Ορισμός αντίδρασης διπλής αντικατάστασης και παραδείγματα

Μια αντίδραση διπλής αντικατάστασης είναι ένας τύπος χημικής αντίδρασης όπου δύο αντιδρώντα ανταλλάσσουν ιόντα για να σχηματίσουν δύο νέα προϊόντα με τον ίδιο τύπο χημικών δεσμών. Συνήθως, ένα από τα προϊόντα σχηματίζει ίζημα. Οι αντιδράσεις διπλής μετατόπισης έχουν τη μορφή:

AB + CD → AD + CB

Οι αντιδράσεις διπλής αντικατάστασης μπορεί να περιλαμβάνουν αντιδρώντα που περιέχουν είτε ιοντικούς είτε ομοιοπολικούς δεσμούς, αλλά ο τύπος της αντίδρασης είναι πιο κοινός με τις ιοντικές ενώσεις. Οξέα και βάσεις μπορεί να συμμετέχουν σε αντιδράσεις διπλής αντικατάστασης. Συνήθως, ο διαλύτης είναι νερό.

Εναλλακτικά ονόματα

Άλλα ονόματα για μια αντίδραση διπλής αντικατάστασης είναι μια αντίδραση διπλής μετατόπισης, αντίδραση ανταλλαγής ή αντίδραση μετάθεσης άλατος. Μια αντίδραση διπλής αντικατάστασης ονομάζεται αντίδραση διπλής αποσύνθεσης, αλλά ο όρος προορίζεται για όταν ένα ή και τα δύο αντιδρώντα δεν διαλύονται σε έναν διαλύτη.

Παραδείγματα αντίδρασης διπλής αντικατάστασης

Ένα παράδειγμα αντίδρασης διπλής αντικατάστασης είναι η αντίδραση μεταξύ νιτρικού αργύρου και χλωριούχου νατρίου σε νερό. Τόσο ο νιτρικός άργυρος όσο και το χλωριούχο νάτριο είναι ιοντικές ενώσεις. Και τα δύο αντιδρώντα διαλύονται στα ιόντα τους σε υδατικό διάλυμα. Το ιόν αργύρου συλλαμβάνει το ιόν χλωριούχου νατρίου για να σχηματίσει χλωριούχο άργυρο, ενώ το ιόν νατρίου συλλαμβάνει το νιτρικό ανιόν για να σχηματίσει νιτρικό νάτριο. Όπως τα αντιδρώντα, και τα δύο προϊόντα είναι ιοντικές ενώσεις. Το χλωριούχο άργυρο έχει χαμηλή διαλυτότητα στο νερό, επομένως καθιζάνει εκτός διαλύματος.

AgNO₃ + NaCl → AgCl + NaNO₃

Ένα άλλο παράδειγμα είναι η αντίδραση μεταξύ χλωριούχου βαρίου και θειικού νατρίου για να σχηματιστεί θειικό βάριο και χλωριούχο νάτριο:

BaCl₂ (aq) + Na₂ SO₄ (aq) → BaSO₄ (s) + 2 NaCl(aq)

Όλα τα αντιδρώντα και τα προϊόντα περιέχουν ιοντικούς δεσμούς. Το προϊόν θειικό βάριο καθιζάνει εκτός διαλύματος ως στερεό.

Πώς να αναγνωρίσετε μια αντίδραση διπλής αντικατάστασης

Μπορείτε να αναγνωρίσετε μια αντίδραση διπλής αντικατάστασης σε μια χημική εξίσωση ελέγχοντας εάν τα κατιόντα ανταλλάσσουν ανιόντα μεταξύ τους. Εάν παρατίθενται οι καταστάσεις της ύλης των αντιδρώντων και των προϊόντων, αναζητήστε μια αντίδραση μεταξύ δύο υδατικών διαλυμάτων που να δώσει ένα υδατικό προϊόν (aq ) και ένα που καθιζάνει για να σχηματίσει ένα στερεό προϊόν (s ). Εάν δεν γνωρίζετε τα αντιδρώντα αλλά βλέπετε να σχηματίζεται ίζημα κατά την ανάμειξή τους, υποψιάζεστε μια αντίδραση διπλής αντικατάστασης.

Εάν δεν μπορείτε να παρατηρήσετε οπτικά την αντίδραση, μπορείτε να προβλέψετε εάν τα αντιδρώντα θα διαλυθούν ή όχι και θα σχηματιστεί ένα ίζημα (που υποδεικνύει μια αντίδραση διπλής αντικατάστασης) χρησιμοποιώντας κανόνες διαλυτότητας.

