Chemia w 81 interaktywnych symulatorach

Masz dziesięć nieznanych próbek o nazwach „Próbka A … Próbka J” i analizujesz je za pomocą czterech prób: barwy płomienia, wodorotlenku sodu, chlorku baru i azotanu(V) srebra. Po wytrąceniu się osadu dodajesz nadmiar NaOH/NH₃, rozcieńczony HCl lub roztwór amoniaku do ostatecznej identyfikacji, a równanie jonowe każdej reakcji pojawia się od razu. Laboratorium dokładnie odwzorowuje schematy z podręcznika na rys. 1.4.2 (kationy) i 1.4.3 (aniony), a gdy zidentyfikujesz wszystkie próbki, pokaże twój wynik i liczbę błędów.

Po lewej filtruj według typu reakcji (substytucja, addycja, eliminacja, estryfikacja, hydroliza, utlenianie, polimeryzacja, izomeryzacja, związki azotu) i wybierz reakcję. Na środku mechanizm odtwarzany jest klatka po klatce: substrat i odczynnik → rozerwanie wiązania, utworzenie nowego wiązania, karbokation lub enol jako produkt pośredni → produkt. Przechodź przez kroki ręcznie przyciskami ◀ ▶ lub automatycznie przyciskiem ▶▶ (co 0.9 s). W reakcjach zgodnych z regułą Markownikowa pojawia się przypomnienie „wodór przyłącza się do atomu węgla, który ma już więcej atomów wodoru”, a karbokationy drugorzędowe i pierwszorzędowe są pokazane obok siebie. Po prawej: pełne równanie z warunkami, objaśnienie kroku i notatka „Dlaczego?”. W trybie „Test” dostajesz 10 pytań: przewidź produkt, nazwij typ reakcji, wybierz główny produkt według reguły Markownikowa i określ warunki.

Czym różnią się mocne i słabe kwasy? Sprawdź to przyrządami laboratoryjnymi! Zanurz papierek wskaźnikowy lub pH-metr w roztworze, aby zmierzyć pH, albo zbadaj przewodnictwo elektrodami. Potem obserwuj, jak rodzaj i moc roztworu wpływają na pH. Czy roztwór słabego kwasu może mieć takie samo pH jak roztwór mocnego kwasu?

Co się dzieje, gdy dwa atomy się zbliżają? Z daleka atomy słabo się przyciągają, ale gdy znajdą się za blisko, silnie się odpychają. Wybierz parę atomów (neon, argon, tlen), zmieniaj odległość między nimi i obserwuj, jak zmienia się krzywa energii potencjalnej (σ i ε). Ruchomy atom drga wokół położenia równowagi – zupełnie jakby oba były połączone niewidzialną sprężyną!

W reakcji chemicznej atomy ani nie powstają, ani nie znikają – jedynie się przegrupowują. Dlatego liczba atomów każdego pierwiastka musi być taka sama po obu stronach równania. Zwiększaj i zmniejszaj współczynniki (liczby), aby uzgodnić równanie. Możesz to sprawdzić za pomocą cząsteczek, wagi szalkowej lub wykresu słupkowego. Gdy równanie będzie uzgodnione, pojawi się 😊!

Co się dzieje, gdy pocierasz balon o sweter? Ładunki ujemne (elektrony) przechodzą ze swetra na balon i balon zyskuje ładunek ujemny. Naelektryzowany ujemnie balon przyciąga ścianę i przywiera do niej (elektryczność statyczna). Przeciągnij balon, potrzyj go o sweter, a potem przenieś do ściany. Dotknij „Usuń ścianę”, a balon wróci do naładowanego dodatnio swetra. Obserwuj, co się dzieje, w trybie pokazywania ładunków!

Czym jest stężenie roztworu? Stężenie = liczba moli substancji rozpuszczonej / objętość roztworu. Dodaj substancję do zlewki, a stężenie wzrośnie; dodaj wodę (rozcieńcz), a spadnie. Odparuj wodę, a stężenie znów wzrośnie, ale odlanie roztworu nie zmienia stężenia. Wybieraj substancje o różnych barwach, zanurz miernik stężenia w roztworze i mierz w mol/l. Gdy dodasz za dużo substancji, roztwór stanie się nasycony, a nadmiar opadnie na dno!

