Reazioni chimiche 3D
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Guarda gli atomi riorganizzarsi mentre i legami si rompono e si formano
Cosa puoi esplorare
Formazione dell'acqua
2 H₂ + O₂ → 2 H₂O
Si rompono i legami H–H dell'idrogeno e il doppio legame O=O dell'ossigeno, e ogni atomo di ossigeno forma due nuovi legami O–H. I nuovi legami sono più forti di quelli rotti, quindi si libera molta energia: una miscela di idrogeno e ossigeno esplode se innescata.
Nella vita quotidiana: Le celle a combustibile e alcuni motori a razzo ricavano energia dall'idrogeno con questa reazione, e l'unico prodotto è acqua.
Sintesi dell'ammoniaca
N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃
Si rompono il fortissimo triplo legame N≡N dell'azoto e i legami H–H dell'idrogeno, e ogni atomo di azoto forma tre legami N–H. Il triplo legame è così difficile da rompere che la reazione è abbastanza veloce solo con un catalizzatore; con il processo Haber-Bosch si produce l'ammoniaca per i fertilizzanti che sfamano gran parte dell'umanità.
Nella vita quotidiana: Quasi tutti i fertilizzanti azotati sparsi sui campi sono prodotti con ammoniaca ottenuta da questa reazione.
Sintesi del cloruro di idrogeno
H₂ + Cl₂ → 2 HCl
La luce o il calore spezzano il legame Cl–Cl in atomi di cloro (radicali), che avviano una reazione a catena: si rompono legami H–H e Cl–Cl e si formano legami H–Cl. La reazione libera energia e con luce intensa la miscela può persino esplodere; sciogliendo il gas HCl in acqua si ottiene l'acido cloridrico.
Nella vita quotidiana: L'acido cloridrico si usa per togliere il calcare e pulire i metalli, e in forma diluita si trova anche nel tuo succo gastrico.
Formazione del monossido di azoto
N₂ + O₂ → 2 NO
Si rompono il triplo legame N≡N dell'azoto e il doppio legame O=O dell'ossigeno, e in due molecole di NO si formano legami azoto–ossigeno. Rompere legami così forti richiede più energia di quella restituita dai nuovi, quindi la reazione assorbe calore e avviene solo a temperature molto alte: per questo l'azoto e l'ossigeno dell'aria normalmente non reagiscono.
Nella vita quotidiana: Il monossido di azoto si forma nei fulmini e nei motori caldi delle auto ed è il primo passo verso gli ossidi di azoto dei gas di scarico e dello smog.
Formazione del diossido di azoto
2 NO + O₂ → 2 NO₂
Si rompe il doppio legame O=O dell'ossigeno e ogni molecola di NO lega un altro atomo di ossigeno con un nuovo legame azoto–ossigeno. La reazione avviene spontaneamente già a temperatura ambiente e libera calore: l'NO incolore diventa NO₂, un gas bruno-rossastro e tossico.
Nella vita quotidiana: La foschia brunastra sopra le città trafficate nei giorni di smog è in parte NO₂ dei gas di scarico, che contribuisce anche alle piogge acide.
Ossidazione del diossido di zolfo
2 SO₂ + O₂ → 2 SO₃
Si rompe il doppio legame O=O dell'ossigeno e ogni molecola di SO₂ acquista un terzo atomo di ossigeno con un nuovo legame zolfo–ossigeno. La reazione libera calore ed è reversibile, perciò nell'industria si accelera con un catalizzatore di ossido di vanadio(V); è il passaggio chiave del processo di contatto per produrre acido solforico.
Nella vita quotidiana: L'acido solforico prodotto così serve per fertilizzanti e batterie delle auto, e la stessa ossidazione dell'SO₂ nell'aria contribuisce alle piogge acide.