Τύποι αντιδράσεων διπλής αντικατάστασης

Υπάρχουν διάφορες κατηγορίες αντιδράσεων διπλής αντικατάστασης, συμπεριλαμβανομένης της εξουδετέρωσης, της αλκυλίωσης, των αντιδράσεων οξέος-ανθρακικού, της ανταλλαγής αντι-ιόντων, της υδατικής μετάθεσης με καθίζηση (αντιδράσεις καθίζησης) και της υδατικής μετάθεσης με διπλή αποσύνθεση (αντιδράσεις διπλής αποσύνθεσης). Ωστόσο, οι δύο τύποι που εμφανίζονται πιο συχνά στη γενική χημεία είναι οι αντιδράσεις εξουδετέρωσης και οι αντιδράσεις καθίζησης.

Μια αντίδραση εξουδετέρωσης είναι μια αντίδραση διπλής μετατόπισης μεταξύ οξέων και βάσεων. Όταν το νερό είναι ο άργυρος, η αντίδραση συνήθως παράγει μια ιοντική ένωση - ένα άλας. Εάν ένα ή και τα δύο αντιδρώντα είναι ισχυρό οξύ ή ισχυρή βάση, η αντίδραση προχωρά προς την εμπρόσθια κατεύθυνση.

Η αντίδραση μεταξύ υδροφθορικού οξέος και υδροξειδίου του νατρίου σε νερό για σχηματισμό νερού και φθοριούχου νατρίου είναι ένα παράδειγμα αντίδρασης εξουδετέρωσης. Το υδροφθορικό οξύ είναι (φυσικά) οξύ, ενώ το υδροξείδιο του νατρίου είναι βάση. Η γενική μορφή της αντίδρασης είναι:

οξύ + βάση → νερό + αλάτι

Σε αυτή την περίπτωση, η αντίδραση είναι:

HF(aq) + NaOH(aq) → H₂ O + NaF(aq)

Ένα άλλο παράδειγμα αντίδρασης εξουδετέρωσης είναι η αντίδραση μεταξύ μαγειρικής σόδας και ξιδιού στο ηφαίστειο της μαγειρικής σόδας. Η αντίδραση παράγει τελικά ένα αέριο (διοξείδιο του άνθρακα) και ένα άλας (ανθρακικό νάτριο), αλλά η αρχική αντίδραση εξουδετέρωσης σχηματίζει ανθρακικό οξύ (H₂ CO₃ ) και οξικό νάτριο (NaCH₃ ΕΡΩΤΟΛΟΓΩ)

NaHCO₃ + CH₃ COOH(aq) → H₂ CO₃ + NaCH₃ ΕΡΩΤΟΛΟΓΩ

Τα κατιόντα ανταλλάσσουν ανιόντα, αλλά είναι πιο δύσκολο να παρατηρήσετε την εναλλαγή λόγω του τρόπου με τον οποίο γράφονται οι σύνθετοι τύποι. Μπορείτε να αναγνωρίσετε την αντίδραση ως διπλή αντικατάσταση όταν συγκρίνετε τα άτομα στα ανιόντα των αντιδρώντων και των προϊόντων.

Σε μια αντίδραση καθίζησης, δύο υδατικές ιοντικές ενώσεις σχηματίζουν ένα αδιάλυτο ιοντικό προϊόν. Ένα παράδειγμα είναι η αντίδραση μεταξύ νιτρικού μολύβδου (II) και ιωδιούχου καλίου για να σχηματιστεί νιτρικό κάλιο και (αδιάλυτο) ιωδιούχο μόλυβδο.

Pb(NO₃ )₂ (aq) + 2 KI(aq) → 2 KNO₃ (aq) + PbI₂ (μικρό)

Μπορείτε να αναγνωρίσετε το σχηματισμό ιζήματος λόγω των (ων) που ακολουθούν τον χημικό τύπο. Ενώ το ιωδιούχο μόλυβδο είναι το ίζημα, ο διαλύτης (νερό) και τα διαλυτά αντιδρώντα και το προϊόν ονομάζονται υπερκείμενο ή υπερκείμενο. Ο σχηματισμός ιζήματος οδηγεί την αντίδραση προς την εμπρόσθια κατεύθυνση, καθώς το προϊόν αφήνει διάλυμα.

Αναφορές

• Dilworth, J. R.; Hussain, W.; Hutson, Α. J.; Jones, C. J.; Mcquillan, F. S. (1997). "Tetrahalo Oxorhenate Anions." Inorganic Syntheses . 31:257–262. doi:10.1002/9780470132623.ch42
• IUPAC (1997). "Μετάθεση." Σύνοψη Χημικής Ορολογίας (2η έκδ.) (το «Χρυσό Βιβλίο»). doi:10.1351/goldbook.M03878
• Μάρτιος, Τζέρι (1985). Προηγμένη Οργανική Χημεία:Αντιδράσεις, Μηχανισμοί και Δομή (3η έκδ.). Νέα Υόρκη:Wiley. ISBN 0-471-85472-7.
• Myers, Richard (2009). Τα Βασικά της Χημείας . Greenwood Publishing Group. ISBN 978-0-313-31664-7.