Tabla de Contenidos
Các nhà hóa học biểu diễn các phản ứng hóa học bằng các phương trình hóa học, không gì khác hơn là biểu diễn tượng trưng cho những gì thực sự xảy ra trong phản ứng. Trong một phương trình hóa học, chúng ta có thể tìm thấy chất phản ứng ở bên trái, sản phẩm ở bên phải và mũi tên phản ứng giữa chúng.
Mũi tên phản ứng là một ký hiệu thể hiện quá trình biến đổi xảy ra trong một phản ứng hóa học và cho biết một số đặc điểm quan trọng của phản ứng . Bạn có thể biết liệu phản ứng có thể đảo ngược hay không, liệu nó có ở trạng thái cân bằng hay không, liệu đó có phải là quá trình cộng hưởng hay không, v.v. Điều này cho thấy mũi tên phản ứng không chỉ là mũi tên chỉ từ chất phản ứng đến sản phẩm, vì vậy, điều quan trọng là phải học cách nhận ra những khác biệt tinh tế về hình dạng để bạn có thể diễn giải chúng một cách chính xác.
Tổng quan về hầu hết các mũi tên được sử dụng trong hóa học được trình bày dưới đây, cùng với ý nghĩa tương ứng của chúng.
01 – Mũi tên phản ứng đơn giản
Đây là mũi tên phản ứng đơn giản nhất. Nó chỉ bao gồm một mũi tên đơn giản chỉ về bên phải và biểu thị sự xuất hiện của một phản ứng hóa học biến đổi không thể đảo ngược các chất phản ứng thành sản phẩm.
Mũi tên này cũng có thể được chỉ từ phải sang trái hoặc theo các hướng khác nhau nếu thích hợp, nhưng nó luôn biểu thị một phản ứng trong đó bất cứ thứ gì ở phía đuôi trở thành thứ xuất hiện trên đầu của nó.
02 – Mũi Tên Cân Bằng
Có nhiều cách khác nhau để chỉ ra rằng một phản ứng hóa học là thuận nghịch, nghĩa là nó có thể xảy ra theo cả hai hướng. Do các định luật động học hóa học, bất kỳ phản ứng hóa học nào thuận nghịch cuối cùng đều có thể đạt đến trạng thái cân bằng trong đó cả phản ứng thuận và nghịch xảy ra với tốc độ như nhau. Vì lý do này, các phản ứng hóa học thuận nghịch thường được gọi là cân bằng hóa học.
Mũi tên đôi của Van’t Hoff
Cách hợp lý nhất để biểu diễn một phản ứng hóa học có thể xảy ra theo cả hai hướng là kết hợp hai mũi tên phản ứng đơn giản chỉ theo hai hướng ngược nhau. Mũi tên này được gọi là mũi tên kép, và người đầu tiên sử dụng nó để biểu diễn tính thuận nghịch của các phản ứng hóa học là Jacobus Henricus van ‘t Hoff vào năm 1884.
Mũi tên cân bằng động cân bằng
H. Marshal đã sửa đổi mũi tên kép của van’t Hoff vào năm 1902 bằng cách đơn giản hóa cách viết của nó. Thay vì đặt hai mũi tên đơn lẻ chồng lên nhau theo đúng nghĩa đen, anh ấy đã thay thế chúng bằng hai nửa mũi tên hoặc mũi tên có nửa mũi tên. Cách biểu diễn trạng thái cân bằng hóa học này ngày nay phổ biến hơn nhiều.
Khi cả hai nửa mũi tên có cùng độ dài, thì cả phản ứng thuận và nghịch được cho là có tốc độ tương đương nhau; do đó, ở trạng thái cân bằng, nồng độ của chất phản ứng và sản phẩm cũng tương đương nhau. Người ta có thể nói trong trường hợp này một trạng thái cân bằng “cân bằng”.
Mũi tên cân bằng động dịch chuyển về phía sản phẩm
Một biến thể của mũi tên cân bằng ở trên bao gồm một nửa mũi tên dài hơn nửa mũi tên kia. Điều này chỉ ra rằng một trong hai phản ứng xảy ra nhanh hơn phản ứng còn lại, vì vậy trạng thái cân bằng nghiêng về một trong hai vế của phương trình.
Khi mũi tên phía trên hướng sang phải dài hơn mũi tên phía dưới, chúng ta đang có một mũi tên cân bằng dịch chuyển về phía sản phẩm hoặc có lợi cho sản phẩm, vì phản ứng thuận nhanh hơn phản ứng ngược.
Điều này chỉ ra rằng nồng độ của các sản phẩm ở trạng thái cân bằng lớn hơn đáng kể so với nồng độ của các chất phản ứng.
Mũi tên cân bằng động dịch chuyển về phía chất phản ứng
Mũi tên cân bằng dịch chuyển về phía các chất phản ứng ngược với mũi tên trước đó. Trong trường hợp này, phản ứng nghịch diễn ra nhanh hơn phản ứng thuận và cân bằng có lợi cho các chất phản ứng.
