Използването на реакционни стрели в химията

Artículo revisado y aprobado por nuestro equipo editorial, siguiendo los criterios de redacción y edición de YuBrain.

Химиците представят химичните реакции с помощта на химични уравнения, които не са нищо повече от символично представяне на това, което всъщност се случва по време на реакцията. В едно химично уравнение можем да намерим реагентите отляво, продуктите отдясно и стрелката на реакцията между тях.

Реакционна стрелка е символ, който представлява процеса на промяна, който се случва по време на химическа реакция и показва някои важни характеристики на реакцията . Можете да разберете дали реакцията е обратима или не, дали е в равновесие, дали е резонансен процес и др. Това показва, че реакционната стрелка е много повече от просто стрелка, сочеща от реагентите към продуктите, така че е важно да се научите да разпознавате фините разлики във формата, за да можете да ги интерпретирате правилно.

По-долу е представен преглед на повечето от стрелките, използвани в химията, заедно със съответното им значение.

01 – Простата стрела за реакция

реакционни стрели в химията

Това е най-простата стрелка за реакция. Състои се единствено от обикновена стрелка, сочеща надясно, и показва възникването на химическа реакция, която необратимо трансформира реагентите в продукти.

Тази стрелка може също да бъде насочена отдясно наляво или в различни посоки според случая, но тя винаги представлява реакция, при която каквото и да е от страната на опашката, става това, което се появява на върха.

02 – Стрелките за баланс

Има различни начини да се покаже, че дадена химична реакция е обратима, т.е. че може да протича и в двете посоки. Поради законите на химичната кинетика, всяка химична реакция, която е обратима, може в крайна сметка да достигне равновесие, при което както правата, така и обратната реакция протичат с еднаква скорост. Поради тази причина обратимите химични реакции често се наричат ​​химични равновесия.

Двойната стрела на Вант Хоф

реакционни стрели в химията

Най-логичният начин за представяне на химическа реакция, която може да се случи и в двете посоки, е чрез комбиниране на две прости стрелки на реакция, сочещи в противоположни посоки. Тази стрелка се нарича двойна стрелка и първият, който я използва за представяне на обратимостта на химичните реакции, е Якобус Хенрикус ван Хоф през 1884 г.

Стрелката за балансиран динамичен баланс

реакционни стрели в химията

Х. Маршал модифицира двойната стрела на van’t Hoff през 1902 г., за да опрости нейното писане. Вместо буквално да постави две единични стрели, една върху друга, той ги замени с две половин стрели или стрели с половин върха. Този начин за представяне на химичното равновесие е много по-разпространен днес.

Когато и двете полустрели имат еднаква дължина, се казва, че и правата, и обратната реакция имат сравними скорости; следователно в равновесно състояние концентрациите на реагентите и продуктите също са сравними. В този случай може да се говори за „балансиран“ баланс.

Стрелката на динамичното равновесие се измести към продуктите

реакционни стрели в химията

Вариант на горната стрелка за баланс се състои от едната половина на стрелката, която е по-дълга от другата. Това показва, че една от двете реакции е по-бърза от другата, така че равновесието е в полза на една от двете страни на уравнението.

Когато горната стрелка, сочеща надясно, е по-дълга от долната, ние сме в присъствието на равновесна стрелка, която е изместена към продуктите или която е в полза на продуктите, тъй като предната реакция е по-бърза от обратната.

Това показва, че концентрацията на продуктите при равновесие е значително по-голяма от тази на реагентите.

Стрелката на динамичното равновесие се измести към реагентите

реакционни стрели в химията

Стрелката на равновесието, изместена към реагентите, е противоположна на предишната стрелка. В този случай обратната реакция е по-бърза от предната реакция и равновесието е от полза за реагентите.

03 – Стрелата на резонанса

реакционни стрели в химията

Резонансната стрела се състои от двуглава стрела, въпреки че понякога се представя като стрела с две половини глави от противоположните страни, както е показано на изображението.

Този тип стрелка не представлява самата химическа реакция, а по-скоро процес на делокализация и вътрешно движение на пи-електроните в молекула, която трансформира една структура на Люис в друга. Този тип процес се нарича резонанс (оттук и името, дадено на тази стрела) и е напълно обратим процес, поради което стрелата има два върха.

04 – Неизвестната стрела за реакция

реакционни стрели в химията

В някои конкретни ситуации химиците знаят изходните реагенти и продуктите на реакцията, но не знаят какъв тип реакция се случва в действителност или дали наистина е една или повече последователни реакции. Използва се пунктирана стрелка, за да се посочи липсата на познания за специфичните характеристики на реакцията или като цяло за начина, по който реагентите се превръщат в продукти.

Тази стрелка се използва и когато предлагате конкретна реакция като част от реакционен механизъм, но не знаете дали това всъщност е реакцията, която се случва. Тоест да предлага стъпки, за които няма категорични или категорични доказателства.

05 – Стрелата на ретросинтезата

реакционни стрели в химията

Стрелката за ретросинтеза често се използва в синтетичната органична химия и показва непосредствения произход на едно вещество от друго. Тази стрелка се чете като „произлиза от“, така че горната реакция ще гласи „А идва от B“, като се позовава на факта, че при синтетичен път вещество B е съединението или веществото, което идва непосредствено преди синтеза на A.

