Интерактивные симуляторы (81)

Даны десять неизвестных образцов «Образец А … Образец К», их исследуют четырьмя реактивами: окраска пламени, гидроксид натрия, хлорид бария и нитрат серебра. После выпадения осадка для окончательного определения добавляют избыток NaOH/NH₃, разбавленную HCl, раствор аммиака, и для каждой реакции сразу появляется ионное уравнение. Всё точно по схемам учебника — Рис. 1.4.2 (катионы) и 1.4.3 (анионы); когда распознаешь все образцы, увидишь баллы и число ошибок.

Слева отфильтруй реакции по типу (замещение, присоединение, отщепление, этерификация, гидролиз, окисление, полимеризация, изомеризация, азотсодержащие соединения) и выбери нужную. В центре механизм идёт кадр за кадром: исходное вещество и реагент → разрыв связи, образование новой связи, промежуточный карбокатион или енол → продукт. Листай вручную кнопками ◀ ▶ или автоматически кнопкой ▶▶ (каждые 0.9 с). В реакциях по правилу Марковникова появляется подсказка «водород присоединяется к наиболее гидрогенизированному атому углерода», а вторичный и первичный карбокатионы показаны рядом. Справа — полное уравнение с условиями, пояснение шага и заметка «Почему?». В режиме «Тест» — 10 вопросов: предсказать продукт, назвать тип реакции, выбрать основной продукт по Марковникову, узнать условия.

Чем отличаются сильные и слабые кислоты? Выясни это с помощью приборов! Опусти индикаторную бумагу или pH-метр в раствор и измерь pH или проверь электропроводность электродами. Затем понаблюдай, как тип раствора и его сила влияют на pH. Может ли раствор слабой кислоты иметь такой же pH, как раствор сильной кислоты?

Что происходит, когда два атома сближаются? Издалека атомы слабо притягиваются, а при слишком сильном сближении сильно отталкиваются. Выбери пару атомов (неон, аргон, кислород), меняй расстояние между ними и наблюдай, как меняется кривая потенциальной энергии (σ и ε). Подвижный атом колеблется около точки равновесия — будто их связывает невидимая пружина!

В химической реакции атомы не возникают и не исчезают — они лишь перегруппировываются. Поэтому в обеих частях уравнения число атомов каждого элемента должно быть одинаковым. Увеличивай и уменьшай коэффициенты (числа), чтобы уравнять уравнение. Проверять можно по молекулам, весам или столбчатой диаграмме. Когда уравняешь, появится 😊!

Что происходит, когда трёшь шарик о свитер? Отрицательные заряды (электроны) переходят со свитера на шарик, и шарик заряжается отрицательно. Отрицательно заряженный шарик притягивается к стене и прилипает к ней (статическое электричество). Перетащи шарик, потри о свитер, а затем поднеси к стене. Нажмёшь «Убрать стену» — шарик вернётся к положительно заряженному свитеру. Включи режим показа зарядов и наблюдай, что происходит!

Что такое концентрация раствора? Концентрация = моль растворённого вещества / объём раствора. Добавишь в стакан вещество — концентрация вырастет, добавишь воду (разбавишь) — уменьшится. Выпаришь воду — концентрация снова вырастет, а если слить раствор, концентрация не изменится. Выбирай вещества разных цветов, опускай измеритель концентрации в раствор и измеряй в моль/л. Если добавить слишком много вещества, раствор станет насыщенным, а избыток осядет на дно!

Кофе, молоко, газировка, аккумуляторная кислота — насколько эти жидкости кислые или щелочные? Шкала pH лежит в пределах 0-14: 7 — нейтральная среда (вода), меньше 7 — кислая, больше — щелочная. Выбери жидкость, опусти pH-метр в раствор и измерь. Наблюдай, как при добавлении воды (разбавлении) pH приближается к 7 (нейтральной среде)!