Kawa, mleko, napój gazowany, kwas akumulatorowy – jak bardzo kwasowe lub zasadowe są te ciecze? Skala pH obejmuje zakres 0-14: 7 to odczyn obojętny (woda), poniżej 7 – kwasowy, a powyżej – zasadowy. Wybierz ciecz, zanurz pH-metr w roztworze i zmierz. Zobacz, jak dodawanie wody (rozcieńczanie) przybliża pH do 7 (odczyn obojętny)!

Stężenie molowe (mol/l) = liczba moli substancji rozpuszczonej / objętość roztworu (w litrach). Suwakami zmieniaj ilość substancji rozpuszczonej (mol) i objętość roztworu i obserwuj, jak zmienia się stężenie. Im więcej substancji rozpuszczonej lub im mniejsza objętość, tym większe stężenie. Jeśli będzie za duże, roztwór stanie się nasycony, a nadmiar opadnie na dno!

Atom składa się z protonów, neutronów i elektronów. Protony i neutrony znajdują się w jądrze, a elektrony – na powłokach. Liczba protonów określa pierwiastek (1 proton = wodór, 2 = hel...). Zmieniaj liczby protonów, neutronów i elektronów i obserwuj: jaki pierwiastek otrzymujesz oraz jak zmieniają się ładunek (protony − elektrony) i liczba masowa (protony + neutrony). Jeśli protonów i elektronów jest tyle samo, to obojętny atom; jeśli nie – jon!

Cząsteczki są zbudowane z atomów. Łącz atomy wodoru (H), tlenu (O), węgla (C) i azotu (N) w odpowiednich proporcjach, aby budować cząsteczki. Przykład: 2 atomy wodoru + 1 atom tlenu = woda (H₂O). Gdy tylko połączą się właściwe atomy, cząsteczka powstaje automatycznie i trafia do twojej kolekcji. Ile cząsteczek zbudujesz?

Atomy tego samego pierwiastka mogą mieć różną liczbę neutronów – nazywamy je izotopami. Izotopy mają taką samą liczbę protonów (więc to ten sam pierwiastek), ale różne liczby masowe (protony + neutrony). Wybierz pierwiastek i zmieniaj liczbę neutronów, a potem obserwuj: jaki izotop otrzymujesz, jak bardzo jest rozpowszechniony w przyrodzie i jaka jest jego masa atomowa. Przykład: węgiel-12 jest najbardziej rozpowszechniony, a węgiel-14 jest nietrwały!

Podczas reakcji substraty zużywają się w stałym stosunku. Jeśli jednego substratu zabraknie (substrat w niedomiarze), część drugiego zostaje. Przykład: 2 kromki chleba + 1 plasterek sera = 1 kanapka. Jeśli masz 5 kromek chleba i 3 plasterki sera, ile kanapek zrobisz i co zostanie? Zmieniaj ilości substratów i obserwuj, jak zmieniają się produkty i pozostałości. Wypróbuj to także na prawdziwych reakcjach, np. otrzymywaniu wody i amoniaku!

Dlaczego roztwory są barwne? Skieruj laser na barwny roztwór i detektorem zmierz, ile światła zostaje pochłonięte, a ile przechodzi. Zmieniaj substancję rozpuszczoną, stężenie, szerokość kuwety i długość fali światła i obserwuj, jak zmienia się absorbancja zgodnie z prawem Beera A = ε·l·c. Im bardziej stężony roztwór i im szersza kuweta, tym więcej światła jest pochłaniane.

Atomy nie przyciągają elektronów jednakowo silnie. Zmieniaj elektroujemność (EN) dwóch atomów i obserwuj, jak elektrony przesuwają się w stronę atomu, który przyciąga mocniej – staje się on δ− (ujemny), a drugi δ+ (dodatni). Strzałka dipola wiązania pokazuje różnicę EN: mała różnica oznacza wiązanie kowalencyjne, a duża – jonowe. Włącz pole elektryczne, a cząsteczka polarna obróci się zgodnie z kierunkiem pola.