Нарича се стрелка за ретросинтез, защото в синтетичната органична химия, когато искате да синтезирате определено съединение, анализът на пътя започва от крайния продукт, който искате да получите. По този начин се разглеждат предишните стъпки, които трябва да се извършат отзад (желания край) към предната част (началните реагенти на синтеза).

Все едно искате да отидете от град B до град A, но картата е начертана чрез проследяване на маршрута от дестинацията A до началната точка B.

06 – Стрелката на липсата на реакция

реакционни стрели в химията

И накрая, в допълнение към наличието на стрелки, показващи наличието на различни видове реакции, химиците също се интересуват от представянето на реакции, които не се случват при определени условия или просто никога не се случват. За тези случаи се използват стрелките за липса на реакция или липса на реакция.

Тези стрелки могат да се тълкуват като реагентите, които не реагират един с друг, или като реагентите, които не произвеждат такива продукти. Например първичните алкохоли могат да се окислят до алдехиди и карбоксилни киселини, но третичните алкохоли не могат, без значение колко силен е окислителят. Ако искате да подчертаете този последен факт, бихте използвали стрелката за нереакция, за да посочите, че третичният алкохол не се окислява.

07 – Стрелки за движение на електрони

В допълнение към самите стрелки на реакцията има други стрелки, които също често се използват от химиците в химичните уравнения, особено когато се набляга на механизмите на реакцията. Такъв е случаят с извитите стрелки.

Извитите стрелки се използват за ясно обозначаване на движението на електроните по време на химическа реакция. В тези случаи опашката на стрелката започва от мястото, където се намират електроните, които участват в процеса, било то химическа връзка, несдвоен електрон в свободен радикал или несподелена двойка електрони. От друга страна, върхът на стрелката показва атома или мястото, където се движи електронът(ите).

Има два вида извити стрелки:

Извита глава или цяла стрелка

реакционни стрели в химията

Когато извитата стрелка има пълна глава, това показва, че има движение на двойка електрони. Тази двойка електрони може да се състои от несподелена двойка електрони, като тези на елемент А на фигурата по-горе, които атакуват въглеродния атом на карбонилната група.

От друга страна, двойката електрони може също да идва от ковалентна връзка, като пи електроните на двойната връзка на карбонилната група вдясно на предишното изображение, които преминават към кислородния атом.

Полузаострена извита стрела или рибарска кука

реакционни стрели в химията

Полузаострени извити стрелки, наричани още стрелки с кука, показват движението на един електрон. Този тип стрелка се използва за представяне на хомолитичното разкъсване на ковалентни връзки, както и атаките на свободните радикали върху различни молекули.

08 – Специална вертикална стрелка

реакционни стрели в химията

Има набор от вертикални стрелки, които се използват често в химията. Три от тях представляват конкретни процеси на физическа промяна, докато другите се използват за представяне на електрони, разположени на определени енергийни нива.

стрелката за изпускане на газ

Когато химическа реакция, протичаща в течната, водната или твърдата фаза, има газ като продукт, това може да се наблюдава директно в много случаи или чрез образуването на мехурчета в течността, или чрез появата на оцветен газ.

Въпреки че често е ненужно, тъй като при посочване на агрегатното състояние на веществото ние вече знаем, че то е газ, понякога символът или химическата формула на газа се придружава от насочена нагоре вертикална стрелка, показваща неговото освобождаване на реакционната среда.

Стрелката за валежи

Стрелката за утаяване е вертикална стрелка, сочеща надолу, което показва, че при повечето утайки твърдите вещества, които се образуват, са по-плътни от разтворителя и потъват на дъното (по този начин се носят надолу).

стрелката за рефлукс

Рефлуксът е експериментален процес, при който течност или разтвор се нагряват до кипене в контейнер, снабден с кондензатор. Това кара разтворителя да се изпари (процес, представен от стрелката нагоре) и след това да кондензира и да падне обратно надолу (процес, представен от стрелката надолу).

Стрелки за представяне на електрони

И накрая, друга често срещана употреба на стрелките в химията е да представят електрони заедно с едно от техните квантови числа , въртенето на електрона. Въртенето на един електрон може да има само две стойности, които са +1/2 и -1/2, и те обикновено се представят със стрелки с половин глава, сочещи съответно нагоре и надолу. Поради принципа на изключване на Паули два електрона не могат да бъдат в една и съща електронна орбитала и да имат еднакъв спин, така че двойки електрони в една и съща орбитала винаги имат противоположни спинове и са представени като двойка вертикални стрелки със среден връх, сочещ срещуположно посоки.

В допълнение към тези примери има някои други стрелки с много специфична и по-рядка употреба, но те несъмнено са най-често използваните. Разбирането на значението му позволява по-добро тълкуване на цялата информация, която е кодирана в нещо толкова очевидно просто като химическо уравнение.

Препратки

Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
(Licenciado en Química) - AUTOR. Profesor universitario de Química. Divulgador científico.

Artículos relacionados