Tabla de Contenidos
นักเคมีแสดงปฏิกิริยาเคมีโดยใช้สมการเคมี ซึ่งไม่มีอะไรมากไปกว่าการแสดงสัญลักษณ์ของสิ่งที่เกิดขึ้นจริงระหว่างปฏิกิริยา ในสมการเคมี เราสามารถหาสารตั้งต้นทางซ้าย ผลิตภัณฑ์ทางขวา และลูกศรปฏิกิริยาระหว่างพวกมัน
ลูกศรปฏิกิริยาเป็นสัญลักษณ์ที่แสดงถึงกระบวนการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยาเคมีและแสดงลักษณะสำคัญบางประการของมัน คุณสามารถบอกได้ว่าปฏิกิริยาย้อนกลับได้หรือไม่ อยู่ในสภาวะสมดุล กระบวนการเรโซแนนซ์หรือไม่ และอื่นๆ สิ่งนี้แสดงให้เห็นว่าลูกศรปฏิกิริยาเป็นมากกว่าลูกศรที่ชี้จากสารตั้งต้นไปยังผลิตภัณฑ์ ดังนั้นจึงเป็นเรื่องสำคัญที่จะต้องเรียนรู้ที่จะรับรู้ถึงความแตกต่างเล็กน้อยในรูปร่าง เพื่อให้คุณตีความได้อย่างถูกต้อง
ภาพรวมของลูกศรส่วนใหญ่ที่ใช้ในวิชาเคมีแสดงไว้ด้านล่าง พร้อมด้วยความหมายที่เกี่ยวข้อง
01 – ลูกศรปฏิกิริยาอย่างง่าย
นี่คือลูกศรแสดงปฏิกิริยาที่ง่ายที่สุด ประกอบด้วยลูกศรง่ายๆ ที่ชี้ไปทางขวาเท่านั้น และระบุการเกิดปฏิกิริยาเคมีที่เปลี่ยนสารตั้งต้นเป็นผลิตภัณฑ์อย่างถาวร
ลูกศรนี้สามารถชี้จากขวาไปซ้ายหรือไปในทิศทางต่างๆ ได้ตามความเหมาะสม แต่ลูกศรนี้มักจะแสดงถึงปฏิกิริยาที่สิ่งที่อยู่ด้านท้ายจะกลายเป็นสิ่งที่ปรากฏที่ปลายของมัน
02 – ลูกศรสมดุล
มีหลายวิธีในการบ่งชี้ว่าปฏิกิริยาเคมีสามารถย้อนกลับได้ นั่นคือสามารถเกิดขึ้นได้ทั้งสองทิศทาง เนื่องจากกฎของจลนพลศาสตร์เคมี ปฏิกิริยาเคมีใดๆ ที่ผันกลับได้จะเข้าสู่สมดุลในที่สุด ซึ่งทั้งปฏิกิริยาไปข้างหน้าและปฏิกิริยาย้อนกลับเกิดขึ้นในอัตราที่เท่ากัน ด้วยเหตุนี้ปฏิกิริยาเคมีที่ผันกลับได้จึงมักเรียกว่าสมดุลเคมี
ลูกศรคู่ของ Van’t Hoff
วิธีที่สมเหตุสมผลที่สุดในการแสดงปฏิกิริยาเคมีที่สามารถเกิดขึ้นได้ในทั้งสองทิศทางคือการรวมลูกศรแสดงปฏิกิริยาอย่างง่ายสองอันที่ชี้ไปในทิศทางตรงกันข้าม ลูกศรนี้เรียกว่าลูกศรคู่ และคนแรกที่ใช้มันเพื่อแสดงถึงการย้อนกลับของปฏิกิริยาเคมีคือ Jacobus Henricus van ‘t Hoff ในปี 1884
ลูกศรสมดุลไดนามิกบาลานซ์
เอช. มาร์แชลแก้ไขลูกศรคู่ของ van’t Hoff ในปี 1902 โดยทำให้การเขียนง่ายขึ้น แทนที่จะวางลูกศรเดี่ยวสองดอกโดยวางซ้อนกัน เขาแทนที่ด้วยลูกศรครึ่งลูกสองดอก หรือลูกศรที่มีจุดกึ่งกลาง วิธีการแสดงสมดุลเคมีแบบนี้มีมากขึ้นในปัจจุบัน