Dlaczego drewno pływa po wodzie, a żelazo tonie? Gęstość = masa ÷ objętość. Wybierz materiał (drewno, lód, szkło, żelazo, miedź, złoto) i zmieniaj jego objętość albo stwórz własny klocek i ustaw jego masę i objętość. Jeśli jego gęstość jest mniejsza od gęstości wody, 1.0 kg/l, klocek pływa; jeśli większa – tonie. Gdy klocek pływa, to, jaka jego część jest zanurzona, zależy od jego gęstości.

Dlaczego zapach rozchodzi się po pokoju? Naczynie jest podzielone ścianką na dwie części: po lewej niebieskie cząstki gazu, po prawej czerwone. Ustaw liczbę cząstek i temperaturę, a potem dotknij przycisku „Usuń ścianę”. Cząstki stale się poruszają i zderzają, stopniowo się mieszając, aż rozłożą się równomiernie w całym naczyniu. Im wyższa temperatura, tym szybciej poruszają się cząstki i tym szybciej się rozprzestrzeniają.

Jak ładunki na siebie oddziałują? Prawo Coulomba: F = k·q₁·q₂ / r². Przeciągaj dwa ładunki wzdłuż prostej, aby zmienić odległość, i ustaw ich wielkość i znak (+/−). Ładunki jednoimienne się odpychają, a różnoimienne przyciągają. Im większe ładunki i im bliżej siebie się znajdują, tym gwałtowniej rośnie siła.

Z czego składa się jądro atomowe? Dodawaj i usuwaj protony i neutrony, aby zbudować jądro. Liczba protonów określa, jaki to pierwiastek, a protony+neutrony dają liczbę masową. Sprawdź na mapie nuklidów, czy jądro jest trwałe (ciemnoniebieskie), czy ulega rozpadowi promieniotwórczemu (β⁻, β⁺, emisja). Jeśli neutronów jest za dużo lub za mało, jądro staje się nietrwałe.

Jak światło oddziałuje z cząsteczkami? Wybierz źródło światła (mikrofale, podczerwień, światło widzialne, nadfiolet) i wystrzeliwuj fotony w cząsteczkę. Cząsteczka pochłania foton o odpowiedniej energii i reaguje: woda się obraca, dwutlenek węgla drga, dwutlenek azotu świeci, a ozon rozpada się w świetle nadfioletowym. Niektóre cząsteczki, np. N₂ i O₂, przepuszczają światło bez przeszkód.

Jak Rutherford odkrył jądro atomowe? Wystrzeliwuj dodatnio naładowane cząstki alfa w cienką złotą folię. Większość przelatuje na wprost, ale niektóre, przelatujące blisko jądra, są silnie odchylane przez odpychanie kulombowskie, a te, które trafiają w nie czołowo, odbijają się z powrotem. Zmieniaj liczbę protonów w jądrze lub energię i obserwuj, jak zmienia się odchylenie – to doświadczenie dowiodło, że masa atomu jest skupiona w maleńkim jądrze.

Dlaczego cząsteczki mają określone kształty? Dodawaj wiązania (pojedyncze, podwójne, potrójne) i wolne pary elektronowe do atomu centralnego. Pary elektronowe odpychają się i rozmieszczają jak najdalej od siebie (teoria VSEPR). W zależności od liczby domen otrzymujesz kształty takie jak liniowy, trójkątny płaski, tetraedryczny, kątowy i piramidalny. Dodanie wolnej pary zmienia kształt i zmniejsza kąt między wiązaniami.

Dlaczego lód się topi, a woda paruje? Wybierz substancję (neon, argon, tlen, woda) i zmieniaj temperaturę grzałką/chłodnicą. Gdy jest zimno, cząstki tworzą sieć i prawie się nie ruszają (ciało stałe); gdy jest ciepło, oddalają się od siebie i płyną (ciecz); gdy jest gorąco, swobodnie latają (gaz). Obserwuj temperaturę i fazę na termometrze.

Od czego zależy ciśnienie gazu? Dodawaj cząstki pompką, zmieniaj temperaturę grzałką/chłodnicą i przesuwaj tłok, aby zmniejszyć objętość. Cząstki odbijają się sprężyście od ścianek i wywierają ciśnienie. Im więcej cząstek, im wyższa temperatura gazu lub im mniejsza objętość, tym wyższe ciśnienie (PV = NkT). Obserwuj ciśnienie na manometrze i temperaturę na termometrze.