Молярная концентрация (моль/л) = число молей растворённого вещества / объём раствора (в литрах). Меняй ползунками количество растворённого вещества (моль) и объём раствора и наблюдай, как меняется концентрация. Чем больше растворённого вещества или чем меньше объём, тем выше концентрация. Если она станет слишком высокой, раствор насытится, а избыток осядет на дно!

Атом состоит из протонов, нейтронов и электронов. Протоны и нейтроны находятся в ядре, электроны — в оболочке. Число протонов определяет элемент (1 протон = водород, 2 = гелий...). Меняй число протонов, нейтронов и электронов и наблюдай: какой получается элемент, как меняются заряд (протоны − электроны) и массовое число (протоны + нейтроны). Если протонов и электронов поровну — атом нейтральный, если нет — это ион!

Молекулы состоят из атомов. Соединяй атомы водорода (H), кислорода (O), углерода (C) и азота (N) в правильном соотношении и собирай молекулы. Пример: 2 атома водорода + 1 атом кислорода = вода (H₂O). Как только нужные атомы соединятся, молекула образуется автоматически и добавится в коллекцию. Сколько молекул ты сможешь собрать?

Атомы одного элемента могут содержать разное число нейтронов — это изотопы. У изотопов одинаковое число протонов (поэтому это один и тот же элемент), но разное массовое число (протоны + нейтроны). Выбери элемент, меняй число нейтронов и наблюдай: какой получается изотоп, насколько он распространён в природе, какова атомная масса. Пример: углерод-12 самый распространённый, а углерод-14 нестабилен!

Во время реакции реагенты расходуются в определённом соотношении. Если одного реагента не хватает (лимитирующий реагент), другой остаётся в избытке. Пример: 2 ломтика хлеба + 1 ломтик сыра = 1 сэндвич. Если у тебя 5 ломтиков хлеба и 3 ломтика сыра, сколько сэндвичей получится и что останется? Меняй количество реагентов и наблюдай, как меняются продукты и остатки. Попробуй и настоящие реакции — получение воды и аммиака!

Почему растворы бывают окрашенными? Направь лазер на окрашенный раствор и измерь детектором, сколько света поглощается и сколько проходит. Меняй растворённое вещество, концентрацию, толщину кюветы и длину волны света и наблюдай, как меняется поглощение по закону Бера A = ε·l·c. Чем концентрированнее раствор и чем толще слой, тем сильнее поглощается свет.

Атомы притягивают электроны неодинаково. Меняй электроотрицательность (EN) двух атомов и наблюдай, как электроны смещаются к атому, который притягивает сильнее, — он получает δ− (отрицательный), а другой — δ+ (положительный) заряд. Стрелка диполя связи показывает разность EN: разность мала — ковалентная связь, велика — ионная. Включи электрическое поле — и полярная молекула повернётся и выстроится вдоль поля.

Почему дерево плавает в воде, а железо тонет? Плотность = масса ÷ объём. Выбери материал (дерево, лёд, стекло, железо, медь, золото), меняй объём или создай свой брусок и задай массу и объём. Если плотность меньше плотности воды 1.0 кг/л, брусок плавает, если больше — тонет. При плавании погружённая в воду часть зависит от плотности.

Почему запах распространяется по комнате? Сосуд разделён перегородкой на две части: слева — частицы синего газа, справа — красного. Задай количество и температуру и нажми кнопку «Убрать перегородку». Частицы постоянно движутся, сталкиваются, постепенно перемешиваются и равномерно распределяются по всему сосуду. Чем выше температура, тем быстрее движутся частицы и тем быстрее идёт диффузия.

Как заряды действуют друг на друга? Закон Кулона: F = k·q₁·q₂ / r². Перетаскивай два заряда вдоль линии, меняя расстояние, и задавай их величину и знак (+/−). Одноимённые заряды отталкиваются, разноимённые — притягиваются. Чем больше заряды и чем меньше расстояние, тем резче возрастает сила.

