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化学者は化学反応を化学方程式で表しますが、化学方程式は反応中に実際に起こることの象徴的な表現にすぎません。化学式では、左側に反応物、右側に生成物、およびそれらの間の反応矢印があります。
反応矢印は、化学反応中に発生する変化のプロセスを表し、その重要な特性を示す記号です。反応が可逆的かどうか、平衡状態にあるかどうか、共鳴プロセスであるかどうかなどを知ることができます。これは、反応矢印が反応物から生成物への単なる矢印以上のものであることを示しているため、形状の微妙な違いを認識して正しく解釈できるようにすることが重要です.
化学で使用されるほとんどの矢印の概要を、それぞれの意味とともに以下に示します。
01 – シンプルリアクションアロー
これは最も単純な反応矢印です。右向きの単純な矢印のみで構成され、反応物を不可逆的に生成物に変換する化学反応の発生を示します。
この矢印は、必要に応じて右から左に、または別の方向に向けることもできますが、常に尾側にあるものが先端に現れる反応を表しています.
02 – バランスの矢
化学反応が可逆的であること、つまり両方向に起こり得ることを示すには、さまざまな方法があります。化学反応速度論の法則により、可逆的な化学反応は最終的に平衡に達し、正反応と逆反応の両方が同じ速度で発生します。このため、可逆的な化学反応はしばしば化学平衡と呼ばれます。
ヴァント・ホッフの二重矢
両方向に発生する可能性のある化学反応を表す最も論理的な方法は、反対方向を指す 2 つの単純な反応矢印を組み合わせることです。この矢印は二重矢印と呼ばれ、化学反応の可逆性を表すために最初に使用したのは、1884 年のヤコブス ヘンリクス ファン ホフでした。
バランスの取れた動的バランス矢印
H. 元帥は、1902 年にヴァント ホッフの二重矢印を変更して、その記述を簡素化しました。文字通り 2 本の単一の矢を重ねて配置する代わりに、彼はそれらを 2 つの半矢または半点の矢に置き換えました。化学平衡を表すこの方法は、今日ではより一般的になっています。
両方の半矢が同じ長さの場合、正反応と逆反応の両方の速度が同等であると言われます。したがって、平衡状態では、反応物と生成物の濃度も同等です。この場合、「バランスの取れた」バランスと言えます。
動的均衡矢印は製品に向かってシフトしました
上記のバランスアローの変形は、一方のハーフアローが他方よりも長いものです。これは、2 つの反応の一方が他方よりも速いことを示しているため、平衡は方程式の 2 つの側のいずれかを支持します。
右を指す上の矢印が下の矢印よりも長い場合、順反応は逆反応よりも速いため、生成物に向かってシフトするか、生成物に有利な平衡矢印が存在します。
これは、平衡状態での生成物の濃度が反応物の濃度よりもかなり大きいことを示しています。
動的平衡の矢印は反応物に向かってシフトしました
反応物に向かってシフトした平衡矢印は、前の矢印の反対です。この場合、逆反応は正反応よりも速く、平衡は反応物に利益をもたらします。
03 – 共鳴の矢
共鳴矢は双頭矢で構成されていますが、画像に示すように、反対側に 2 つの半頭がある矢として表されることもあります。
このタイプの矢印は、化学反応自体を表しているのではなく、あるルイス構造を別の構造に変換する分子内のパイ電子の非局在化と内部移動のプロセスを表しています。このタイプのプロセスは共鳴と呼ばれ（したがって、この矢印に付けられた名前です）、完全に可逆的なプロセスであるため、矢印には2つの先端があります.