เมื่อลูกศรครึ่งลูกทั้งสองมีความยาวเท่ากัน ทั้งปฏิกิริยาไปข้างหน้าและย้อนกลับจะถูกกล่าวว่ามีอัตราที่ใกล้เคียงกัน ดังนั้นในสภาวะสมดุลความเข้มข้นของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์จึงเทียบเคียงได้ เราสามารถพูดได้ในกรณีของความสมดุลที่ “สมดุล”
ลูกศรสมดุลไดนามิกเลื่อนไปทางผลิตภัณฑ์
ตัวแปรของลูกศรยอดด้านบนประกอบด้วยลูกศรครึ่งหนึ่งที่ยาวกว่าอีกอันหนึ่ง สิ่งนี้บ่งชี้ว่าหนึ่งในสองปฏิกิริยานั้นเร็วกว่าอีกปฏิกิริยาหนึ่ง ดังนั้น สมดุลจึงสนับสนุนด้านใดด้านหนึ่งของสมการ
เมื่อลูกศรบนชี้ไปทางขวายาวกว่าลูกศรล่าง แสดงว่าเรามีลูกศรสมดุลที่เลื่อนไปทางผลิตภัณฑ์หรือที่สนับสนุนผลิตภัณฑ์ เนื่องจากปฏิกิริยาไปข้างหน้าเร็วกว่าปฏิกิริยาย้อนกลับ
สิ่งนี้บ่งชี้ว่าความเข้มข้นของผลิตภัณฑ์ที่สมดุลนั้นมากกว่าความเข้มข้นของสารตั้งต้นอย่างมาก
ลูกศรของสมดุลไดนามิกเลื่อนไปทางสารตั้งต้น
ลูกศรสมดุลที่เลื่อนไปทางสารตั้งต้นนั้นตรงกันข้ามกับลูกศรก่อนหน้า ในกรณีนี้ ปฏิกิริยาย้อนกลับจะเร็วกว่าปฏิกิริยาไปข้างหน้า และสมดุลจะเป็นประโยชน์ต่อสารตั้งต้น
03 – ลูกศรแห่งการสั่นพ้อง
ลูกศรเรโซแนนซ์ประกอบด้วยลูกศรสองหัว แม้ว่าบางครั้งจะแสดงเป็นลูกศรที่มีครึ่งหัวสองหัวอยู่ตรงข้ามกัน ดังที่แสดงในภาพ
ลูกศรประเภทนี้ไม่ได้เป็นตัวแทนของปฏิกิริยาเคมี แต่เป็นกระบวนการแยกส่วนและการเคลื่อนที่ภายในของอิเล็กตรอน pi ในโมเลกุลที่เปลี่ยนโครงสร้าง Lewis หนึ่งไปเป็นอีกโครงสร้างหนึ่ง กระบวนการประเภทนี้เรียกว่าการสั่นพ้อง (ดังนั้นชื่อนี้จึงถูกกำหนดให้กับลูกศรนี้) และเป็นกระบวนการที่ย้อนกลับได้อย่างสมบูรณ์ ซึ่งเป็นสาเหตุที่ลูกศรมีสองเคล็ดลับ
04 – ลูกศรปฏิกิริยาที่ไม่รู้จัก
ในบางสถานการณ์ นักเคมีรู้จักสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยา แต่ไม่รู้ว่าปฏิกิริยาประเภทใดเกิดขึ้นจริง หรือเป็นปฏิกิริยาต่อเนื่องอย่างน้อยหนึ่งปฏิกิริยาจริงๆ หรือไม่ เพื่อระบุถึงการขาดความรู้เกี่ยวกับลักษณะเฉพาะของปฏิกิริยา หรือโดยทั่วไป วิธีที่สารตั้งต้นถูกแปลงเป็นผลิตภัณฑ์ จะใช้ลูกศรประ
