Tabla de Contenidos
Chemicy przedstawiają reakcje chemiczne za pomocą równań chemicznych, które są niczym innym jak symbolicznym przedstawieniem tego, co faktycznie dzieje się podczas reakcji. W równaniu chemicznym możemy znaleźć reagenty po lewej stronie, produkty po prawej i strzałkę reakcji między nimi.
Strzałka reakcji jest symbolem, który reprezentuje proces zmian, który zachodzi podczas reakcji chemicznej i pokazuje kilka jej ważnych cech . Możesz stwierdzić, czy reakcja jest odwracalna, czy jest w równowadze, czy jest to proces rezonansowy i nie tylko. To pokazuje, że strzałka reakcji to znacznie więcej niż tylko strzałka wskazująca od reagentów do produktów, dlatego ważne jest, aby nauczyć się rozpoznawać subtelne różnice w kształcie, aby móc je właściwie interpretować.
Poniżej przedstawiono przegląd większości strzałek używanych w chemii wraz z ich odpowiednim znaczeniem.
01 – Prosta strzała reakcji
To najprostsza strzałka reakcji. Składa się wyłącznie z prostej strzałki skierowanej w prawo i wskazuje na zajście reakcji chemicznej, która nieodwracalnie przekształca reagenty w produkty.
Ta strzałka może być również skierowana od prawej do lewej lub w różnych kierunkach, zależnie od potrzeb, ale zawsze reprezentuje reakcję, w której to, co znajduje się po stronie ogona, staje się tym, co pojawia się na jej czubku.
02 – Strzały równowagi
Istnieją różne sposoby wskazania, że reakcja chemiczna jest odwracalna, to znaczy, że może zachodzić w obu kierunkach. Ze względu na prawa kinetyki chemicznej każda reakcja chemiczna, która jest odwracalna, może ostatecznie osiągnąć równowagę, w której zarówno reakcje do przodu, jak i do tyłu zachodzą z tą samą szybkością. Z tego powodu odwracalne reakcje chemiczne są często nazywane równowagami chemicznymi.
Podwójna strzała Van’t Hoffa
Najbardziej logicznym sposobem przedstawienia reakcji chemicznej, która może zachodzić w obu kierunkach, jest połączenie dwóch prostych strzałek reakcji skierowanych w przeciwnych kierunkach. Ta strzałka nazywa się podwójną strzałką, a pierwszym, który użył jej do przedstawienia odwracalności reakcji chemicznych, był Jacobus Henricus van 't Hoff w 1884 roku.
Zrównoważona strzałka równowagi dynamicznej
H. Marshal zmodyfikował podwójną strzałę van’t Hoffa w 1902 roku, aby uprościć jej pisanie. Zamiast dosłownie umieszczać dwie pojedyncze strzały, jedną na drugiej, zastąpił je dwiema półstrzałami lub strzałami z półgrotami. Ten sposób przedstawiania równowagi chemicznej jest dziś znacznie bardziej powszechny.
Gdy obie półstrzałki mają tę samą długość, mówi się, że zarówno reakcja do przodu, jak i do tyłu mają porównywalne szybkości; dlatego w stanie równowagi stężenia reagentów i produktów są również porównywalne. Można w tym przypadku mówić o równowadze „zrównoważonej”.
Strzałka równowagi dynamicznej przesunęła się w kierunku produktów
Wariant powyższej strzałki równoważącej składa się z jednej połowy strzały dłuższej niż druga. Oznacza to, że jedna z dwóch reakcji jest szybsza niż druga, więc równowaga faworyzuje jedną z dwóch stron równania.
Kiedy górna strzałka skierowana w prawo jest dłuższa niż dolna, mamy do czynienia ze strzałką równowagi, która jest przesunięta w kierunku produktów lub sprzyja produktom, ponieważ reakcja do przodu jest szybsza niż do tyłu.
Oznacza to, że stężenie produktów w stanie równowagi jest znacznie większe niż stężenie reagentów.
Strzałka równowagi dynamicznej przesunęła się w stronę reagentów
Strzałka równowagi przesunięta w kierunku reagentów jest przeciwieństwem poprzedniej strzałki. W tym przypadku reakcja odwrotna jest szybsza niż reakcja do przodu, a równowaga jest korzystna dla reagentów.
03 – Strzała Rezonansu
Strzała rezonansowa składa się ze strzały dwugłowej, chociaż czasami jest również przedstawiana jako strzała z dwoma półgrotami po przeciwnych stronach, jak pokazano na obrazku.
