Stickstoffmonoxid, Bildung von Stickstoffdioxid, Oxidation von Schwefeldioxid, Verbrennung von Kohlenstoffmonoxid, Bildung von Kohlensäure, Zersetzung von Wasserstoffperoxid, Elektrolyse von Wasser, Zerfall von Ozon, Zerfall von Distickstofftetroxid, Verbrennung von Methan, Verbrennung von Ethan, Verbrennung von Propan, Verbrennung von Ethanol, Verbrennung von Octan, Zellatmung, Fotosynthese, Chlorierung von Methan, Hydrierung von Ethen, Bromierung von Ethen, Hydratisierung von Ethen, Veresterung von Essigsäure.
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