ลูกศรนี้ยังใช้เมื่อคุณเสนอปฏิกิริยาเฉพาะซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของกลไกการเกิดปฏิกิริยา แต่ไม่รู้ว่านั่นคือปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นจริงหรือไม่ นั่นคือการเสนอขั้นตอนที่ไม่มีหลักฐานแน่ชัดหรือข้อสรุป
05 – ลูกศรแห่งการสังเคราะห์ย้อนกลับ
ลูกศรการสังเคราะห์ซ้ำมักใช้ในเคมีอินทรีย์สังเคราะห์และระบุแหล่งกำเนิดของสารหนึ่งจากอีกสารหนึ่งในทันที ลูกศรนี้อ่านว่า “มาจาก” ดังนั้นปฏิกิริยาข้างต้นจะอ่านว่า “A มาจาก B” หมายถึงข้อเท็จจริงที่ว่าในเส้นทางสังเคราะห์ สาร B เป็นสารประกอบหรือสารที่เกิดขึ้นทันทีก่อนการสังเคราะห์ของ A
มันถูกเรียกว่าลูกศรการสังเคราะห์ย้อนกลับเนื่องจากในเคมีอินทรีย์สังเคราะห์ เมื่อคุณต้องการสังเคราะห์สารประกอบเฉพาะ การวิเคราะห์เส้นทางจะเริ่มต้นจากผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้ายที่คุณต้องการได้รับ ดังนั้น ขั้นตอนก่อนหน้านี้ที่ต้องดำเนินการจากด้านหลัง (ส่วนท้ายที่ต้องการ) ไปยังด้านหน้า (รีเอเจนต์เริ่มต้นของการสังเคราะห์) จึงได้รับการพิจารณา
เหมือนกับว่าคุณต้องการเดินทางจากเมือง B ไปยังเมือง A แต่แผนที่ถูกวาดโดยการติดตามเส้นทางจากปลายทาง A ไปยังต้นทาง B
06 – ลูกศรที่ไม่มีปฏิกิริยา
ประการสุดท้าย นอกจากการมีลูกศรแสดงปฏิกิริยาประเภทต่างๆ แล้ว นักเคมียังสนใจที่จะแสดงถึงปฏิกิริยาที่ไม่ได้เกิดขึ้นภายใต้เงื่อนไขบางประการหรือไม่เคยเกิดขึ้นเลย สำหรับกรณีเหล่านี้ จะใช้ลูกศรที่ไม่มีปฏิกิริยาหรือไม่มีปฏิกิริยา
ลูกศรเหล่านี้สามารถตีความได้ว่าเป็นสารตั้งต้นที่ไม่ทำปฏิกิริยาซึ่งกันและกัน หรือเป็นสารตั้งต้นที่ไม่ก่อให้เกิดผลิตภัณฑ์ดังกล่าว ตัวอย่างเช่น แอลกอฮอล์ปฐมภูมิสามารถออกซิไดซ์เป็นอัลดีไฮด์และกรดคาร์บอกซิลิกได้ แต่แอลกอฮอล์ตติยภูมิไม่สามารถทำได้ ไม่ว่าตัวออกซิไดซ์จะแรงแค่ไหนก็ตาม หากคุณต้องการเน้นข้อเท็จจริงข้อสุดท้ายนี้ คุณจะต้องใช้ลูกศรที่ไม่ทำปฏิกิริยาเพื่อระบุว่าแอลกอฮอล์ระดับตติยภูมิไม่เกิดปฏิกิริยาออกซิไดซ์
07 – ลูกศรของการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอน
นอกจากลูกศรปฏิกิริยาเองแล้ว ยังมีลูกศรอื่นๆ ที่นักเคมีใช้บ่อยในสมการเคมี โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเน้นไปที่กลไกการเกิดปฏิกิริยา นั่นคือกรณีที่มีลูกศรโค้ง