03 – Mũi Tên Cộng Hưởng
Mũi tên cộng hưởng bao gồm một mũi tên hai đầu, mặc dù đôi khi nó cũng được biểu diễn dưới dạng một mũi tên có hai nửa đầu ở hai phía đối diện, như trong hình.
Loại mũi tên này không đại diện cho bản thân phản ứng hóa học, mà là quá trình định vị và chuyển động bên trong của các electron pi trong một phân tử biến đổi cấu trúc Lewis này thành cấu trúc Lewis khác. Loại quá trình này được gọi là cộng hưởng (do đó tên được đặt cho mũi tên này) và nó là một quá trình hoàn toàn có thể đảo ngược, đó là lý do tại sao mũi tên có hai đầu.
04 – Mũi tên phản ứng không xác định
Trong một số tình huống cụ thể, các nhà hóa học biết các chất phản ứng ban đầu và sản phẩm của một phản ứng, nhưng không biết loại phản ứng nào thực sự xảy ra hoặc đó có thực sự là một hay nhiều phản ứng liên tiếp hay không. Để chỉ ra sự thiếu hiểu biết về các đặc điểm cụ thể của một phản ứng hoặc nói chung, cách các chất phản ứng được chuyển đổi thành các sản phẩm, một mũi tên chấm được sử dụng.
Mũi tên này cũng được sử dụng khi bạn đang đề xuất một phản ứng cụ thể như một phần của cơ chế phản ứng nhưng không biết liệu đó có thực sự là phản ứng đang xảy ra hay không. Đó là đề xuất các bước mà không có bằng chứng rõ ràng hoặc kết luận.
05 – Mũi tên tái tổng hợp
Mũi tên tổng hợp ngược thường được sử dụng trong hóa học hữu cơ tổng hợp và chỉ ra nguồn gốc trực tiếp của chất này từ chất khác. Mũi tên này được đọc là “đến từ”, vì vậy phản ứng trên sẽ đọc là “A đến từ B” đề cập đến thực tế rằng, trong một lộ trình tổng hợp, chất B là hợp chất hoặc chất xuất hiện ngay trước khi tổng hợp A .
Người ta gọi là tổng hợp ngược mũi tên vì trong hóa hữu cơ tổng hợp, khi muốn tổng hợp một hợp chất nào đó thì quá trình phân tích lộ trình bắt đầu từ sản phẩm cuối cùng muốn thu được. Do đó, các bước trước đó phải được thực hiện từ phía sau (kết thúc mong muốn) đến phía trước (thuốc thử ban đầu của quá trình tổng hợp) đang được xem xét.
Như thể bạn muốn đi từ thành phố B đến thành phố A, nhưng bản đồ được vẽ bằng cách vạch tuyến đường từ điểm đến A đến điểm gốc B.
06 – Mũi tên không phản ứng
Cuối cùng, ngoài việc có các mũi tên chỉ sự hiện diện của các loại phản ứng khác nhau, các nhà hóa học còn quan tâm đến việc biểu diễn các phản ứng không xảy ra trong những điều kiện nhất định hoặc đơn giản là không bao giờ xảy ra. Đối với những trường hợp này, các mũi tên không có phản ứng hoặc không có phản ứng được sử dụng.
Những mũi tên này có thể được hiểu là các chất phản ứng không phản ứng với nhau hoặc các chất phản ứng không tạo ra các sản phẩm như vậy. Ví dụ, rượu bậc một có thể bị oxy hóa thành andehit và axit cacboxylic, nhưng rượu bậc ba thì không thể, cho dù tác nhân oxy hóa mạnh đến đâu. Nếu bạn muốn nhấn mạnh sự thật cuối cùng này, bạn sẽ sử dụng mũi tên không phản ứng để chỉ ra rằng rượu bậc ba không bị oxy hóa.
07 – Mũi tên chuyển động của electron
Ngoài các mũi tên phản ứng, còn có các mũi tên khác mà các nhà hóa học cũng thường sử dụng trong các phương trình hóa học, đặc biệt khi nhấn mạnh vào các cơ chế phản ứng. Đó là trường hợp với mũi tên cong.
Mũi tên cong được sử dụng để biểu thị rõ ràng sự chuyển động của các electron trong phản ứng hóa học. Trong những trường hợp này, đuôi của mũi tên bắt đầu từ nơi đặt (các) electron tham gia vào quá trình, có thể là liên kết hóa học, electron chưa ghép cặp trong gốc tự do hoặc một cặp electron không chia sẻ. Mặt khác, đầu mũi tên chỉ nguyên tử hoặc nơi mà (các) electron di chuyển.
Có hai loại mũi tên cong:
Đầu cong hoặc mũi tên đầy đủ
Khi một mũi tên cong có đầy đủ một đầu, nó chỉ ra rằng có sự chuyển động của một cặp electron. Cặp electron này có thể bao gồm một cặp electron đơn lẻ, chẳng hạn như của nguyên tố A trong hình trên, đang tấn công nguyên tử carbon của nhóm carbonyl.
