РЕАКЦІЯ ПОДВІЙНОЇ ЗАМІНИ: ТИПИ ТА ПРИКЛАДИ - ХІМІЯ - 2025

Реакція подвійного заміщення , подвійного витіснення або метатези - це така реакція , при якій відбувається подвійний іонний обмін між двома сполуками, при цьому жодне з них не окислюється або не зменшується. Це одна з найелементарніших хімічних реакцій.

Нові зв’язки утворені великими електростатичними привабливими силами між іонами. Так само реакція сприяє формуванню найбільш стійких видів, головним чином молекули води. Наведене нижче зображення ілюструє загальне хімічне рівняння реакції подвійного заміщення.

Вихідні сполуки AX і BY реагують, обмінюючись "своїми партнерами" і, таким чином, утворюють дві нові сполуки: AY і BX. Ця реакція виникає, якщо і лише тоді, коли A і Y більш пов'язані, ніж A і B, або якщо зв'язки BX більш стійкі, ніж реакції BY. Оскільки реакція є простим іонним обміном, ні іон не набирає, ні втрачає електрони (окислювально-відновна реакція).

Таким чином, якщо A є катіоном з +1 зарядом у сполуці AX, він матиме однаковий +1 заряд у сполуці AY. Те ж саме стосується решти «букв». Цей тип реакції є підтримкою кислотно-лужних реакцій та утворенням осадів.

Типи

Нейтралізація

Сильна кислота реагує із сильною основою, утворюючи розчинні солі та воду. Коли одна з двох - кислота або основа - слабка, що утворюється сіль не є повністю іонізованою; тобто у водному середовищі, здатному до гідролізу. Так само кислоту або основу можна нейтралізувати сіллю.

Вищевикладене знову може бути представлене хімічним рівнянням з літерами AXBY. Однак, оскільки кислотність Бронстеда позначається лише іонами H ⁺ та OH ^- , вони представляють букви A і Y:

HX + BOH => HOH + BX

Це хімічне рівняння відповідає нейтралізації, що є просто реакцією між HX-кислотою та базою BOH з утворенням HOH (H ₂ O) та солі BX, яка може бути, а може і не бути розчинною у воді.

Його скелет може змінюватися залежно від стехіометричних коефіцієнтів або природи кислоти (якщо вона органічна чи неорганічна).

Опади

При такому типі реакцій один із продуктів є нерозчинним у середовищі, як правило, у воді та осадах (тверда речовина осідає з решти розчину).

Схема полягає в наступному: дві розчинні сполуки, AX і BY, змішуються, і один з продуктів, AY або BX, осаджується, що залежатиме від правил розчинності:

AX + BY => AY (s) + BX

AX + BY => AY + BX (s)

У тому випадку, коли і AY, і BX нерозчинні у воді, пари іонів, які представляють найсильніші електростатичні взаємодії, осаджуються, що може бути кількісно відображено на їхніх значеннях констант розчинності (Кпс).

Однак у більшості реакцій осадження одна сіль є розчинною, а інша опадає. Обидві реакції - нейтралізація та осадження - можуть відбуватися в одній суміші речовин.

Приклади

Приклад 1

HCl (aq) + NaOH (aq) => H ₂ O (l) + NaCl (aq)

Що це за реакція? Соляна кислота реагує з гідроксидом натрію, утворюючи воду і хлорид натрію, як наслідок. Оскільки NaCl дуже розчинний у водному середовищі, а також утворюється молекула води, реакція в Прикладі 1 є нейтралізацією.

Приклад 2

Cu (NO ₃ ) ₂ (aq) + Na ₂ S (aq) => CuS (s) + 2NaNO ₃ (aq)

Ні Н ^+, ні ОН ^- іон не є в цій реакції , а також молекула води з правого боку хімічного рівняння.

Мідний (II) нітрат або куприкова селітра обмінюється іонами з сульфіду натрію. Сульфід міді є нерозчинним, осаджуючи на відміну від нітрату натрію, розчинної солі.