ลูกศรโค้งใช้เพื่อระบุการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนระหว่างปฏิกิริยาเคมีอย่างชัดเจน ในกรณีเหล่านี้ หางของลูกศรจะเริ่มต้นจากตำแหน่งที่มีอิเล็กตรอนที่เกี่ยวข้องในกระบวนการ ไม่ว่าจะเป็นพันธะเคมี อิเล็กตรอนที่ไม่จับคู่ในอนุมูลอิสระ หรืออิเล็กตรอนคู่ที่ไม่แบ่งปัน ในทางกลับกัน หัวลูกศรหมายถึงอะตอมหรือตำแหน่งที่อิเล็กตรอนเคลื่อนที่
ลูกศรโค้งมีสองประเภท:
หัวโค้งหรือลูกศรชี้เต็ม
เมื่อลูกศรโค้งเต็มหัวแสดงว่ามีการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนคู่หนึ่ง อิเล็กตรอนคู่นี้อาจประกอบด้วยอิเล็กตรอนคู่โดดเดี่ยว เช่น ของธาตุ A ในรูปด้านบน ซึ่งกำลังโจมตีอะตอมของคาร์บอนของหมู่คาร์บอนิล
ในทางกลับกัน อิเล็กตรอนคู่สามารถมาจากพันธะโควาเลนต์ได้เช่นกัน เช่น อิเล็กตรอนวงปี่ของพันธะคู่ของหมู่คาร์บอนิลทางด้านขวาของภาพก่อนหน้า ซึ่งกำลังส่งผ่านไปยังอะตอมออกซิเจน
ลูกศรโค้งครึ่งแฉกหรือเบ็ดตกปลา
ลูกศรโค้งครึ่งแฉก หรือที่เรียกว่าลูกศรหัวตะขอ แสดงถึงการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนตัวเดียว ลูกศรชนิดนี้ใช้เพื่อแสดงถึงการแตกตัวของพันธะโควาเลนต์แบบโฮโมไลติก เช่นเดียวกับการโจมตีของอนุมูลอิสระในโมเลกุลต่างๆ
08 – ลูกศรแนวตั้งพิเศษ
มีชุดลูกศรแนวตั้งที่ใช้กันทั่วไปในวิชาเคมี สามรายการแสดงถึงกระบวนการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพโดยเฉพาะ ในขณะที่อีกรายการใช้แทนอิเล็กตรอนที่อยู่ในระดับพลังงานหนึ่งๆ
ลูกศรปล่อยก๊าซ
เมื่อปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นในเฟสของเหลว น้ำ หรือของแข็งมีแก๊สเป็นผลิตภัณฑ์ สามารถสังเกตได้โดยตรงในหลายกรณี ไม่ว่าจะโดยการก่อตัวของฟองอากาศภายในของเหลวหรือโดยการปรากฏตัวของแก๊สสี
แม้ว่ามักจะไม่จำเป็นเพราะเมื่อระบุสถานะทางกายภาพของสารเรารู้อยู่แล้วว่าเป็นก๊าซ บางครั้ง สัญลักษณ์หรือสูตรทางเคมีของก๊าซจะมีลูกศรชี้ขึ้นด้านบนแสดงการปลดปล่อยของตัวกลางปฏิกิริยา
ลูกศรฝน
ลูกศรการตกตะกอนเป็นลูกศรแนวตั้งที่ชี้ลง ซึ่งแสดงว่าในการตกตะกอนส่วนใหญ่ ของแข็งที่ก่อตัวจะมีความหนาแน่นมากกว่าตัวทำละลายและจมลงสู่ด้านล่าง (จึงลอยลงด้านล่าง)
ลูกศรกรดไหลย้อน