Combustione del monossido di carbonio
2 CO + O₂ → 2 CO₂
Si rompe il doppio legame O=O dell'ossigeno e ogni molecola di CO prende un atomo di ossigeno; il carbonio forma così due doppi legami C=O nella molecola lineare di CO₂. Il CO brucia con fiamma blu e libera molto calore, trasformando il velenoso CO nella ben meno pericolosa CO₂.
Nella vita quotidiana: La marmitta catalitica delle auto usa questa reazione per eliminare il velenoso monossido di carbonio dai gas di scarico.
Formazione dell'acido carbonico
CO₂ + H₂O → H₂CO₃
Una molecola d'acqua si lega all'atomo di carbonio della CO₂: un doppio legame C=O diventa semplice, un legame O–H dell'acqua si rompe e il suo idrogeno passa a un ossigeno, così l'H₂CO₃ ha due gruppi O–H. È un equilibrio molto spostato verso i reagenti: la maggior parte della CO₂ resta semplicemente disciolta e solo una piccola parte forma acido carbonico, che rende la soluzione debolmente acida.
Nella vita quotidiana: Le bevande gassate hanno un sapore leggermente acidulo per l'acido carbonico, e quando apri la bottiglia la CO₂ disciolta esce sotto forma di bollicine.
Decomposizione del perossido di idrogeno
2 H₂O₂ → 2 H₂O + O₂
Si rompono il debole legame semplice O–O e alcuni legami O–H dell'H₂O₂; gli atomi si riorganizzano in molecole d'acqua con nuovi legami O–H e in una molecola di ossigeno con doppio legame O=O. Da sola la reazione è lenta, ma un catalizzatore come il diossido di manganese o l'enzima catalasi la accelera enormemente, e l'ossigeno liberato fa schiumare la miscela.
Nella vita quotidiana: Quando versi acqua ossigenata su una ferita, fa schiuma perché la catalasi del sangue la scompone in acqua e ossigeno.
Elettrolisi dell'acqua
2 H₂O → 2 H₂ + O₂
La corrente elettrica fornisce l'energia necessaria a rompere i legami O–H dell'acqua; gli atomi di idrogeno si uniscono con legami H–H e quelli di ossigeno con un doppio legame O=O. È l'inverso della formazione dell'acqua, quindi richiede almeno tanta energia quanta ne libera la combustione dell'idrogeno; al catodo si forma idrogeno e all'anodo ossigeno, in rapporto di volume 2 : 1.
Nella vita quotidiana: Gli elettrolizzatori alimentati da elettricità solare o eolica producono così idrogeno «verde» come combustibile pulito.
Decomposizione dell'ozono
2 O₃ → 3 O₂
Nell'ozono tre atomi di ossigeno sono tenuti insieme da due legami più deboli del doppio legame O=O; la luce UV li spezza e gli atomi liberati si riorganizzano in tre molecole di O₂ con doppi legami O=O. Nel complesso si libera energia, e nello strato di ozono le molecole di ozono, spezzandosi, assorbono la pericolosa radiazione ultravioletta del Sole.
Nella vita quotidiana: Lo strato di ozono, in alto nella stratosfera, ti protegge così dalle scottature e dai danni alla pelle causati dai raggi UV.
Decomposizione del tetrossido di diazoto
N₂O₄ → 2 NO₂
Si rompe il legame N–N, relativamente debole, al centro della molecola di N₂O₄, che si divide in due molecole di NO₂; non si formano nuovi legami, quindi la reazione assorbe energia. È un equilibrio reversibile: riscaldando si sposta verso l'NO₂ bruno, raffreddando ritorna l'N₂O₄ incolore – un classico esempio del principio di Le Châtelier.
Nella vita quotidiana: Nel laboratorio scolastico una fiala sigillata con questo gas diventa più scura in acqua calda e più chiara in acqua ghiacciata; l'N₂O₄ si usa anche come ossidante nei motori dei veicoli spaziali.