04 – 未知の反応矢
いくつかの特定の状況では、化学者は反応の開始反応物と生成物を知っていますが、実際に発生する反応の種類や、それが実際に 1 つまたは複数の連続した反応であるかどうかはわかりません。反応の特定の特性、または一般に、反応物が生成物に変換される方法に関する知識の欠如を示すために、点線の矢印が使用されます。
この矢印は、反応メカニズムの一部として特定の反応を提案しているが、それが実際に起こっている反応であるかどうかわからない場合にも使用されます. つまり、決定的または決定的な証拠がない手順を提案することです。
05 逆合成の矢
逆合成矢印は、有機合成化学でよく使用され、ある物質が別の物質から直接発生したことを示します。この矢印は「から来る」と読むので、上記の反応は「A は B から来る」と読み、合成経路では、物質 B は A の合成の直前に来る化合物または物質であるという事実を指します。
有機合成化学では、ある化合物を合成したいとき、最終的に得たいものから経路の解析を始めることから逆合成矢と呼ばれています。したがって、前（合成の最初の試薬）の後ろ（目的の目的）から実行する必要がある前のステップが考慮されています。
まるでB市からA市に行きたいのですが、地図は目的地Aから出発地Bまでのルートをたどって描かれています。
06 無反応の矢
最後に、さまざまな種類の反応の存在を示す矢印に加えて、化学者は、特定の条件下で発生しない、またはまったく発生しない反応を表すことにも関心があります。これらの場合、反応なしまたは反応なしの矢印が使用されます。
これらの矢印は、反応物が互いに反応しない、または反応物がそのような生成物を生成しないと解釈できます。たとえば、第 1 アルコールはアルデヒドとカルボン酸に酸化できますが、第 3 アルコールはどんなに強い酸化剤でも酸化できません。この最後の事実を強調したい場合は、無反応の矢印を使用して、第三級アルコールが酸化しないことを示します。
07 – 電子の動きの矢
反応矢印自体に加えて、特に反応メカニズムに重点が置かれている場合に、化学方程式で化学者によって頻繁に使用される他の矢印があります。これは、曲がった矢印の場合です。
曲線の矢印は、化学反応中の電子の動きを明確に示すために使用されます。これらの場合、矢印の尾は、化学結合、フリーラジカルの不対電子、または共有されていない電子対など、プロセスに関与する電子が配置されている場所から始まります。一方、矢印は原子または電子が移動する場所を示します。
曲線矢印には次の 2 種類があります。
湾曲した頭または完全なポイントの矢印
曲がった矢印の頭がいっぱいになっているときは、電子対の動きがあることを示します。この電子対は、カルボニル基の炭素原子を攻撃している、上の図の元素 A のような孤立電子対で構成されている場合があります。
一方、電子対は、前の画像の右側にあるカルボニル基の二重結合のパイ電子などの共有結合から生じることもあり、酸素原子に渡されます。
半角の曲がった矢印または釣り針
フックヘッド矢印とも呼ばれる半点の曲がった矢印は、単一の電子の動きを示します。このタイプの矢印は、共有結合のホモリティック切断、およびさまざまな分子に対するフリーラジカルの攻撃を表すために使用されます。
08 – 特殊垂直矢印
化学で一般的に使用される一連の垂直矢印があります。そのうちの 3 つは特定の物理的変化プロセスを表し、他のものは特定のエネルギー レベルにある電子を表すために使用されます。
ガス放出矢印
液体、水相、または固相で発生する化学反応がその生成物として気体を有する場合、これは多くの場合、液体内の気泡の形成または着色ガスの出現によって直接観察できます。
物質の物理的状態を示すとき、それが気体であることはすでにわかっているため、しばしば不要ですが、気体の記号または化学式には、反応媒体の放出を示す上向きの垂直矢印が付いている場合があります。
降水矢印
沈殿矢印は下向きの垂直矢印であり、ほとんどの沈殿では、形成される固体が溶媒よりも密度が高く、底に沈みます (したがって、下にドリフトします)。
逆流矢印
逆流は、凝縮器を取り付けた容器内で液体または溶液を沸騰するまで加熱する実験的プロセスです。これにより、溶媒が蒸発し (上向きの矢印で表されるプロセス)、凝縮して元に戻ります (下向きの矢印で表されるプロセス)。
電子を表す矢印
最後に、化学における矢印のもう 1 つの一般的な使用法は、電子をその量子数の 1 つである電子スピンと共に表すことです。電子のスピンは、+1/2 と -1/2 の 2 つの値のみを持つことができ、これらは通常、それぞれ上向きと下向きの半頭矢印で表されます。パウリの排他原理により、2 つの電子が同じ電子軌道にあり、同じスピンを持つことはできないため、同じ軌道にある電子のペアは常に反対のスピンを持ち、平均先端が反対を指している一対の垂直矢印として表されます。方向。
これらの例に加えて、非常に具体的であまり使用されない他の矢印がいくつかありますが、これらは間違いなく最も一般的に使用されています。その意味を理解することで、化学方程式のように一見単純なものにエンコードされたすべての情報をより適切に解釈できるようになります。
参考文献
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