กรดไหลย้อนเป็นกระบวนการทดลองที่ของเหลวหรือสารละลายได้รับความร้อนจนเดือดในภาชนะที่มีคอนเดนเซอร์ สิ่งนี้ทำให้ตัวทำละลายระเหย (กระบวนการแสดงด้วยลูกศรชี้ขึ้น) จากนั้นจึงควบแน่นและตกลงมาอีกครั้ง (กระบวนการแสดงด้วยลูกศรชี้ลง)
ลูกศรเพื่อแสดงอิเล็กตรอน
ในที่สุด ลูกศรที่ใช้กันทั่วไปในวิชาเคมีอีกอย่างคือใช้แทนอิเล็กตรอนร่วมกับหนึ่งในเลขควอนตัม ของพวกมัน ซึ่งก็คือการหมุนของอิเล็กตรอน สปินของอิเล็กตรอนสามารถมีได้เพียงสองค่าเท่านั้น ซึ่งก็คือ +1/2 และ -1/2 และค่าเหล่านี้มักจะแสดงด้วยลูกศรครึ่งหัวที่ชี้ขึ้นและลงตามลำดับ เนื่องจากหลักการกีดกันของเพาลี อิเล็กตรอนสองตัวไม่สามารถอยู่ในออร์บิทัลอิเล็กตรอนเดียวกันและมีสปินเท่ากัน ดังนั้นอิเล็กตรอนคู่ในออร์บิทัลเดียวกันจึงมีสปินตรงข้ามกันเสมอ และแสดงเป็นลูกศรแนวตั้งคู่หนึ่งที่มีปลายค่าเฉลี่ยชี้ตรงกันข้าม ทิศทาง.
นอกจากตัวอย่างเหล่านี้แล้ว ยังมีลูกศรอื่นๆ ที่ใช้เฉพาะเจาะจงและไม่บ่อยนัก แต่ไม่ต้องสงสัยเลยว่าลูกศรเหล่านี้เป็นลูกศรที่ใช้บ่อยที่สุด การเข้าใจความหมายของข้อมูลช่วยให้สามารถตีความข้อมูลทั้งหมดที่เข้ารหัสในสิ่งที่ดูเหมือนง่ายอย่างสมการเคมีได้ดีขึ้น
อ้างอิง
- Ashenhurst, J. (2020, 12 กุมภาพันธ์). อธิบายลูกศรทั้ง 8 ชนิดในเคมีอินทรีย์ สืบค้นจากhttps://www.masterorganicchemistry.com/2011/02/09/the-8-types-of-arrows-in-organic-chemistry-explained/
- สมการเคมี (น). 03. สัญลักษณ์และโครงสร้างของสมการเคมี . สืบค้นจากhttps://sites.google.com/site/ecuacionquim/ecuacion-quimica/03-lenguaje-y-estructura-de-una-ecuacion-quimica
- ลักษมีนารายนันท์, อ. (2553). ลูกศรในวิชาเคมี สืบค้นจากhttps://www.ias.ac.in/public/Volumes/reso/015/01/0051-0063.pdf
- หลิวซี (น.). คู่มือการถอดรหัสลูกศรเคมี สืบค้นจากhttps://blog.cambridgecoaching.com/guide-to-deciphering-chemistry-arrows
- กกเคมีอินทรีย์ออนไลน์ (น). ROCO Arrows:รายการ สืบค้นจากhttps://www.reed.edu/chemistry/ROCO/Arrows/arrow_list.html
- มหาวิทยาลัยกวานาคัวโต (น). UNIT 1 – สัญลักษณ์ในสมการเคมี | ปฏิกิริยาเคมี . สืบค้นจากhttps://oa.ugto.mx/oa/oa-rg-0001374/tema_1__smbolos_en_las_ecuaciones_qumicas.html