Combustione del metano
CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O
Si rompono tutti e quattro i legami C–H del metano e i doppi legami O=O di due molecole di ossigeno; il carbonio forma due doppi legami C=O nella CO₂ e gli idrogeni formano legami O–H in due molecole d'acqua. Nel complesso i nuovi legami sono molto più forti di quelli rotti, quindi si libera molto calore: ecco perché il gas naturale è un ottimo combustibile.
Nella vita quotidiana: La fiamma blu del fornello o della caldaia a gas è metano del gas naturale che brucia.
Combustione dell'etano
2 C₂H₆ + 7 O₂ → 4 CO₂ + 6 H₂O
In ogni molecola di etano si rompono il legame C–C e sei legami C–H, insieme ai legami O=O delle molecole di ossigeno; gli atomi di carbonio finiscono nella CO₂ (legami C=O) e quelli di idrogeno nell'acqua (legami O–H). Due molecole di etano richiedono sette molecole di ossigeno e, come ogni combustione degli alcani, la reazione libera molto calore.
Nella vita quotidiana: L'etano è, dopo il metano, il componente più abbondante del gas naturale, quindi brucia insieme a esso nei fornelli e nelle centrali.
Combustione del propano
C₃H₈ + 5 O₂ → 3 CO₂ + 4 H₂O
Si rompono i due legami C–C e gli otto C–H del propano, insieme ai legami O=O di cinque molecole di ossigeno; si formano tre molecole di CO₂ con doppi legami C=O e quattro molecole d'acqua con legami O–H. Il propano si liquefa facilmente a pressione moderata, quindi in una piccola bombola si concentra molta energia.
Nella vita quotidiana: Fornelletti da campeggio, barbecue a gas e auto a GPL bruciano propano (spesso miscelato con butano).
Combustione dell'etanolo
C₂H₅OH + 3 O₂ → 2 CO₂ + 3 H₂O
Si rompono i legami C–C, C–H, C–O e O–H dell'etanolo insieme ai legami O=O di tre molecole di ossigeno; gli atomi si ricombinano in due molecole di CO₂ (legami C=O) e tre molecole d'acqua (legami O–H). Poiché l'etanolo contiene già un atomo di ossigeno, richiede meno ossigeno dell'etano e brucia con una fiamma blu pulita, quasi invisibile.
Nella vita quotidiana: L'etanolo brucia nelle lampade ad alcol del laboratorio scolastico, nei dolci flambé e come bioetanolo miscelato alla benzina.
Combustione dell'ottano
2 C₈H₁₈ + 25 O₂ → 16 CO₂ + 18 H₂O
Ogni molecola di ottano perde i suoi sette legami C–C e diciotto legami C–H, e si rompono anche i legami O=O dell'ossigeno; gli atomi formano CO₂ con doppi legami C=O e acqua con legami O–H. Due molecole di ottano richiedono ben 25 molecole di ossigeno: se l'aria non basta, al posto della CO₂ si formano monossido di carbonio velenoso o fuliggine.
Nella vita quotidiana: Ogni volta che un'auto a benzina viaggia, l'ottano e idrocarburi simili del carburante bruciano così nei cilindri del motore.
Respirazione cellulare
C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O
Complessivamente si rompono i legami C–C, C–H, C–O e O–H del glucosio e i legami O=O dell'ossigeno, e gli atomi finiscono in CO₂ e acqua. Nella cellula ciò non avviene in un colpo solo come in una fiamma, ma in molti passaggi controllati da enzimi, per lo più nei mitocondri, e parte dell'energia liberata viene immagazzinata nell'ATP; l'app mostra solo l'equazione complessiva.
Nella vita quotidiana: A ogni respiro fornisci l'ossigeno per questa reazione, e la CO₂ che espiri è uno dei suoi prodotti.
