Kémiai reakciók 3D
Kémiai reakciók 3D: ingyenes interaktív szimuláció a StudyFi Labből. Közvetlenül a böngészőben fut, regisztráció és telepítés nélkül.
Nézd, hogyan rendeződnek át az atomok, ahogy a kötések felbomlanak és kialakulnak
Mit fedezhetsz fel
A víz keletkezése
2 H₂ + O₂ → 2 H₂O
Felbomlanak a hidrogénmolekulák H–H kötései és az oxigénmolekula O=O kettős kötése, majd minden oxigénatom két új O–H kötést alakít ki. Az új kötések erősebbek a felbomlottaknál, ezért sok energia szabadul fel – a hidrogén és oxigén keveréke (durranógáz) meggyújtva felrobban.
A mindennapokban: Ezt a reakciót használják a hidrogénes üzemanyagcellák és egyes rakétahajtóművek – az egyetlen termék a víz.
Az ammónia szintézise
N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃
Felbomlik a nitrogén igen erős N≡N hármas kötése és a hidrogén H–H kötései, majd minden nitrogénatom három N–H kötést alakít ki. A hármas kötést olyan nehéz felbontani, hogy a reakció csak katalizátorral elég gyors; a Haber–Bosch-eljárással így állítják elő a műtrágyák ammóniáját, amelyek az emberiség nagy részének élelmezését teszik lehetővé.
A mindennapokban: A földekre szórt nitrogénműtrágyák szinte mind az ebben a reakcióban előállított ammóniából készülnek.
A hidrogén-klorid szintézise
H₂ + Cl₂ → 2 HCl
A fény vagy a hő a Cl–Cl kötést klóratomokra (gyökökre) bontja, amelyek láncreakciót indítanak: H–H és Cl–Cl kötések bomlanak fel, és H–Cl kötések jönnek létre. A reakció energiát szabadít fel, erős fényben a keverék (klórdurranógáz) akár fel is robbanhat; a HCl-gáz vízben oldva sósavat ad.
A mindennapokban: A sósavat vízkőoldásra és fémek tisztítására használják, hígított formában pedig a gyomornedvedben is megtalálható.
A nitrogén-monoxid keletkezése
N₂ + O₂ → 2 NO
Felbomlik a nitrogén N≡N hármas kötése és az oxigén O=O kettős kötése, és két NO-molekulában nitrogén–oxigén kötések alakulnak ki. Az erős kötések felbontása több energiát igényel, mint amennyit az új kötések visszaadnak, ezért a reakció hőt nyel el, és csak nagyon magas hőmérsékleten megy végbe – ezért nem reagál egymással a levegő nitrogénje és oxigénje közönséges körülmények között.
A mindennapokban: Nitrogén-monoxid villámláskor és a forró autómotorokban keletkezik – ez az első lépés a kipufogógázok és a szmog nitrogén-oxidjai felé.
A nitrogén-dioxid keletkezése
2 NO + O₂ → 2 NO₂
Felbomlik az oxigén O=O kettős kötése, és minden NO-molekula egy új nitrogén–oxigén kötéssel még egy oxigénatomot köt meg. A reakció már szobahőmérsékleten magától végbemegy és hőt termel: a színtelen NO vörösbarna, mérgező NO₂-dá alakul.
A mindennapokban: A forgalmas városok fölötti barnás szmogos pára részben a kipufogógázokból származó NO₂, amely a savas esőhöz is hozzájárul.
A kén-dioxid oxidációja
2 SO₂ + O₂ → 2 SO₃
Felbomlik az oxigén O=O kettős kötése, és minden SO₂-molekula egy új kén–oxigén kötéssel harmadik oxigénatomot köt meg. A reakció hőt termel és megfordítható, ezért az iparban vanádium(V)-oxid katalizátorral gyorsítják; ez a kénsavgyártás kontakteljárásának kulcslépése.
A mindennapokban: Az így gyártott kénsavat műtrágyákhoz és autóakkumulátorokhoz használják, a levegőben zajló ugyanilyen SO₂-oxidáció pedig a savas esőhöz járul hozzá.
A szén-monoxid égése
2 CO + O₂ → 2 CO₂
Felbomlik az oxigén O=O kettős kötése, és minden CO-molekula felvesz egy oxigénatomot; a szénatom ezután a lineáris CO₂-molekulában két C=O kettős kötést létesít. A CO kék lánggal ég és sok hőt termel – a mérgező CO közben a sokkal kevésbé veszélyes CO₂-dá alakul.