Из чего состоит ядро атома? Добавляй и убирай протоны и нейтроны, собирая ядро. Число протонов определяет, какой это элемент, а протоны+нейтроны дают массовое число. На диаграмме нуклидов видно, устойчиво ли ядро (тёмно-синий) или радиоактивно распадается (β⁻, β⁺, испускание). Если нейтронов слишком много или слишком мало, ядро становится неустойчивым.

Как свет взаимодействует с молекулами? Выбери источник света (микроволны, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолет) и направь фотоны на молекулу. Фотон подходящей энергии молекула поглощает и реагирует: вода вращается, углекислый газ колеблется, оксид азота(IV) светится, а озон распадается под ультрафиолетом. Некоторые молекулы, например N₂, O₂, пропускают свет сквозь себя.

Как Резерфорд открыл ядро атома? Направь положительно заряженные альфа-частицы на тонкую золотую фольгу. Большинство проходит насквозь, но некоторые, пролетая рядом с ядром, резко отклоняются из-за кулоновского отталкивания, а летящие прямо в ядро отскакивают назад. Меняй число протонов ядра или энергию и наблюдай, как меняется отклонение — этот опыт доказал, что масса атома сосредоточена в крошечном ядре.

Почему молекула имеет определённую форму? Добавляй к центральному атому связи (одинарные, двойные, тройные) и неподелённые электронные пары. Электронные пары отталкиваются друг от друга и располагаются как можно дальше (теория VSEPR). В зависимости от числа доменов получаются линейная, плоская треугольная, тетраэдрическая, угловая, пирамидальная и другие формы. Если добавить неподелённую пару, форма меняется, а угол между связями уменьшается.

Почему лёд тает, а вода испаряется? Выбери вещество (неон, аргон, кислород, вода) и меняй температуру нагревателем/охладителем. На холоде частицы образуют решётку и почти не движутся (твёрдое тело), в тепле разъединяются и текут (жидкость), при высокой температуре свободно летают (газ). Следи за температурой и фазой по термометру.

От чего зависит давление газа? Добавляй частицы насосом, меняй температуру нагревателем/охладителем, двигай поршень, уменьшая объём. Частицы упруго ударяются о стенки и создают давление. Чем больше частиц, выше температура или меньше объём, тем выше давление (PV = NkT). Следи за давлением по манометру, а за температурой — по термометру.

Как связаны давление, объём и температура газа? Добавляй насосом тяжёлые (синие) и лёгкие (красные) частицы. Выберешь «Постоянная T» — при уменьшении объёма давление растёт (закон Бойля — Мариотта P·V=const). Выберешь «Постоянный V» — при нагревании давление растёт (закон Шарля P/T=const). Следи за кривой зависимости на мини-графике.

Почему молекула имеет определённую форму? Добавляй к центральному атому одинарные связи и неподелённые электронные пары. Электронные домены отталкиваются и располагаются как можно дальше (теория VSEPR): 2 домена дают линейную, 3 — плоскую треугольную, 4 — тетраэдрическую форму. Если добавить неподелённую пару, форма меняется (вода — угловая, аммиак — пирамидальный), а угол между связями уменьшается. Попробуй на примерах CO₂, BF₃, H₂O, NH₃, CH₄.

Кофе, молоко, лимон, мыло — насколько они кислые или щелочные? Выбери жидкость — pH-метр покажет значение 0–14: 7 — нейтральная среда, меньше — кислая (красный), больше — щелочная (розовый). Покажи столбиками соотношение ионов H₃O⁺ (кислота) и OH⁻ (основание). В кислой жидкости преобладают H₃O⁺, а в щелочной больше OH⁻.

Почему вещество переходит в твёрдое, жидкое и газообразное состояния? Выбери неон, аргон, кислород или воду и меняй температуру нагревателем/охладителем. На холоде частицы образуют решётку и почти не движутся (твёрдое тело), в тепле разъединяются и текут (жидкость), при высокой температуре свободно летают (газ). Смотри по точке, где на фазовой диаграмме находится вещество в зависимости от температуры и давления, — подробнее, чем в базовой версии!