Mặt khác, cặp electron cũng có thể đến từ liên kết cộng hóa trị, chẳng hạn như các electron pi của liên kết đôi của nhóm carbonyl ở bên phải của hình ảnh trước đó, đang chuyển sang nguyên tử oxy.
Mũi tên cong nửa đầu hoặc lưỡi câu
Mũi tên cong nửa đầu, còn được gọi là mũi tên có đầu móc, biểu thị chuyển động của một electron. Loại mũi tên này được sử dụng để biểu thị sự phá vỡ đồng hóa trị của các liên kết cộng hóa trị, cũng như sự tấn công của các gốc tự do vào các phân tử khác nhau.
08 – Mũi tên dọc đặc biệt
Có một tập hợp các mũi tên dọc được sử dụng phổ biến trong hóa học. Ba trong số chúng đại diện cho các quá trình thay đổi vật lý cụ thể, trong khi những cái khác được sử dụng để đại diện cho các electron nằm ở các mức năng lượng nhất định.
mũi tên giải phóng khí
Khi một phản ứng hóa học xảy ra trong pha lỏng, nước hoặc pha rắn có sản phẩm là khí, điều này có thể được quan sát trực tiếp trong nhiều trường hợp, bằng cách hình thành bong bóng trong chất lỏng hoặc bằng sự xuất hiện của khí có màu.
Mặc dù thường không cần thiết vì khi chỉ trạng thái vật lý của chất ta đã biết nó là chất khí, nhưng đôi khi ký hiệu hoặc công thức hóa học của chất khí kèm theo mũi tên thẳng đứng hướng lên biểu thị sự giải phóng của môi trường phản ứng.
mũi tên mưa
Mũi tên kết tủa là một mũi tên thẳng đứng hướng xuống dưới, biểu thị rằng, trong hầu hết các kết tủa, chất rắn hình thành đậm đặc hơn dung môi và chìm xuống đáy (do đó trôi xuống dưới).
mũi tên trào ngược
Trào ngược là một quá trình thí nghiệm trong đó chất lỏng hoặc dung dịch được đun nóng đến sôi trong bình chứa có gắn bình ngưng. Điều này làm cho dung môi bay hơi (quá trình được biểu thị bằng mũi tên lên) và sau đó ngưng tụ và rơi trở lại (quá trình được biểu thị bằng mũi tên xuống).
Mũi tên để đại diện cho các electron
Cuối cùng, một cách sử dụng phổ biến khác của mũi tên trong hóa học là biểu diễn các electron cùng với một trong các số lượng tử của chúng , spin của electron. Spin của một electron chỉ có thể có hai giá trị, đó là +1/2 và -1/2, và những giá trị này thường được biểu thị bằng các mũi tên nửa đầu chỉ lên và xuống tương ứng. Do nguyên lý loại trừ Pauli, hai electron không thể ở cùng một quỹ đạo electron và có cùng spin, do đó, các cặp electron trong cùng một quỹ đạo luôn có spin ngược nhau và được biểu diễn dưới dạng một cặp mũi tên thẳng đứng có đầu trung bình hướng ngược lại nhau. hướng.
Ngoài những ví dụ này, còn có một số mũi tên khác với cách sử dụng rất cụ thể và ít thường xuyên hơn, nhưng đây chắc chắn là những mũi tên được sử dụng phổ biến nhất. Hiểu ý nghĩa của nó cho phép giải thích tốt hơn tất cả thông tin được mã hóa trong một thứ gì đó có vẻ đơn giản như một phương trình hóa học.
Người giới thiệu
- Ashenhurst, J. (2020, ngày 12 tháng 2). 8 loại mũi tên trong hóa học hữu cơ, giải thích . Lấy từ https://www.masterorganicchemist.com/2011/02/09/the-8-types-of-arrows-in-organic-chemology-explained/
- phương trình hóa học (nd). 03. Ký hiệu và cấu trúc của phương trình hóa học . Lấy từ https://sites.google.com/site/ecuacionquim/ecuacion-quimica/03-lenguaje-y-estructura-de-una-ecuacion-quimica
- Lakshminarayanan, A. (2010). Mũi tên trong Hóa học . Lấy từ https://www.ias.ac.in/public/Volumes/reso/015/01/0051-0063.pdf
- Lưu, C. (nd). Hướng dẫn giải mã mũi tên hóa học . Lấy từ https://blog.cambridgecoaching.com/guide-to-deciphering-chemology-arrows
- Reed Hóa học hữu cơ trực tuyến. (nd). Mũi tên ROCO: Danh sách . Lấy từ https://www.reed.edu/chemology/ROCO/Arrows/arrow_list.html
- Đại học Guanajuato. (nd). UNIT 1 – Ký hiệu trong phương trình hóa học | Phản ứng hóa học . Lấy từ https://oa.ugto.mx/oa/oa-rg-0001374/tema_1__smbolos_en_las_ecuaciones_qumicas.html