A mindennapokban: Az autók katalizátora ezzel a reakcióval távolítja el a kipufogógázból a mérgező szén-monoxidot.
A szénsav keletkezése
CO₂ + H₂O → H₂CO₃
Egy vízmolekula a CO₂ szénatomjához kapcsolódik: az egyik C=O kettős kötés egyszeres kötéssé válik, a víz egyik O–H kötése felbomlik, hidrogénje egy oxigénhez kerül, így a H₂CO₃-ban két O–H csoport lesz. Ez erősen a kiindulási anyagok felé eltolt egyensúly – a CO₂ nagy része csak oldott állapotban marad, és csak kis része alakul szénsavvá, amely gyengén savassá teszi az oldatot.
A mindennapokban: A szénsavas italok a szénsavtól enyhén savanykásak, és az üveg kinyitásakor az oldott CO₂ buborékok formájában távozik.
A hidrogén-peroxid bomlása
2 H₂O₂ → 2 H₂O + O₂
Felbomlik a H₂O₂ gyenge O–O egyszeres kötése és néhány O–H kötése; az atomok új O–H kötésekkel vízmolekulákká, valamint O=O kettős kötésű oxigénmolekulává rendeződnek át. Magától a reakció lassú, de egy katalizátor, például a mangán-dioxid vagy a kataláz enzim óriási mértékben felgyorsítja, és a felszabaduló oxigén felhabosítja a keveréket.
A mindennapokban: Ha hidrogén-peroxidot öntesz egy sebre, pezseg, mert a vérben lévő kataláz vízre és oxigénre bontja.
A víz elektrolízise
2 H₂O → 2 H₂ + O₂
Az elektromos áram szolgáltatja a víz O–H kötéseinek felbontásához szükséges energiát; a hidrogénatomok H–H kötésekkel, az oxigénatomok O=O kettős kötéssel kapcsolódnak össze. Ez a vízképződés megfordítása, ezért legalább annyi energiát igényel, amennyi a hidrogén elégetésekor felszabadul; a katódon hidrogén, az anódon oxigén keletkezik 2 : 1 térfogatarányban.
A mindennapokban: A nap- vagy szélenergiával működő elektrolizálók így állítanak elő „zöld” hidrogént tiszta üzemanyagként.
Az ózon bomlása
2 O₃ → 3 O₂
Az ózonban három oxigénatomot két, az O=O kettős kötésnél gyengébb kötés tart össze; az UV-fény ezeket felbontja, a felszabaduló atomok pedig három, O=O kettős kötésű O₂-molekulává rendeződnek át. Összességében energia szabadul fel, az ózonrétegben pedig az ózonmolekulák bomlásuk közben elnyelik a Nap veszélyes ultraibolya sugárzását.
A mindennapokban: A sztratoszféra magasában lévő ózonréteg így véd meg a leégéstől és az UV-fény okozta bőrkárosodástól.
A dinitrogén-tetroxid bomlása
N₂O₄ → 2 NO₂
Felbomlik az N₂O₄-molekula közepén lévő, viszonylag gyenge N–N kötés, és a molekula két NO₂-molekulára esik szét; új kötés nem jön létre, ezért a reakció energiát nyel el. Megfordítható egyensúlyról van szó: melegítés a barna NO₂ felé tolja el, hűtés visszaadja a színtelen N₂O₄-ot – a Le Chatelier-elv klasszikus bemutatása.
A mindennapokban: Az iskolai laborban egy leforrasztott, ezzel a gázzal töltött cső forró vízben megsötétedik, jeges vízben kifakul; az N₂O₄-ot űrjárművek hajtóműveiben oxidálószerként is használják.
A metán égése
CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O
Felbomlik a metán mind a négy C–H kötése és két oxigénmolekula O=O kettős kötése; a szénatom a CO₂-ban két C=O kettős kötést, a hidrogénatomok két vízmolekulában O–H kötéseket alakítanak ki. Az új kötések együtt sokkal erősebbek a felbomlottaknál, ezért sok hő szabadul fel – ezért olyan jó tüzelőanyag a földgáz.
A mindennapokban: A gáztűzhely vagy gázkazán kék lángja a földgázban lévő metán égése.
