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화학자들은 반응 중에 실제로 일어나는 일을 상징적으로 표현한 것에 지나지 않는 화학 반응식을 통해 화학 반응을 나타냅니다. 화학 반응식에서 왼쪽에는 반응물, 오른쪽에는 생성물, 그리고 이들 사이의 반응 화살표를 찾을 수 있습니다.
반응 화살표 는 화학 반응 중에 일어나는 변화 과정을 나타내는 기호 이며 반응의 몇 가지 중요한 특성을 나타냅니다 . 반응이 가역적인지 아닌지, 평형 상태인지, 공명 과정인지 등을 알 수 있습니다. 이것은 반응 화살표가 반응물에서 생성물을 가리키는 화살표 그 이상이라는 것을 보여줍니다. 따라서 모양의 미묘한 차이를 인식하여 적절하게 해석하는 방법을 배우는 것이 중요합니다.
화학에서 사용되는 대부분의 화살표에 대한 개요가 각각의 의미와 함께 아래에 나와 있습니다.
01 – 간단한 반응 화살표
이것은 가장 간단한 반응 화살표입니다. 오른쪽을 가리키는 단순한 화살표로만 구성되어 있으며, 반응물을 비가역적으로 생성물로 변환시키는 화학 반응의 발생을 나타냅니다.
이 화살표는 오른쪽에서 왼쪽으로 또는 적절하게 다른 방향으로 향할 수도 있지만 항상 꼬리쪽에 있는 것이 끝에서 나타나는 반응을 나타냅니다.
02 – 균형 화살
화학 반응이 가역적이라는 것, 즉 양방향으로 발생할 수 있음을 나타내는 여러 가지 방법이 있습니다. 화학 동역학의 법칙으로 인해 가역적인 모든 화학 반응은 정방향 반응과 역방향 반응이 모두 동일한 속도로 발생하는 평형에 도달할 수 있습니다. 이러한 이유로 가역 화학 반응을 종종 화학 평형이라고 합니다.
Van’t Hoff의 이중 화살
양방향으로 발생할 수 있는 화학 반응을 나타내는 가장 논리적인 방법은 반대 방향을 가리키는 두 개의 간단한 반응 화살표를 결합하는 것입니다. 이 화살표는 이중화살표(double arrow)라고 불리며 화학반응의 가역성을 나타내기 위해 처음 사용한 사람은 1884년 야코부스 헨리쿠스 반트 호프(Jacobus Henricus van ‘t Hoff)였습니다.
균형 잡힌 동적 균형 화살표
H. Marshal은 1902년에 van’t Hoff의 이중 화살표를 수정하여 쓰기를 단순화했습니다. 문자 그대로 두 개의 단일 화살표를 다른 하나 위에 배치하는 대신 두 개의 절반 화살표 또는 절반 지점이 있는 화살표로 교체했습니다. 화학 평형을 나타내는 이러한 방식은 오늘날 훨씬 더 일반적입니다.
절반 화살표의 길이가 같을 때 정방향 반응과 역방향 반응 속도가 비슷하다고 합니다. 따라서 평형 상태에서 반응물과 생성물의 농도도 비슷합니다. 이 경우 “균형” 평형에 대해 말할 수 있습니다.
제품 쪽으로 이동한 동적 평형 화살표
위 균형 화살표의 변형은 한쪽 화살표가 다른 쪽 화살표보다 더 긴 것으로 구성됩니다. 이것은 두 반응 중 하나가 다른 것보다 빠르다는 것을 나타내므로 평형은 방정식의 두 변 중 하나에 유리합니다.
오른쪽을 가리키는 위쪽 화살표가 아래쪽 화살표보다 길면 순방향 반응이 역방향보다 빠르기 때문에 제품쪽으로 이동하거나 제품에 유리한 평형 화살표가 있는 것입니다.
이는 평형 상태의 생성물 농도가 반응물의 농도보다 상당히 높다는 것을 나타냅니다.
