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Les chimistes représentent les réactions chimiques au moyen d’équations chimiques, qui ne sont rien de plus que la représentation symbolique de ce qui se passe réellement pendant la réaction. Dans une équation chimique, nous pouvons trouver les réactifs à gauche, les produits à droite et la flèche de réaction entre eux.
Une flèche de réaction est un symbole qui représente le processus de changement qui se produit lors d’une réaction chimique et en montre certaines caractéristiques importantes . Vous pouvez dire si la réaction est réversible ou non, si elle est en équilibre, s’il s’agit d’un processus de résonance, etc. Cela montre qu’une flèche de réaction est bien plus qu’une simple flèche pointant des réactifs vers les produits, il est donc important d’apprendre à reconnaître les différences subtiles de forme afin de pouvoir les interpréter correctement.
Un aperçu de la plupart des flèches utilisées en chimie est présenté ci-dessous, ainsi que leur signification respective.
01 – La flèche de réaction simple
C’est la flèche de réaction la plus simple. Il consiste uniquement en une simple flèche pointant vers la droite et indique l’apparition d’une réaction chimique qui transforme de manière irréversible les réactifs en produits.
Cette flèche peut également être pointée de droite à gauche ou dans différentes directions selon le cas, mais elle représente toujours une réaction dans laquelle tout ce qui se trouve du côté de la queue devient ce qui apparaît sur sa pointe.
02 – Les flèches d’équilibre
Il existe différentes façons d’indiquer qu’une réaction chimique est réversible, c’est-à-dire qu’elle peut se produire dans les deux sens. En raison des lois de la cinétique chimique, toute réaction chimique réversible peut éventuellement atteindre un équilibre dans lequel les réactions directes et inverses se produisent à la même vitesse. Pour cette raison, les réactions chimiques réversibles sont souvent appelées équilibres chimiques.
La double flèche de Van’t Hoff
La façon la plus logique de représenter une réaction chimique qui peut se produire dans les deux sens consiste à combiner deux flèches de réaction simples pointant dans des directions opposées. Cette flèche s’appelle une double flèche, et le premier à l’utiliser pour représenter la réversibilité des réactions chimiques fut Jacobus Henricus van ‘t Hoff en 1884.
La flèche d’équilibre dynamique équilibrée
H. Marshal a modifié la double flèche de van’t Hoff en 1902 pour en simplifier l’écriture. Au lieu de placer littéralement deux flèches simples, l’une au-dessus de l’autre, il les a remplacées par deux demi-flèches ou des flèches à demi-pointes. Cette façon de représenter l’équilibre chimique est beaucoup plus courante aujourd’hui.
Lorsque les deux demi-flèches ont la même longueur, on dit que les réactions directes et inverses ont des taux comparables; par conséquent, à l’état d’équilibre, les concentrations de réactifs et de produits sont également comparables. On peut parler dans ce cas d’un bilan « équilibré ».
La flèche d’équilibre dynamique s’est déplacée vers les produits
Une variante de la flèche d’équilibre ci-dessus consiste en une demi-flèche plus longue que l’autre. Cela indique que l’une des deux réactions est plus rapide que l’autre, donc l’équilibre favorise l’un des deux côtés de l’équation.
Lorsque la flèche du haut pointant vers la droite est plus longue que celle du bas, on est en présence d’une flèche d’équilibre qui se décale vers les produits ou qui favorise les produits, puisque la réaction directe est plus rapide que l’inverse.
Ceci indique que la concentration des produits à l’équilibre est considérablement supérieure à celle des réactifs.
La flèche d’équilibre dynamique décalée vers les réactifs
La flèche d’équilibre décalée vers les réactifs est l’inverse de la flèche précédente. Dans ce cas, la réaction inverse est plus rapide que la réaction directe et l’équilibre profite aux réactifs.
03 – La Flèche de Résonance
La flèche de résonance consiste en une flèche à double pointe, bien qu’elle soit aussi parfois représentée comme une flèche avec deux demi-têtes sur les côtés opposés, comme le montre l’image.