Jak są powiązane ciśnienie, objętość i temperatura gazu? Dodawaj pompką ciężkie (niebieskie) i lekkie (czerwone) cząstki. Wybierz „Stałe T”, a ciśnienie wzrośnie, gdy zmniejszysz objętość (prawo Boyle’a-Mariotte’a, P·V=const). Wybierz „Stałe V”, a ciśnienie wzrośnie, gdy ogrzejesz gaz (prawo Charlesa, P/T=const). Obserwuj krzywą zależności na miniwykresie.

Dlaczego cząsteczki mają określone kształty? Dodawaj wiązania pojedyncze i wolne pary elektronowe do atomu centralnego. Domeny elektronowe odpychają się i rozmieszczają jak najdalej od siebie (teoria VSEPR): 2 domeny dają kształt liniowy, 3 – trójkątny płaski, a 4 – tetraedryczny. Dodanie wolnej pary zmienia kształt (woda jest kątowa, amoniak – piramidalny) i zmniejsza kąt między wiązaniami. Wypróbuj to na CO₂, BF₃, H₂O, NH₃ i CH₄.

Kawa, mleko, cytryna, mydło – jak bardzo są kwasowe lub zasadowe? Gdy wybierzesz ciecz, pH-metr pokaże wartość w zakresie 0–14: 7 to odczyn obojętny, niżej – kwasowy (czerwony), wyżej – zasadowy (różowy). Pokaż stosunek jonów H₃O⁺ (kwas) i OH⁻ (zasada) w postaci słupków. W cieczach kwasowych przeważają jony H₃O⁺, a w zasadowych jest dużo OH⁻.

Dlaczego substancje przechodzą między stanem stałym, ciekłym i gazowym? Wybierz neon, argon, tlen lub wodę i zmieniaj temperaturę grzałką/chłodnicą. Gdy jest zimno, cząstki tworzą sieć i prawie się nie ruszają (ciało stałe); gdy jest ciepło, oddalają się od siebie i płyną (ciecz); gdy jest gorąco, swobodnie latają (gaz). Kropka pokazuje, gdzie substancja znajduje się na wykresie fazowym w zależności od temperatury i ciśnienia – dokładniej niż w wersji „Podstawy”!

Wybierz pierwiastek o Z=1..20, a diagram energetyczny pokaże, jak elektrony zapełniają orbitale zgodnie z zasadą rozbudowy (Aufbau) – zaczynając od orbitalu o najniższej energii – oraz jak zgodnie z regułą Hunda najpierw obsadzają pojedynczo orbitale o jednakowej energii. Pełny (1s²2s²…) i skrócony ([Ne]3s¹) zapis konfiguracji elektronowej pojawiają się obok siebie.

Dotknij dowolnego z pierwszych 20 pierwiastków w układzie okresowym, aby narysować model Bohra jego atomu. Przesuwaj się w prawo i w dół, porównuj i przekonaj się, że okres = liczba powłok, a grupa = liczba elektronów na zewnętrznej (walencyjnej) powłoce.

Przedstawia promień atomowy, energię jonizacji, elektroujemność i charakter metaliczny pierwszych 20 pierwiastków w postaci mapy kolorów (heatmapy). Wybierz właściwość i dotykaj pierwiastków, aby porównać ich wartości – prawidłowość zmian w okresie i w grupie widać na pierwszy rzut oka.

Wybierz kation (jon dodatni) i anion (jon ujemny), a indeksy zostaną dobrane metodą „na krzyż”, tworząc wzór związku: Al³⁺ + O²⁻ → Al₂O₃. Obok wyświetlają się nazwa związku, jego klasa (tlenek, zasada, kwas, sól) i bilans ładunków – opanuj pisanie wzorów właśnie tutaj!

Metale, niemetale, kwasy, zasady, tlenki, sole – mieszaj dowolnie którekolwiek z 60 substancji. Jeśli zajdzie reakcja, zobaczysz, jak zmienia się barwa w kolbie, tworzą się pęcherzyki, opada osad, a ciepło jest wydzielane lub pochłaniane. A co najlepsze, każda reakcja jest zapisywana od razu na trzy sposoby: słownie, wzorami chemicznymi i jako uzgodnione równanie. Przyciskiem „Ogrzej 🔥” możesz też zobaczyć rozkład pojedynczej substancji.