반응물 쪽으로 이동한 동적 평형의 화살표
반응물 쪽으로 이동한 평형 화살표는 이전 화살표와 반대입니다. 이 경우 역반응이 정반응보다 빠르고 평형이 반응물에 유리합니다.
03 – 공명의 화살
공명화살표는 쌍두화살표로 구성되어 있지만, 이미지와 같이 반대쪽에 두 개의 반쪽머리가 있는 화살표로 표현되기도 합니다.
이러한 유형의 화살표는 화학 반응 자체를 나타내는 것이 아니라 오히려 하나의 루이스 구조를 다른 구조로 변환하는 분자 내 파이 전자의 비편재화 및 내부 이동 과정을 나타냅니다. 이러한 유형의 프로세스를 공명(따라서 이 화살표에 지정된 이름)이라고 하며 완전히 가역적인 프로세스이므로 화살표에 두 개의 끝이 있습니다.
04 – 알 수 없는 반응 화살표
일부 특정 상황에서 화학자는 시작 반응물과 반응 생성물을 알고 있지만 실제로 어떤 유형의 반응이 발생하는지 또는 실제로 하나 이상의 연속 반응인지는 모릅니다. 반응의 특정 특성 또는 일반적으로 반응물이 생성물로 전환되는 방식에 대한 지식이 부족함을 나타내기 위해 점선 화살표가 사용됩니다.
이 화살표는 반응 메커니즘의 일부로 특정 반응을 제안하지만 실제로 발생하는 반응인지 알 수 없는 경우에도 사용됩니다. 즉, 확정적이거나 결정적인 증거가 없는 단계를 제안하는 것입니다.
05 – 역합성의 화살
역합성 화살표는 종종 합성 유기 화학에서 사용되며 한 물질이 다른 물질에서 유래한 즉각적인 기원을 나타냅니다. 이 화살표는 “에서 온다”로 읽히므로 위의 반응은 합성 경로에서 물질 B가 A의 합성 직전에 나오는 화합물 또는 물질이라는 사실을 언급하는 “A가 B에서 온다”라고 읽습니다.
합성유기화학에서 특정 화합물을 합성하고자 할 때 얻고자 하는 최종 생성물에서 경로의 분석이 시작되기 때문에 역합성 화살표라고 합니다. 따라서 뒤에서(원하는 끝)에서 앞으로(합성의 초기 시약)까지 수행해야 하는 이전 단계가 고려되고 있습니다.
마치 B 도시에서 A 도시로 가고 싶은데 목적지 A에서 출발지 B까지의 경로를 따라 지도가 그려진다.
06 – 무반응의 화살
마지막으로, 다양한 유형의 반응이 있음을 나타내는 화살표가 있는 것 외에도 화학자는 특정 조건에서 발생하지 않거나 전혀 발생하지 않는 반응을 나타내는 데도 관심이 있습니다. 이러한 경우 반응 없음 또는 반응 없음의 화살표가 사용됩니다.
이 화살표는 서로 반응하지 않는 반응물 또는 그러한 생성물을 생성하지 않는 반응물로 해석될 수 있습니다. 예를 들어, 1차 알코올은 알데히드와 카르복실산으로 산화될 수 있지만 3차 알코올은 아무리 강한 산화제라도 산화될 수 없습니다. 이 마지막 사실을 강조하고 싶다면 무반응 화살표를 사용하여 3차 알코올이 산화되지 않는다는 것을 나타냅니다.
07 – 전자 이동의 화살표
반응 화살표 자체 외에도 특히 반응 메커니즘을 강조할 때 화학 반응식에서 화학자가 자주 사용하는 다른 화살표가 있습니다. 구부러진 화살표의 경우입니다.
곡선 화살표는 화학 반응 중 전자의 이동을 명확하게 나타내는 데 사용됩니다. 이 경우 화살표의 꼬리는 화학 결합, 자유 라디칼의 짝을 이루지 않은 전자 또는 공유되지 않은 전자 쌍과 같은 과정에 관여하는 전자가 위치한 곳에서 시작됩니다. 반면에 화살촉은 원자 또는 전자가 움직이는 장소를 나타냅니다.