Ce type de flèche ne représente pas une réaction chimique en soi, mais plutôt le processus de délocalisation et de mouvement interne des électrons pi dans une molécule qui transforme une structure de Lewis en une autre. Ce type de processus s’appelle la résonance (d’où le nom donné à cette flèche) et c’est un processus complètement réversible, c’est pourquoi la flèche a deux pointes.
04 – La flèche de réaction inconnue
Dans certaines situations particulières, les chimistes connaissent les réactifs de départ et les produits d’une réaction, mais ne savent pas quel type de réaction se produit réellement ou s’il s’agit réellement d’une ou plusieurs réactions consécutives. Pour indiquer un manque de connaissance des caractéristiques particulières d’une réaction ou, en général, de la manière dont les réactifs sont convertis en produits, une flèche en pointillé est utilisée.
Cette flèche est également utilisée lorsque vous proposez une réaction particulière dans le cadre d’un mécanisme de réaction sans savoir si c’est réellement la réaction qui se produit. C’est-à-dire proposer des étapes pour lesquelles il n’existe aucune preuve définitive ou concluante.
05 – La flèche de la rétrosynthèse
La flèche de rétrosynthèse est souvent utilisée en chimie organique de synthèse et indique l’origine immédiate d’une substance à partir d’une autre. Cette flèche se lit comme « vient de », donc la réaction ci-dessus se lirait « A vient de B » faisant référence au fait que, dans une voie de synthèse, la substance B est le composé ou la substance qui vient immédiatement avant la synthèse de A .
On l’appelle flèche de rétrosynthèse car en chimie organique de synthèse, lorsque l’on souhaite synthétiser un composé particulier, l’analyse de la voie part du produit final que l’on souhaite obtenir. Ainsi, les étapes précédentes qui doivent être réalisées de l’arrière (la fin souhaitée) vers l’avant (les réactifs initiaux de la synthèse) sont envisagées.
C’est comme si vous vouliez aller de la ville B à la ville A, mais la carte est dessinée en traçant l’itinéraire depuis la destination, A, jusqu’à l’origine, B.
06 – La flèche sans réaction
Enfin, en plus d’avoir des flèches indiquant la présence de différents types de réactions, les chimistes sont également intéressés à représenter des réactions qui ne se produisent pas dans certaines conditions ou qui ne se produisent tout simplement jamais. Pour ces cas, les flèches d’absence de réaction ou de non réaction sont utilisées.
Ces flèches peuvent être interprétées comme les réactifs ne réagissant pas entre eux, ou comme les réactifs ne produisant pas de tels produits. Par exemple, les alcools primaires peuvent être oxydés en aldéhydes et en acides carboxyliques, mais les alcools tertiaires ne le peuvent pas, quelle que soit la force de l’agent oxydant. Si vous voulez souligner ce dernier fait, vous utiliseriez la flèche de non-réaction pour indiquer qu’un alcool tertiaire ne s’oxyde pas.
07 – Flèches de mouvements d’électrons
En plus des flèches de réaction elles-mêmes, il existe d’autres flèches qui sont également fréquemment utilisées par les chimistes dans les équations chimiques, en particulier lorsque l’accent est mis sur les mécanismes de réaction. C’est le cas des flèches courbes.
Les flèches courbes sont utilisées pour indiquer clairement le mouvement des électrons lors d’une réaction chimique. Dans ces cas, la queue de la flèche part de l’endroit où se trouvent le ou les électrons impliqués dans le processus, qu’il s’agisse d’une liaison chimique, d’un électron non apparié dans un radical libre ou d’une paire d’électrons non partagés. D’autre part, la pointe de flèche indique l’atome ou l’endroit où l’électron ou les électrons se déplacent.
Il existe deux types de flèches courbes :
Pointe courbée ou flèche à pointe pleine
Lorsqu’une flèche courbe a une tête pleine, cela indique qu’il y a un mouvement d’une paire d’électrons. Cette paire d’électrons peut être constituée d’une seule paire d’électrons, tels que ceux de l’élément A dans la figure ci-dessus, qui attaquent l’atome de carbone du groupe carbonyle.