Prawdziwy stół laboratoryjny: dodawaj do szklanej zlewki wodę, kwasy, zasady, sole, metale i wskaźniki i obserwuj, co się dzieje. Tabela natychmiast pokazuje liczbę moli każdej substancji, jej rozpuszczalność (g/l) i jaki procent się rozpuścił. Podniesienie temperatury zmienia rozpuszczalność. Każda zachodząca reakcja jest zapisywana słownie i jako uzgodnione równanie. W trybie „Palnik” połóż substancję na szkiełku zegarkowym, ogrzej ją w płomieniu i zobacz reakcję rozkładu.

Wybierz reakcję spośród pięciu typów – syntezy, spalania, wymiany pojedynczej, wymiany podwójnej i analizy – i zmieniaj współczynniki przyciskami +/−. Tabela pokazuje liczbę atomów każdego pierwiastka po lewej i prawej stronie i zmienia kolor na zielony, gdy liczby się zgadzają. Jeśli utkniesz, przycisk „Odpowiedź” pokaże właściwe współczynniki.

Szereg aktywności metali (K…Au, z zaznaczonym H₂) i szereg fluorowców (F₂ > Cl₂ > Br₂ > I₂) są zawsze widoczne na ekranie. Wybierz pierwiastek i umieść go w kwasie, wodzie lub roztworze soli – od razu zobaczysz, czy zachodzi reakcja, dlaczego, oraz uzgodnione równanie.

Wybierz spośród 20 związków złożonych z 3–4 pierwiastków, np. H₂SO₄, KMnO₄ i K₂Cr₂O₇, i korzystając ze znanych stopni utlenienia (H +1, O −2 …), wyznacz przyciskami +/− stopień utlenienia zaznaczonego pierwiastka. Jeśli masz rację, pojawi się pełne rozwiązanie krok po kroku.

20 reakcji redoks na 3 poziomach: łatwym, średnim i zaawansowanym. Dla każdej reakcji widzisz pierwiastki utlenione i zredukowane, liczbę przeniesionych elektronów oraz typ reakcji (międzycząsteczkowa, wewnątrzcząsteczkowa, dysproporcjonowania), a równanie uzgadniasz za pomocą tabeli liczby atomów.

W jeziorze pływa 12 rodzajów śmieci. Posortuj je prawidłowo do pojemników na plastik, szkło, metal i odpady organiczne, a poziom zanieczyszczenia spadnie, woda stopniowo stanie się przejrzysta, a ryby i inne zwierzęta powrócą.

Przedstawia obieg, w którym dym fabryczny – gazy SO₂ i NO₂ – dostaje się do chmur i zamienia w kwaśny deszcz. Usuwaj źródła jedno po drugim, a pH deszczu wzrośnie z 3.5 do 5.6, czyli pH czystego deszczu, a uschnięte rośliny znów zakwitną.

Usuń źródła takie jak surowy węgiel, stare autobusy i kominy bez filtrów, a w ich miejsce wstaw ulepszone paliwo, transport elektryczny i filtry. Wskaźnik AQI spada z 300 do 50, a zasnute smogiem niebo się przejaśnia.

W krajobrazie z górami, rzeką i lasem są źródła zanieczyszczeń, takie jak ścieki, wysypiska śmieci i dymiące kominy. Usuń je, a potem dodaj oczyszczalnie i pojemniki do segregacji oraz posadź drzewa – rzeka stanie się czysta, a zwierzęta powrócą.

Przekręć kranik biurety, aby wlewać do zlewki kroplami lub strumieniem. Wybieraj substancje z kategorii: woda, kwasy, zasady, sole, wskaźniki i związki organiczne, i sprawdzaj liczbę moli oraz procent rozpuszczenia w tabeli zawartości. Podniesienie temperatury zmienia rozpuszczalność, a powyżej 100°C zawartość wrze. Karta reakcji pokazuje reakcje zachodzące w zlewce w postaci uzgodnionych równań.

