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I chimici rappresentano le reazioni chimiche per mezzo di equazioni chimiche, che non sono altro che la rappresentazione simbolica di ciò che effettivamente accade durante la reazione. In un’equazione chimica, possiamo trovare i reagenti a sinistra, i prodotti a destra e la freccia di reazione tra di loro.
Una freccia di reazione è un simbolo che rappresenta il processo di cambiamento che si verifica durante una reazione chimica e mostra alcune importanti caratteristiche della reazione . Puoi dire se la reazione è reversibile o meno, se è in equilibrio, se si tratta di un processo di risonanza e altro ancora. Ciò dimostra che una freccia di reazione è molto più di una semplice freccia che punta dai reagenti ai prodotti, quindi è importante imparare a riconoscere le sottili differenze di forma in modo da poterle interpretare correttamente.
Di seguito viene presentata una panoramica della maggior parte delle frecce utilizzate in chimica, insieme al loro rispettivo significato.
01 – La semplice freccia di reazione
Questa è la freccia di reazione più semplice. Consiste unicamente in una semplice freccia rivolta verso destra, e indica il verificarsi di una reazione chimica che trasforma irreversibilmente i reagenti in prodotti.
Questa freccia può anche essere puntata da destra a sinistra o in direzioni diverse a seconda dei casi, ma rappresenta sempre una reazione in cui ciò che è sul lato della coda diventa ciò che appare sulla sua punta.
02 – Le frecce dell’equilibrio
Esistono diversi modi per indicare che una reazione chimica è reversibile, cioè che può avvenire in entrambe le direzioni. A causa delle leggi della cinetica chimica, qualsiasi reazione chimica reversibile può alla fine raggiungere un equilibrio in cui entrambe le reazioni diretta e inversa si verificano alla stessa velocità. Per questo motivo, le reazioni chimiche reversibili sono spesso chiamate equilibri chimici.
La doppia freccia di Van’t Hoff
Il modo più logico per rappresentare una reazione chimica che può avvenire in entrambe le direzioni è combinare due semplici frecce di reazione che puntano in direzioni opposte. Questa freccia è chiamata doppia freccia, e il primo ad usarla per rappresentare la reversibilità delle reazioni chimiche fu Jacobus Henricus van ‘t Hoff nel 1884.
La freccia dell’equilibrio dinamico equilibrato
H. Marshal modificò la doppia freccia di van’t Hoff nel 1902 per semplificarne la scrittura. Invece di posizionare letteralmente due frecce singole, una sopra l’altra, le ha sostituite con due mezze frecce o frecce con mezze punte. Questo modo di rappresentare l’equilibrio chimico è oggi molto più comune.
Quando entrambe le mezze frecce hanno la stessa lunghezza, si dice che sia la reazione diretta che quella inversa abbiano velocità comparabili; pertanto, nello stato di equilibrio, anche le concentrazioni di reagenti e prodotti sono comparabili. Si può parlare in questo caso di equilibrio “equilibrato”.
La freccia dell’equilibrio dinamico si è spostata verso i prodotti
Una variante della precedente freccia di equilibrio consiste in una mezza freccia più lunga dell’altra. Ciò indica che una delle due reazioni è più veloce dell’altra, quindi l’equilibrio favorisce uno dei due lati dell’equazione.
Quando la freccia superiore che punta a destra è più lunga di quella inferiore, siamo in presenza di una freccia di equilibrio che è spostata verso i prodotti o che favorisce i prodotti, poiché la reazione diretta è più veloce di quella inversa.
Ciò indica che la concentrazione dei prodotti all’equilibrio è notevolmente maggiore di quella dei reagenti.
La freccia dell’equilibrio dinamico si è spostata verso i reagenti
La freccia di equilibrio spostata verso i reagenti è l’opposto della freccia precedente. In questo caso, la reazione inversa è più veloce della reazione diretta e l’equilibrio avvantaggia i reagenti.
03 – La freccia della risonanza
La freccia di risonanza è costituita da una freccia a due punte, sebbene a volte sia anche rappresentata come una freccia con due mezze teste sui lati opposti, come mostrato nell’immagine.
Questo tipo di freccia non rappresenta una reazione chimica in sé, ma piuttosto il processo di delocalizzazione e movimento interno degli elettroni pi in una molecola che trasforma una struttura di Lewis in un’altra. Questo tipo di processo si chiama risonanza (da qui il nome dato a questa freccia) ed è un processo completamente reversibile, motivo per cui la freccia ha due punte.
04 – La freccia di reazione sconosciuta
In alcune situazioni particolari, i chimici conoscono i reagenti ei prodotti di partenza di una reazione, ma non sanno che tipo di reazione si verifica effettivamente o se si tratta realmente di una o più reazioni consecutive. Per indicare una mancanza di conoscenza delle caratteristiche particolari di una reazione o, in generale, del modo in cui i reagenti vengono convertiti in prodotti, viene utilizzata una freccia tratteggiata.
Questa freccia viene utilizzata anche quando si propone una particolare reazione come parte di un meccanismo di reazione ma non si sa se quella è effettivamente la reazione che si sta verificando. Cioè, proporre passi per i quali non ci sono prove definitive o conclusive.
05 – La freccia della retrosintesi
La freccia della retrosintesi è spesso usata nella chimica organica sintetica e indica l’origine immediata di una sostanza da un’altra. Questa freccia viene letta come “viene da”, quindi la reazione di cui sopra leggerebbe “A viene da B” riferendosi al fatto che, in un percorso sintetico, la sostanza B è il composto o la sostanza che viene immediatamente prima della sintesi di A .