D’autre part, la paire d’électrons peut également provenir d’une liaison covalente, comme les électrons pi de la double liaison du groupe carbonyle à droite de l’image précédente, qui passent à l’atome d’oxygène.
Flèche courbe demi-pointe ou hameçon
Les flèches courbes à demi-pointes, également appelées flèches à tête de crochet, indiquent le mouvement d’un seul électron. Ce type de flèche est utilisé pour représenter la rupture homolytique de liaisons covalentes, ainsi que les attaques de radicaux libres sur différentes molécules.
08 – Flèche verticale spéciale
Il existe un ensemble de flèches verticales couramment utilisées en chimie. Trois d’entre eux représentent des processus de changement physiques particuliers, tandis que les autres sont utilisés pour représenter des électrons situés à certains niveaux d’énergie.
la flèche de dégagement de gaz
Lorsqu’une réaction chimique qui se produit en phase liquide, aqueuse ou solide a pour produit un gaz, cela peut être directement observé dans de nombreux cas, soit par la formation de bulles au sein d’un liquide, soit par l’apparition d’un gaz coloré.
Bien que cela soit souvent inutile car lorsqu’on indique l’état physique de la substance on sait déjà qu’il s’agit d’un gaz, parfois le symbole ou la formule chimique du gaz est accompagné d’une flèche verticale vers le haut indiquant sa libération du milieu réactionnel.
La flèche des précipitations
La flèche de précipitation est une flèche verticale pointant vers le bas, indiquant que, dans la plupart des précipitations, les solides qui se forment sont plus denses que le solvant et coulent au fond (dérivent ainsi vers le bas).
la flèche de reflux
Le reflux est un processus expérimental dans lequel un liquide ou une solution est porté à ébullition dans un récipient équipé d’un condenseur. Cela provoque l’évaporation du solvant (processus représenté par la flèche vers le haut), puis sa condensation et sa retombée (processus représenté par la flèche vers le bas).
Flèches pour représenter les électrons
Enfin, une autre utilisation courante des flèches en chimie est de représenter les électrons avec l’un de leurs nombres quantiques , le spin de l’électron. Le spin d’un électron ne peut avoir que deux valeurs, qui sont +1/2 et -1/2, et celles-ci sont généralement représentées par des flèches à demi-pointe pointant respectivement vers le haut et vers le bas. En raison du principe d’exclusion de Pauli, deux électrons ne peuvent pas être dans la même orbitale électronique et avoir le même spin, donc les paires d’électrons dans la même orbitale ont toujours des spins opposés et sont représentées par une paire de flèches verticales avec une pointe moyenne pointant en face. directions.
En plus de ces exemples, il existe quelques autres flèches aux usages très spécifiques et moins fréquents, mais ce sont sans aucun doute les plus utilisées. Comprendre sa signification permet une meilleure interprétation de toutes les informations qui sont encodées dans quelque chose d’aussi simple en apparence qu’une équation chimique.
Les références
- Ashenhurst, J. (2020, 12 février). Les 8 types de flèches en chimie organique, expliquées . Extrait de https://www.masterorganicchemistry.com/2011/02/09/the-8-types-of-arrows-in-organic-chemistry-explained/
- Équation chimique (sd). 03. Symbologie et structure d’une équation chimique . Extrait de https://sites.google.com/site/ecuacionquim/ecuacion-quimica/03-lenguaje-y-estructura-de-una-ecuacion-quimica
- En ligneLakshminarayanan, A. (2010). Flèches en chimie . Extrait de https://www.ias.ac.in/public/Volumes/reso/015/01/0051-0063.pdf
- Liu, C. (nd). Un guide pour déchiffrer les flèches de chimie . Extrait de https://blog.cambridgecoaching.com/guide-to-deciphering-chemistry-arrows
- Chimie organique Reed en ligne. (sd). Flèches ROCO : Liste . Extrait de https://www.reed.edu/chemistry/ROCO/Arrows/arrow_list.html
- Université de Guanajuato. (sd). MODULE 1 – Symboles dans les équations chimiques | Réactions chimiques . Extrait de https://oa.ugto.mx/oa/oa-rg-0001374/tema_1__smbolos_en_las_ecuaciones_qumicas.html