Ten typ strzałki nie przedstawia samej reakcji chemicznej, ale raczej proces delokalizacji i wewnętrznego ruchu elektronów pi w cząsteczce, który przekształca jedną strukturę Lewisa w inną. Ten rodzaj procesu nazywa się rezonansem (stąd nazwa nadana tej strzałce) i jest procesem całkowicie odwracalnym, dlatego strzała ma dwa końce.
04 – Nieznana Strzała Reakcji
W niektórych szczególnych sytuacjach chemicy znają początkowe reagenty i produkty reakcji, ale nie wiedzą, jaki rodzaj reakcji faktycznie zachodzi ani czy jest to rzeczywiście jedna lub więcej następujących po sobie reakcji. Aby wskazać na brak wiedzy na temat szczególnych cech reakcji lub, ogólnie, sposobu przekształcania reagentów w produkty, używana jest kropkowana strzałka.
Tej strzałki używa się również wtedy, gdy proponujesz konkretną reakcję jako część mechanizmu reakcji, ale nie wiesz, czy to jest rzeczywiście reakcja, która ma miejsce. To znaczy zaproponować kroki, dla których nie ma ostatecznych ani rozstrzygających dowodów.
05 – Strzała retrosyntezy
Strzałka retrosyntezy jest często używana w syntetycznej chemii organicznej i wskazuje bezpośrednie pochodzenie jednej substancji od drugiej. Ta strzałka jest odczytywana jako „pochodzi z”, więc powyższa reakcja brzmiałaby „A pochodzi z B”, odnosząc się do faktu, że na drodze syntezy substancja B jest związkiem lub substancją, która pojawia się bezpośrednio przed syntezą A .
Nazywa się to strzałką retrosyntezy, ponieważ w syntetycznej chemii organicznej, gdy chcesz zsyntetyzować określony związek, analiza drogi rozpoczyna się od produktu końcowego, który chcesz uzyskać. Rozważane są zatem poprzednie kroki, które należy przeprowadzić od tyłu (pożądany koniec) do przodu (początkowe odczynniki syntezy).
To tak, jakbyś chciał przejść z miasta B do miasta A, ale mapa jest rysowana przez śledzenie trasy od miejsca docelowego A do punktu początkowego B.
06 – Strzałka braku reakcji
Wreszcie, oprócz strzałek wskazujących obecność różnych rodzajów reakcji, chemicy są również zainteresowani przedstawieniem reakcji, które nie zachodzą w określonych warunkach lub po prostu nigdy nie zachodzą. W takich przypadkach stosuje się strzałki oznaczające brak reakcji lub brak reakcji.
Strzałki te można interpretować jako reagenty nie reagujące ze sobą lub jako reagenty nie wytwarzające takich produktów. Na przykład pierwszorzędowe alkohole mogą być utleniane do aldehydów i kwasów karboksylowych, ale trzeciorzędowe alkohole nie, bez względu na to, jak silny jest środek utleniający. Jeśli chcesz podkreślić ten ostatni fakt, użyjesz strzałki braku reakcji, aby wskazać, że trzeciorzędowy alkohol nie utlenia się.
07 – Strzałki ruchu elektronów
Oprócz samych strzałek reakcji istnieją inne strzałki, które są często używane przez chemików w równaniach chemicznych, zwłaszcza gdy kładzie się nacisk na mechanizmy reakcji. Tak jest w przypadku zakrzywionych strzałek.
Zakrzywione strzałki służą do wyraźnego wskazania ruchu elektronów podczas reakcji chemicznej. W takich przypadkach ogon strzałki zaczyna się od miejsca, w którym znajduje się elektron(y) biorący udział w procesie, czy to wiązanie chemiczne, niesparowany elektron w wolnym rodniku, czy też nieudostępniona para elektronów. Z drugiej strony grot strzałki wskazuje atom lub miejsce, w którym porusza się elektron(y).
Istnieją dwa rodzaje zakrzywionych strzałek:
Zakrzywiona główka lub pełna strzała
Kiedy zakrzywiona strzała ma pełną główkę, oznacza to, że następuje ruch pary elektronów. Ta para elektronów może składać się z pojedynczej pary elektronów, takiej jak pierwiastek A na powyższym rysunku, która atakuje atom węgla grupy karbonylowej.
Z drugiej strony para elektronów może również pochodzić z wiązania kowalencyjnego, tak jak elektrony pi podwójnego wiązania grupy karbonylowej po prawej stronie poprzedniego zdjęcia, które przechodzą do atomu tlenu.