Nakrop etanol na metalową miseczkę i podpal go, aby uzyskać niebieski płomień. Dodaj sól metalu, a płomień przybierze barwę danego jonu: potas – fioletową, sód – żółtą, miedź – niebieskozieloną, wapń – pomarańczową. W trybie testu zgadnij na podstawie barwy płomienia, jaki jon zawiera ukryta sól – to prawdziwa metoda chemii analitycznej.

Mieszaj parami roztwory 8 kationów (Ag⁺, Pb²⁺, Ba²⁺, Ca²⁺, Cu²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Na⁺) i 7 anionów (Cl⁻, I⁻, SO₄²⁻, CO₃²⁻, OH⁻, S²⁻, NO₃⁻) i od razu sprawdzaj na podstawie reguł rozpuszczalności, czy wytrąca się osad. Jeśli tak, zawartość zlewki mętnieje, a na dnie osiada barwny osad i zapisywane są zarówno pełne, jak i skrócone równania jonowe. Następnie przyciskiem „Sącz” zatrzymaj osad na sączku, a przesącz niech spłynie, jak na rys. 1.3.3, a przyciskiem „Susz” otrzymaj czystą sól – ile z 26 osadów uda ci się znaleźć?

Wybierz jedną z 8 substancji (czysta woda, naftalen, kwas stearynowy, czysta miedź – słona woda, lód z ziemią, wosk świecowy, stop brązu) i dotknij „Ogrzej”: zegar rusza, a krzywa temperatura–czas realistycznie rysuje się od lewej do prawej w ~4 sekundy. Gdy substancja czysta osiągnie temperaturę topnienia, krzywa staje się PŁASKA – całe ciepło zużywane jest na rozbicie struktury krystalicznej; mieszanina nie ma płaskiego odcinka, tylko NACHYLONY zakres, co pokazują wyraźne znaczniki, linie przerywane i objaśnienia. Przycisk „Porównaj” kreśli dwie substancje jednocześnie na tych samych osiach (np. czystą wodę i słoną wodę albo czystą miedź i stop brązu), dzięki czemu od razu porównasz różnicę.

Wybierz substancję z listy po lewej, nanieś plamkę na linię startu narysowaną ołówkiem i zanurz bibułę w rozpuszczalniku w szklanym naczyniu. Gdy rozpuszczalnik wsiąka w bibułę, plamka, która wyglądała na jedną, rozdziela się i przesuwa w górę, a gdy czoło rozpuszczalnika się zatrzyma, wartość Rf każdej plamki (droga przebyta przez plamkę a ÷ droga przebyta przez rozpuszczalnik b) jest mierzona za pomocą strzałek i linii przerywanych. Jedna plamka oznacza substancję CZYSTĄ; dwie lub więcej plamek – MIESZANINĘ. Przetestuj wszystkie 10 substancji (4 czyste, 6 mieszanin), aby wyciągnąć ogólny wniosek.

Wybierz proces po lewej i przechodź przez kolejne etapy przyciskami ◀ ▶ – każde urządzenie, np. piec do prażenia, konwertor, wieża absorpcyjna, wielki piec, komora flotacyjna i odwiert Frascha, pojawia się jako animowany schemat z rurami, przepływami, płomieniami i termometrami. Po prawej warunki danego etapu (temperatura, ciśnienie, katalizator) są wyświetlane pogrubioną czcionką nad jego równaniem, a objaśnienie posługuje się sformułowaniami z podręcznika. W trybie „Dostosuj” zmieniaj temperaturę, ciśnienie i katalizator w metodzie kontaktowej i metodzie Habera – wydajność produktu i szybkość reakcji zmieniają się natychmiast i są porównywane z optymalnymi warunkami przemysłowymi. W trybie „Test” dostajesz 6 pytań: ułóż etapy w kolejności, wybierz warunki i rozpoznaj reakcje.

Przeglądaj 140 związków organicznych z katalogu w trzech postaciach (wzór rozwinięty, półstrukturalny i szkieletowy) wraz z ich nazwą IUPAC, wzorem ogólnym, właściwościami, wykresem temperatur wrzenia dla szeregu homologicznego oraz izomerami. W trybie „Buduj” wybierz łańcuch, wiązania wielokrotne, grupy funkcyjne i podstawniki, aby złożyć cząsteczkę i poznać jej nazwę. W trybie „Test” czeka na ciebie zestaw 10 pytań.