Выбери элемент с Z=1..20 — на энергетической диаграмме будет показано, как электроны заполняют орбитали по принципу наименьшей энергии — начиная с самой низкой по энергии орбитали, — а по правилу Хунда сначала по одному занимают орбитали с одинаковой энергией. Рядом появляются полная (1s²2s²…) и краткая ([Ne]3s¹) записи электронной конфигурации.

Нажми на ячейку любого из первых 20 элементов периодической системы — появится модель атома по Бору. Перемещайся вправо и вниз, сравнивай и убедись: период = число оболочек, группа = число электронов на внешней (валентной) оболочке.

Атомный радиус, энергия ионизации, электроотрицательность и металлические свойства первых 20 элементов показаны на цветовой карте (heatmap). Выбери свойство и нажимай на элементы, сравнивая значения, — закономерности изменения по периоду и по группе видны сразу.

Выбери катион (положительный ион) и анион (отрицательный ион) — индексы рассчитаются по правилу «крест-накрест», и сложится формула соединения: Al³⁺ + O²⁻ → Al₂O₃. Рядом видны название соединения, класс (оксид, основание, кислота, соль) и баланс зарядов — освой здесь составление формул полностью!

Металлы, неметаллы, кислоты, основания, оксиды, соли — смешивай любые из 60 веществ как хочешь. Если идёт реакция, в колбе видно, как меняется цвет, выделяются пузырьки, выпадает осадок, выделяется или поглощается тепло. Самое главное — каждая реакция записывается сразу в трёх видах: словесное уравнение, химические формулы и уравнение реакции с коэффициентами. Кнопкой «Нагреть 🔥» можно увидеть и реакцию разложения одного вещества.

Настоящий лабораторный стол: добавляй в стакан воду, кислоты, основания, соли, металлы, индикаторы и смотри, что происходит. Таблица сразу показывает для каждого вещества число молей, растворимость (г/л) и сколько процентов растворилось. При повышении температуры растворимость меняется. Каждая реакция записывается словесным уравнением и уравнением с коэффициентами. В режиме «Горелка» положи вещество на часовое стекло, нагрей в пламени и посмотри реакцию разложения.

Выбери реакцию из пяти типов — соединение, горение, замещение, обмен, разложение — и подбирай коэффициенты кнопками +/−. Таблица показывает число атомов каждого элемента слева и справа и становится зелёной, когда они равны. Если застрял, кнопка «Ответ» покажет правильные коэффициенты.

Ряд активности металлов (K…Au, с границей H₂) и ряд галогенов (F₂ > Cl₂ > Br₂ > I₂) всегда видны на экране. Выбери элемент и помести его в кислоту, воду или раствор соли — сразу увидишь, пойдёт ли реакция, почему, и уравнение с коэффициентами.

Выбери одно из 20 соединений из 3–4 элементов, например H₂SO₄, KMnO₄, K₂Cr₂O₇, и, используя известные степени окисления (H +1, O −2 …), найди степень окисления указанного элемента кнопками +/−. Если ответ верный, появится полное решение.

20 окислительно-восстановительных реакций 3 уровней: лёгкий, средний, продвинутый. Для каждой реакции видны окисленный и восстановленный элементы, число перешедших электронов и тип реакции (межмолекулярная, внутримолекулярная, самоокисления-самовосстановления), а уравнивать помогает таблица числа атомов.

В озере плавает 12 видов мусора. Правильно рассортируй его по контейнерам: пластик, стекло, металл, органика — уровень загрязнения снизится, вода постепенно станет прозрачной, а рыбы и другие животные вернутся.

Показан круговорот: заводской дым — газы SO₂ и NO₂ — попадает в облака и выпадает кислотным дождём. Убирай источники по одному: pH дождя поднимется с 3.5 до 5.6, как у чистого дождя, и засохшие растения снова зацветут.

Убери такие источники, как сырой уголь, старые автобусы и трубы без фильтров, и поставь вместо них улучшенное топливо, электротранспорт и фильтры. AQI снизится с 300 до 50, и задымлённое небо прояснится.