Az etán égése
2 C₂H₆ + 7 O₂ → 4 CO₂ + 6 H₂O
Minden etánmolekulában felbomlik a C–C kötés és hat C–H kötés, velük együtt az oxigénmolekulák O=O kötései; a szénatomok a CO₂-ba (C=O kötések), a hidrogénatomok a vízbe (O–H kötések) kerülnek. Két etánmolekulához hét oxigénmolekula kell, és mint minden alkán égése, a reakció sok hőt termel.
A mindennapokban: Az etán a metán után a földgáz második leggyakoribb összetevője, így vele együtt ég a gáztűzhelyekben és erőművekben.
A propán égése
C₃H₈ + 5 O₂ → 3 CO₂ + 4 H₂O
Felbomlik a propán két C–C és nyolc C–H kötése, valamint öt oxigénmolekula O=O kötése; három CO₂-molekula keletkezik C=O kettős kötésekkel és négy vízmolekula O–H kötésekkel. A propán már mérsékelt nyomáson könnyen cseppfolyósítható, így egy kis gázpalackban is sok energia fér el.
A mindennapokban: A kempingfőzők, gázgrillek és az LPG-s autók propánt égetnek (gyakran butánnal keverve).
Az etanol égése
C₂H₅OH + 3 O₂ → 2 CO₂ + 3 H₂O
Felbomlanak az etanol C–C, C–H, C–O és O–H kötései, valamint három oxigénmolekula O=O kötései; az atomok két CO₂-molekulává (C=O kötések) és három vízmolekulává (O–H kötések) kapcsolódnak össze újra. Mivel az etanol már tartalmaz egy oxigénatomot, kevesebb oxigén kell az égéséhez, mint az etánéhoz, és tiszta, szinte láthatatlan kék lánggal ég.
A mindennapokban: Etanol ég az iskolai labor borszeszégőjében, a flambírozott desszerteknél és a benzinbe kevert bioetanolként is.
Az oktán égése
2 C₈H₁₈ + 25 O₂ → 16 CO₂ + 18 H₂O
Minden oktánmolekula elveszíti hét C–C és tizennyolc C–H kötését, és az oxigénmolekulák O=O kötései is felbomlanak; az atomokból C=O kettős kötésű CO₂ és O–H kötésű víz lesz. Két oktánmolekulához 25 oxigénmolekula kell – ha kevés a levegő, CO₂ helyett mérgező szén-monoxid vagy korom keletkezik.
A mindennapokban: Valahányszor egy benzines autó megy, a benzinben lévő oktán és hasonló szénhidrogének így égnek el a motor hengereiben.
Sejtlégzés
C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O
Összességében felbomlanak a glükóz C–C, C–H, C–O és O–H kötései és az oxigén O=O kötései, az atomok pedig CO₂-ba és vízbe kerülnek. A sejtben ez nem egyszerre megy végbe, mint a lángban, hanem sok, enzimek által szabályozott lépésben, főleg a mitokondriumokban, és a felszabaduló energia egy része ATP-ben raktározódik; az alkalmazás csak a bruttó egyenletet mutatja.
A mindennapokban: Minden belégzéssel oxigént juttatsz ehhez a reakcióhoz, a kilélegzett CO₂ pedig az egyik terméke.
Fotoszintézis
6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂
Összességében felbomlanak a szén-dioxid C=O kötései és a víz O–H kötései; a glükózban új C–C, C–H, C–O és O–H kötések jönnek létre, a víz oxigénatomjai pedig O₂-molekulákká kapcsolódnak. Az energiát a kloroplasztiszok klorofillja által elnyelt fény adja, és a glükóz kötéseiben raktározódik; valójában enzimes lépések hosszú sorozatáról van szó, az alkalmazás csak a bruttó egyenletet mutatja.
A mindennapokban: Minden zöld levél így állít elő cukrot, és a belélegzett oxigént növények és algák bocsátották ki.
A metán klórozása
CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl
Az UV-fény a Cl–Cl kötést két klórgyökre bontja, amelyek láncreakciót indítanak: a metánban felbomlik egy C–H kötés, helyén C–Cl kötés jön létre, a leszakadt hidrogén pedig H–Cl-t képez. Ez gyökös szubsztitúció – egy hidrogénatom klóratomra cserélődik; több klórral a szubsztitúció egészen a CH₂Cl₂-ig, CHCl₃-ig és CCl₄-ig folytatódik.