Fotosintesi
6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂
Complessivamente si rompono i legami C=O del diossido di carbonio e i legami O–H dell'acqua; nel glucosio si formano nuovi legami C–C, C–H, C–O e O–H, mentre gli atomi di ossigeno dell'acqua si uniscono in O₂. L'energia viene dalla luce catturata dalla clorofilla nei cloroplasti e resta immagazzinata nei legami del glucosio; in realtà si tratta di una lunga catena di passaggi enzimatici, e l'app mostra solo l'equazione complessiva.
Nella vita quotidiana: Ogni foglia verde produce zucchero in questo modo, e l'ossigeno che respiri è stato liberato da piante e alghe.
Clorurazione del metano
CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl
La luce UV spezza il legame Cl–Cl in due radicali cloro, che avviano una reazione a catena: nel metano si rompe un legame C–H, al suo posto si forma un legame C–Cl e l'idrogeno strappato forma H–Cl. È una sostituzione radicalica: un atomo di idrogeno viene sostituito da un atomo di cloro; con più cloro la sostituzione prosegue fino a CH₂Cl₂, CHCl₃ e CCl₄.
Nella vita quotidiana: Il clorometano serve soprattutto a produrre siliconi, come il sigillante intorno alla vasca da bagno o gli stampi flessibili da forno.
Idrogenazione dell'etene
C₂H₄ + H₂ → C₂H₆
Sulla superficie del catalizzatore metallico si rompe il legame H–H e si apre uno dei due legami del doppio legame C=C; ogni atomo di carbonio forma quindi un nuovo legame C–H e resta un legame semplice C–C. È un'addizione: due molecole si uniscono in una senza che nulla si stacchi, e l'etene insaturo diventa etano saturo.
Nella vita quotidiana: Lo stesso tipo di reazione con catalizzatore di nichel trasforma gli oli vegetali liquidi in grassi solidi, ad esempio per la margarina.
Bromurazione dell'etene
C₂H₄ + Br₂ → C₂H₄Br₂
Si rompe il legame Br–Br e si apre uno dei due legami del doppio legame C=C; ogni atomo di carbonio lega poi un atomo di bromo con un nuovo legame C–Br. Poiché il bromo, di colore bruno-arancio, viene consumato, il colore scompare: è un test rapido che indica la presenza di un doppio legame C=C.
Nella vita quotidiana: Nel laboratorio scolastico la decolorazione dell'acqua di bromo è il metodo classico per distinguere gli alcheni dagli alcani.
Idratazione dell'etene
C₂H₄ + H₂O → C₂H₅OH
Si apre uno dei due legami del doppio legame C=C e si rompe un legame O–H della molecola d'acqua; un carbonio riceve un atomo di idrogeno (nuovo legame C–H) e l'altro un gruppo OH (nuovo legame C–O). Con questa addizione si ottiene etanolo dall'etene del petrolio: è la via principale per produrre etanolo sintetico.
Nella vita quotidiana: L'etanolo prodotto così si usa come solvente e in disinfettanti, cosmetici e vernici, non nelle bevande.
Esterificazione dell'acido acetico
CH₃COOH + C₂H₅OH → CH₃COOC₂H₅ + H₂O
Si rompono il legame C–O verso il gruppo OH dell'acido acetico e il legame O–H dell'etanolo; l'OH dell'acido e l'H dell'alcol escono come molecola d'acqua e un nuovo legame C–O unisce le due parti nell'estere acetato di etile. La reazione è reversibile e raggiunge un equilibrio quasi senza scambio di calore; l'acido solforico concentrato la accelera e lega l'acqua, spostando l'equilibrio verso l'estere.
Nella vita quotidiana: L'acetato di etile ha un odore fruttato ed è il solvente di alcuni solventi per unghie e colle; esteri simili danno il profumo alla frutta.
Domande frequenti
Che cos’è Reazioni chimiche 3D?
Reazioni chimiche 3D è una simulazione interattiva gratuita di StudyFi Lab. Funziona direttamente nel browser, senza registrazione e senza installare nulla. Guarda gli atomi riorganizzarsi mentre i legami si rompono e si formano
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