Среди гор, реки и леса есть загрязнители: сточные воды, свалки, дымящие трубы. Убери их, поставь очистные сооружения и контейнеры для сортировки, посади деревья — река станет прозрачной, а животные вернутся.

Поворачивай кран бюретки и наливай в стакан по каплям или струёй. Выбирай вещества по категориям: вода, кислоты, основания, соли, индикаторы, органика — и смотри в таблице состава число молей и процент растворения. При нагревании растворимость меняется, а выше 100°C начинается кипение. Вкладка реакций показывает реакции в стакане уравнениями с коэффициентами.

Капни этанол на металлическую пластинку и подожги — появится голубое пламя. Если добавить соль металла, пламя окрасится в цвет этого иона: калий — фиолетовый, натрий — жёлтый, медь — зелёно-голубой, кальций — оранжевый. В режиме теста угадай ион скрытой соли по цвету пламени — это настоящий метод аналитической химии.

Смешивай попарно растворы 8 катионов (Ag⁺, Pb²⁺, Ba²⁺, Ca²⁺, Cu²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Na⁺) и 7 анионов (Cl⁻, I⁻, SO₄²⁻, CO₃²⁻, OH⁻, S²⁻, NO₃⁻) и сразу смотри по правилам растворимости, образуется ли осадок. Если осадок выпадает, раствор мутнеет, на дне оседает цветная горка, и записываются полное и сокращённое ионные уравнения. Затем кнопкой «Фильтровать», как на Рис. 1.3.3, оставь осадок на бумаге, а фильтрату дай стечь вниз, и кнопкой «Высушить» получи чистую соль — сколько из 26 осадков ты сможешь найти?

Выбери одно из 8 веществ (чистая вода, нафталин, стеариновая кислота, чистая медь — солёная вода, лёд с землёй, свеча, сплав бронза) и нажми «Нагреть»: время пойдёт, и кривая «температура–время» реалистично прорисуется слева направо за ~4 с. Когда чистое вещество достигает температуры плавления, кривая становится ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ — всё тепло уходит на разрушение кристаллической структуры; у смеси горизонтального участка нет, есть только НАКЛОННЫЙ участок — это показано яркими метками, пунктиром и пояснениями. Кнопка «Сравнить» рисует два вещества на одной оси (например, чистую и солёную воду, чистую медь и бронзу), чтобы сразу увидеть разницу.

Выбери вещество из списка слева, поставь пятно на стартовой линии, проведённой карандашом, и опусти бумагу в растворитель в стеклянном сосуде. Растворитель поднимается по бумаге, и пятно, казавшееся одним, разделяется и движется вверх; когда фронт растворителя остановится, значение Rf каждого пятна (путь пятна a ÷ путь растворителя b) отмечается стрелками и пунктиром. Одно пятно — ЧИСТОЕ, два и больше — СМЕСЬ; испытай все 10 веществ (4 чистых, 6 смесей), и появится общий вывод.

Выбери производство слева и листай стадии кнопками ◀ ▶ — печь для обжига, конвертер, поглотительная башня, доменная печь, флотационная ванна, скважина Фраша и другие аппараты показаны на анимированных схемах с трубами, потоками, пламенем и термометрами. Справа над уравнением крупно указаны условия стадии (температура, давление, катализатор), а пояснение дано языком учебника. В режиме «Настрой» меняй температуру, давление и катализатор для контактного способа и процесса Габера — выход продукта и скорость реакции сразу меняются и сравниваются с оптимальными промышленными условиями. В режиме «Тест» — 6 вопросов: расставить стадии по порядку, выбрать условия, узнать реакцию.

Рассмотри 140 органических соединений каталога в трёх видах (развёрнутая, сокращённая, скелетная формула) — с названием ИЮПАК, общей формулой, свойствами, диаграммой температур кипения гомологического ряда и изомерами. В режиме «Собери» выбирай цепь, кратные связи, функциональные группы и заместители, собирай молекулу — и получай её название. В режиме «Тест» — набор из 10 вопросов.