Si chiama freccia di retrosintesi perché nella chimica organica sintetica, quando si vuole sintetizzare un particolare composto, l’analisi del percorso parte dal prodotto finale che si vuole ottenere. Vengono quindi considerati i passaggi precedenti che devono essere eseguiti da dietro (l’estremità desiderata) verso l’avanti (i reagenti iniziali della sintesi).
È come se si volesse andare dalla città B alla città A, ma la mappa viene disegnata tracciando il percorso dalla destinazione, A, all’origine, B.
06 – La freccia della non reazione
Infine, oltre ad avere frecce che indicano la presenza di diversi tipi di reazioni, ai chimici interessa anche rappresentare reazioni che non avvengono in determinate condizioni o semplicemente non avvengono mai. Per questi casi si usano le frecce di assenza di reazione o nessuna reazione.
Queste frecce possono essere interpretate come i reagenti che non reagiscono tra loro o come i reagenti che non producono tali prodotti. Ad esempio, gli alcoli primari possono essere ossidati ad aldeidi e acidi carbossilici, ma gli alcoli terziari non possono, non importa quanto sia forte l’agente ossidante. Se vuoi sottolineare quest’ultimo fatto, useresti la freccia di non reazione per indicare che un alcol terziario non si ossida.
07 – Frecce di movimenti di elettroni
Oltre alle stesse frecce di reazione, ci sono altre frecce che sono anche usate frequentemente dai chimici nelle equazioni chimiche, specialmente quando si pone l’accento sui meccanismi di reazione. Questo è il caso delle frecce curve.
Le frecce curve vengono utilizzate per indicare chiaramente il movimento degli elettroni durante una reazione chimica. In questi casi, la coda della freccia parte dal punto in cui si trovano gli elettroni coinvolti nel processo, sia esso un legame chimico, un elettrone spaiato in un radicale libero o una coppia di elettroni non condivisa. D’altra parte, la punta della freccia indica l’atomo o il luogo in cui si muovono gli elettroni.
Esistono due tipi di frecce curve:
Testa curva o freccia a punta piena
Quando una freccia curva ha una testa piena, indica che c’è un movimento di una coppia di elettroni. Questa coppia di elettroni può essere costituita da una coppia solitaria di elettroni, come quelli dell’elemento A nella figura sopra, che stanno attaccando l’atomo di carbonio del gruppo carbonilico.
D’altra parte, la coppia di elettroni può anche provenire da un legame covalente, come gli elettroni pi del doppio legame del gruppo carbonilico a destra dell’immagine precedente, che stanno passando all’atomo di ossigeno.
Freccia ricurva a mezza punta o amo
Le frecce curve a mezza punta, chiamate anche frecce a uncino, indicano il movimento di un singolo elettrone. Questo tipo di freccia viene utilizzato per rappresentare la rottura omolitica dei legami covalenti, nonché gli attacchi dei radicali liberi su diverse molecole.
08 – Freccia verticale speciale
C’è una serie di frecce verticali di uso comune in chimica. Tre di essi rappresentano particolari processi di cambiamento fisico, mentre gli altri sono usati per rappresentare elettroni situati a determinati livelli energetici.
la freccia di rilascio del gas
Quando una reazione chimica che avviene nella fase liquida, acquosa o solida ha come prodotto un gas, in molti casi ciò può essere osservato direttamente, sia dalla formazione di bolle all’interno di un liquido sia dalla comparsa di un gas colorato.
Anche se spesso non è necessario perché quando si indica lo stato fisico della sostanza sappiamo già che si tratta di un gas, a volte il simbolo o la formula chimica del gas è accompagnato da una freccia verticale rivolta verso l’alto che ne indica il rilascio del mezzo di reazione.
La freccia delle precipitazioni
La freccia di precipitazione è una freccia verticale che punta verso il basso, a rappresentare che, nella maggior parte delle precipitazioni, i solidi che si formano sono più densi del solvente e affondano sul fondo (andando così alla deriva verso il basso).
la freccia di riflusso
Il reflusso è un processo sperimentale in cui un liquido o una soluzione viene portato all’ebollizione in un contenitore dotato di un condensatore. Questo fa sì che il solvente evapori (processo rappresentato dalla freccia in su) e poi si condensi e ricada in basso (processo rappresentato dalla freccia in giù).
Frecce per rappresentare gli elettroni
Infine, un altro uso comune delle frecce in chimica è quello di rappresentare gli elettroni insieme a uno dei loro numeri quantici , lo spin dell’elettrone. Lo spin di un elettrone può avere solo due valori, che sono +1/2 e -1/2, e questi sono solitamente rappresentati da frecce a mezza punta che puntano rispettivamente verso l’alto e verso il basso. A causa del principio di esclusione di Pauli, due elettroni non possono trovarsi nello stesso orbitale elettronico e avere lo stesso spin, quindi coppie di elettroni nello stesso orbitale hanno sempre spin opposti e sono rappresentate come una coppia di frecce verticali con una punta media che punta in direzione opposta indicazioni.
Oltre a questi esempi, esistono alcune altre frecce con usi molto specifici e meno frequenti, ma queste sono senza dubbio le più utilizzate. Capirne il significato permette una migliore interpretazione di tutte le informazioni che sono codificate in qualcosa di apparentemente semplice come un’equazione chimica.
Riferimenti
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- Lakshminarayanan, A. (2010). Frecce in chimica . Estratto da https://www.ias.ac.in/public/Volumes/reso/015/01/0051-0063.pdf
- Liu, C. (nd). Una guida per decifrare le frecce di chimica . Estratto da https://blog.cambridgecoaching.com/guide-to-deciphering-chemistry-arrows
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