Розчин Cu (NO ₃ ) ₂ синюватий, а розчин Na ₂ S жовтуватий. Коли обидва змішуються, кольори зникають і осаджується CuS, що є чорнуватою твердою речовиною.

Приклад 3

CH ₃ COOH (aq) + NaOH (aq) => CH ₃ COONa (aq) + H ₂ O (l)

Знову ж таки, це ще одна реакція нейтралізації. Оцтова кислота реагує з гідроксидом натрію з утворенням солі ацетату натрію та молекули води.

На відміну від прикладу 1, ацетат натрію не є повністю іонізованою сіллю, оскільки аніон гідролізується:

CH ₃ COO ^- (aq) + H ₂ O (l) <=> CH ₃ COOH (aq) + OH ^- (aq)

Приклад 4

2HI (aq) + CaCO ₃ (s) => H ₂ CO ₃ (aq) + CaI ₂ (aq)

У цій реакції, яка хоч і не здається нейтралізацією, гідройодова кислота повністю реагує з вапняком, щоб утворити вуглекислоту та йодид кальцію. Крім того, виділення тепла (екзотермічна реакція) розкладає вуглекислоту на вуглекислий газ і воду:

H ₂ CO ₃ (aq) => CO ₂ (g) + H ₂ O (l)

Загальна реакція така:

2HI (aq) + CaCO ₃ (s) => CO ₂ (g) + H ₂ O (l) + CaI ₂ (aq)

Також карбонат кальцію, основна сіль, нейтралізує водневу кислоту.

Приклад 5

AgNO ₃ (aq) + NaCl (aq) => AgCl (s) + NaNO ₃ (aq)

Нітрат срібла обмінюється іонами з хлоридом натрію, утворюючи, таким чином, нерозчинну сіль хлориду срібла (білуватий осад) та нітрату натрію.

Приклад 6

2H ₃ PO ₄ (aq) + 3Ca (OH) ₂ (aq) => 6H ₂ O (l) + Ca ₃ (PO ₄ ) ₂ (s)

Фосфорна кислота нейтралізується гідроксидом кальцію, внаслідок чого утворюється нерозчинна сіль фосфату кальцію та шість молекул молекул води.

Це приклад реакції подвійного заміщення обох типів: нейтралізації кислоти та осадження нерозчинної солі.

Приклад 7

K ₂ S (aq) + MgSO ₄ (aq) => K ₂ SO ₄ (aq) + MgS (s)

Сульфід калію вступає в реакцію з сульфатом магнію, об'єднуючи іони S ^2– і Mg ²⁺ у розчин, утворюючи нерозчинні солі сульфіду магнію та розчинні солі сульфату калію.

Приклад 8

Na ₂ S (aq) + HCl (aq) → NaCl (aq) + H ₂ S (g)

Сульфід натрію нейтралізує соляну кислоту, утворюючи хлорид натрію та сірководень.

У цій реакції утворюється не вода (на відміну від найпоширеніших нейтралізацій), а неелектролітична молекула сірководню, запах гнилих яєць якого дуже неприємний. H ₂ S виходить з розчину в газоподібному вигляді, а решта видів залишається розчиненою.

Список літератури

1. Віттен, Девіс, Пек і Стенлі. Хімія. (8-е видання). CENGAGE Навчання, стор 150-155.
2. Quimicas.net (2018). Приклади подвійної реакції заміни. Отримано 28 травня 2018 року з: quimicas.net
3. Метатезичні реакції. Отримано 28 травня 2018 року з: science.uwaterloo.ca
4. Академія хана. (2018). Реакції подвійної заміни. Отримано 28 травня 2018 року з: khanacademy.org
5. Гельменстін, Анна Марі, к.т.н. (8 травня 2016 р.). Визначення реакції подвійної заміни. Отримано 28 травня 2018 року з: thinkco.com