구부러진 화살표에는 두 가지 유형이 있습니다.
구부러진 머리 또는 전체 포인트 화살표
구부러진 화살표가 머리가 가득 차면 전자 쌍의 움직임이 있음을 나타냅니다. 이 전자쌍은 카르보닐 그룹의 탄소 원자를 공격하는 위의 그림에서 원소 A의 전자쌍과 같은 고립 전자쌍으로 구성될 수 있습니다.
한편, 전자쌍은 이전 이미지의 오른쪽에 있는 카르보닐기의 이중 결합의 파이 전자와 같이 산소 원자로 전달되는 공유 결합에서 나올 수도 있습니다.
뾰족한 곡선 화살표 또는 낚싯바늘
갈고리 머리 화살표라고도 하는 반쪽 곡선 화살표는 단일 전자의 움직임을 나타냅니다. 이 유형의 화살표는 서로 다른 분자에 대한 자유 라디칼의 공격뿐만 아니라 공유 결합의 균일 분해를 나타내는 데 사용됩니다.
08 – 특수 수직 화살표
화학에서 일반적으로 사용되는 수직 화살표 세트가 있습니다. 그 중 3개는 특정 물리적 변화 과정을 나타내고 나머지는 특정 에너지 수준에 위치한 전자를 나타내는 데 사용됩니다.
가스 방출 화살표
액체, 수성 또는 고체상에서 발생하는 화학 반응의 생성물로 기체가 있을 때 이는 많은 경우 액체 내 기포 형성 또는 유색 기체의 출현으로 직접 관찰할 수 있습니다.
물질의 물리적 상태를 표시할 때 물질이 가스라는 것을 이미 알고 있기 때문에 종종 불필요하지만, 때때로 가스의 기호 또는 화학 공식은 반응 매질의 방출을 나타내는 위쪽 수직 화살표를 동반합니다.
강수량 화살표
침전 화살표는 아래쪽을 가리키는 수직 화살표로, 대부분의 침전에서 형성되는 고체가 용매보다 밀도가 높고 바닥으로 가라앉는다는 것을 나타냅니다(따라서 아래쪽으로 표류함).
역류 화살표
환류는 응축기가 장착된 용기에서 액체 또는 용액을 가열하여 끓이는 실험 과정입니다. 이로 인해 용매가 증발(위쪽 화살표로 표시되는 과정)한 다음 응축되어 다시 아래로 떨어집니다(아래쪽 화살표로 표시되는 과정).
전자를 나타내는 화살표
마지막으로, 화학에서 화살표의 또 다른 일반적인 용도는 양자수 중 하나 인 전자 스핀 과 함께 전자를 나타내는 것입니다 . 전자의 스핀은 +1/2와 -1/2의 두 가지 값만 가질 수 있으며 일반적으로 각각 위쪽과 아래쪽을 가리키는 반쪽 화살표로 표시됩니다. 파울리 배타 원리로 인해 두 전자는 같은 전자 궤도에 있을 수 없고 같은 스핀을 가질 수 없으므로 같은 궤도에 있는 전자 쌍은 항상 반대 스핀을 가지며 평균 끝이 반대를 가리키는 수직 화살표 쌍으로 표시됩니다. 지도.
이러한 예 외에도 매우 구체적이고 덜 자주 사용되는 다른 화살표가 있지만 의심할 여지없이 가장 일반적으로 사용됩니다. 그 의미를 이해하면 화학 방정식처럼 겉보기에 단순한 것으로 부호화된 모든 정보를 더 잘 해석할 수 있습니다.
참조
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- 락슈미나라야난, A. (2010). 화학의 화살표 . https://www.ias.ac.in/public/Volumes/reso/015/01/0051-0063.pdf 에서 가져옴
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