Półszpiczasta zakrzywiona strzała lub haczyk wędkarski
Zakrzywione strzałki o półostrzu, zwane również strzałkami z haczykowatymi grotami, wskazują ruch pojedynczego elektronu. Ten typ strzałki jest używany do reprezentowania homolitycznego zerwania wiązań kowalencyjnych, a także ataków wolnych rodników na różne cząsteczki.
08 – Specjalna pionowa strzałka
Istnieje zestaw pionowych strzałek, które są powszechnie używane w chemii. Trzy z nich reprezentują określone procesy zmian fizycznych, podczas gdy pozostałe służą do reprezentacji elektronów znajdujących się na określonych poziomach energii.
strzałka uwolnienia gazu
Kiedy reakcja chemiczna, która zachodzi w fazie ciekłej, wodnej lub stałej, której produktem jest gaz, można to w wielu przypadkach bezpośrednio zaobserwować, albo przez tworzenie się pęcherzyków w cieczy, albo przez pojawienie się zabarwionego gazu.
Chociaż często jest to niepotrzebne, ponieważ wskazując stan skupienia substancji wiemy już, że jest to gaz, czasami symbolowi lub wzorowi chemicznemu gazu towarzyszy pionowa strzałka skierowana w górę, wskazująca na uwolnienie medium reakcyjnego.
Strzałka opadów
Strzałka opadów jest pionową strzałką skierowaną w dół, co oznacza, że w większości opadów tworzące się ciała stałe są gęstsze niż rozpuszczalnik i opadają na dno (dryfując w dół).
strzałka refluksu
Refluks to eksperymentalny proces, w którym ciecz lub roztwór jest podgrzewany do wrzenia w pojemniku wyposażonym w skraplacz. Powoduje to odparowanie rozpuszczalnika (proces przedstawiony strzałką w górę), a następnie skraplanie i opadanie z powrotem (proces przedstawiony strzałką w dół).
Strzałki reprezentujące elektrony
Wreszcie, innym powszechnym zastosowaniem strzałek w chemii jest reprezentowanie elektronów wraz z jedną z ich liczb kwantowych , spinem elektronu. Spin elektronu może mieć tylko dwie wartości, które wynoszą +1/2 i -1/2, i są one zwykle reprezentowane przez półgłowe strzałki skierowane odpowiednio w górę iw dół. Ze względu na zasadę wykluczenia Pauliego dwa elektrony nie mogą znajdować się na tym samym orbicie elektronowej i mieć ten sam spin, więc pary elektronów na tym samym orbicie mają zawsze przeciwne spiny i są reprezentowane jako para pionowych strzałek ze średnią końcówką skierowaną w przeciwną stronę kierunki.
Oprócz tych przykładów istnieje kilka innych strzał o bardzo specyficznym i rzadszym użyciu, ale te są niewątpliwie najczęściej używane. Zrozumienie jego znaczenia pozwala na lepszą interpretację wszystkich informacji, które są zakodowane w czymś tak prostym jak równanie chemiczne.
Bibliografia
- Ashenhurst, J. (2020, 12 lutego). Wyjaśnienie 8 rodzajów strzałek w chemii organicznej . Pobrane z https://www.masterorganicchemistry.com/2011/02/09/the-8-types-of-arrows-in-organic-chemistry-explained/
- Równanie chemiczne (nd). 03. Symbolika i struktura równania chemicznego . Pobrane z https://sites.google.com/site/ecuacionquim/ecuacion-quimica/03-lenguaje-y-estructura-de-una-ecuacion-quimica
- Lakshminarayanan, A. (2010). Strzałki w chemii . Pobrane z https://www.ias.ac.in/public/Volumes/reso/015/01/0051-0063.pdf
- Liu, C. (nd). Przewodnik po rozszyfrowywaniu strzałek chemii . Pobrane z https://blog.cambridgecoaching.com/guide-to-deciphering-chemistry-arrows
- Reed Chemia Organiczna Online. (nd). Strzałki ROCO: Lista . Pobrane z https://www.reed.edu/chemistry/ROCO/Arrows/arrow_list.html
- Uniwersytet Guanajuato. (nd). JEDNOSTKA 1 – Symbole w równaniach chemicznych | Reakcje chemiczne . Pobrane z https://oa.ugto.mx/oa/oa-rg-0001374/tema_1__smbolos_en_las_ecuaciones_qumicas.html