A mindennapokban: A klórmetánt főként szilikonok gyártására használják – ilyen például a kád körüli tömítőanyag vagy a rugalmas sütőformák.
Az etén hidrogénezése
C₂H₄ + H₂ → C₂H₆
A fémkatalizátor felületén felbomlik a H–H kötés, és a C=C kettős kötés egyik kötése felnyílik; ezután mindkét szénatom új C–H kötést alakít ki, és C–C egyszeres kötés marad. Ez addíció: két molekula egyesül eggyé, semmi sem hasad le, így a telítetlen eténből telített etán lesz.
A mindennapokban: Ugyanez a reakciótípus nikkelkatalizátorral szilárd zsírokká keményíti a folyékony növényi olajokat, például a margarin gyártásához.
Az etén brómozása
C₂H₄ + Br₂ → C₂H₄Br₂
Felbomlik a Br–Br kötés, és a C=C kettős kötés egyik kötése felnyílik; ezután mindkét szénatom egy új C–Br kötéssel egy brómatomot köt meg. Mivel a narancsbarna bróm elfogy, a szín eltűnik – ez gyors kimutatása annak, hogy az anyag C=C kettős kötést tartalmaz.
A mindennapokban: Az iskolai laborban a brómos víz elszíntelenedése a szokásos módja annak, hogy az alkéneket megkülönböztessük az alkánoktól.
Az etén hidratálása
C₂H₄ + H₂O → C₂H₅OH
A C=C kettős kötés egyik kötése felnyílik, a vízmolekulában pedig felbomlik egy O–H kötés; az egyik szénatom hidrogénatomot (új C–H kötés), a másik OH-csoportot (új C–O kötés) kap. Ezzel az addícióval állítanak elő etanolt a kőolajból nyert eténből – ez a szintetikus etanol fő előállítási módja.
A mindennapokban: Az így előállított etanolt oldószerként, valamint fertőtlenítőszerekben, kozmetikumokban és festékekben használják, nem italokban.
Az ecetsav észteresítése
CH₃COOH + C₂H₅OH → CH₃COOC₂H₅ + H₂O
Felbomlik az ecetsav OH-csoportjához vezető C–O kötés és az etanol O–H kötése; a sav OH-ja és az alkohol H-ja vízmolekulaként távozik, egy új C–O kötés pedig a két részt etil-acetát észterré kapcsolja össze. A reakció megfordítható, egyensúlyra vezet, és alig jár hőváltozással; a tömény kénsav gyorsítja és megköti a vizet, így az egyensúlyt az észter felé tolja.
A mindennapokban: Az etil-acetát gyümölcsillatú, egyes körömlakklemosók és ragasztók oldószere; hasonló észterek adják a gyümölcsök illatát.
Gyakori kérdések
Mi az a(z) Kémiai reakciók 3D?
Kémiai reakciók 3D: ingyenes interaktív szimuláció a StudyFi Labből. Közvetlenül a böngészőben fut, regisztráció és telepítés nélkül. Nézd, hogyan rendeződnek át az atomok, ahogy a kötések felbomlanak és kialakulnak
Ingyenes a(z) Kémiai reakciók 3D?
Igen. A(z) Kémiai reakciók 3D teljesen ingyenes. Böngészőben fut számítógépen, tableten és telefonon, és nem kell hozzá fiók.
Mit fedezhetek fel ebben: Kémiai reakciók 3D?
A víz keletkezése, Az ammónia szintézise, A hidrogén-klorid szintézise, A nitrogén-monoxid keletkezése, A nitrogén-dioxid keletkezése, A kén-dioxid oxidációja, A szén-monoxid égése, A szénsav keletkezése, A hidrogén-peroxid bomlása, A víz elektrolízise, Az ózon bomlása, A dinitrogén-tetroxid bomlása, A metán égése, Az etán égése, A propán égése, Az etanol égése, Az oktán égése, Sejtlégzés, Fotoszintézis, A metán klórozása, Az etén hidrogénezése, Az etén brómozása, Az etén hidratálása, Az ecetsav észteresítése.
Dolgozatra készülsz?
Töltsd fel a jegyzeteidet, és a StudyFi szókártyákat, teszteket és podcastokat készít belőlük.