Реакции на двойно заместване

Реакциите на двойно заместване—наречени още двойно заместване, заместване или метатеза—се наблюдават, когато частите на две йонни съединения се разменят и се образуват две нови съединения. Общият модел на реакция на двойно заместване изглежда така:

Можеш да разглеждаш реакциите като размяна на катионите или на анионите, но не и на двете, защото тогава ще получиш същите вещества, с които започваш. Разтворител при реакциите на двойно заместване обикновено е водата, а реагентите и продуктите обикновено са йонни съединения, но могат да бъдат също така киселини или основи.

Ето един пример за реакция на двойно заместване:

В този пример катионите са ${\text{Ba}}^{2+}$‍ и ${\text{Na}}^{+}$‍, а анионите са ${\text{Cl}}^{-}$‍ и ${\text{SO}}_4^{2-}$‍. Ако разменим анионите или катионите, получаваме продуктите ${\text{BaSO}}_4$‍ и $\text{NaCl}$‍.

Идентифицирането на реакции на двойно заместване обикновено е доста лесно, след като разпознаеш модела. Предвиждането дали реакцията ще протече може да е сложно; помага, ако можеш да разпознаваш често срещани видове реакции на двойно заместване. В тази статия ще говорим за утаителни реакции и за реакции на неутрализация.

Утаителна реакция протича, когато две разтворени във вода йонни съединения образуват ново йонно съединение, което е неразтворимо във вода. Пример за такава реакция е реакцията между оловен нитрат и калиев йодид. И двете съединения са бели твърди вещества, които могат да се разтворят във вода до бистър, безцветен разтвор. Когато смесиш двата бистри разтвора, получаваш следната реакция:

Получихме красиво твърдо злато от два бистри разтвора! В реалния живот колбата би трябвало да изглежда като на снимката по-долу.

Полученото неразтворимо съединение се нарича утайка. Разтворителят и разтворимите компоненти на реакцията се наричат надутаечна течност или супернатанта. Можем да използваме правилата за разтворимост, за да предвидим дали настъпва утаяване. Образуването на твърда утайка е движещата сила, която кара реакцията да продължава напред.

Неутрализацията е вид реакция на двойно заместване, която протича между киселина и основа. Ето пример за неутрализация:

При неутрализация обикновено се получава вода и ново йонно съединение, наричано още сол. Най-трудната част от идентифицирането на неутрализация е разпознаването дали реагиращите вещества са киселина и основа. След като знаеш, че имаш неутрализация, можеш да предвидиш, че реакцията ще протече в права посока, ако имаш силна киселина и/или силна основа като реагент.

Една забавна неутрализация, която вероятно познаваш, е смесването на сода за хляба - натриев бикарбонат, ${\text{NaHCO}}_3$‍—и оцет—разредена с вода оцетна киселина, ${\text{CH}}_3\text{COOH}$‍)—при която се образува въглеродна киселина—${\text{H}}_2{\text{CO}}_3$‍—и натриев ацетат—${\text{NaCH}}_3\text{COO}$‍. Ако пробваш тази реакция вкъщи, вероятно ще получиш силно кипене, тъй като едновременно с неутрализацията има и реакция с отделяне на газ, в която въглеродната киселина се разлага до въглероден диоксид- мехурчета! - и вода.

Забележи, че реакциите на двойно заместване могат да бъдат записани като молекулно, пълно йонно или съкратено йонно уравнение. В тази статия ще записваме само молекулното уравнение, но може би ще искаш да се запознаеш и с другите форми на уравнението.

Да разгледаме един пример, в който не знаем продуктите:

Първо можем да идентифицираме катионите и анионите, които ще се разменят. Катионите са ${\text{H}}^{+}$‍ и ${\text{Ba}}^{2+}$‍, а анионите са ${\text{SO}}_4^{2-}$‍ и ${\text{OH}}^{-}$‍. Размяната на анионите дава продуктите ${\text{H}}_2\text{O}$‍ и ${\text{BaSO}}_4$‍:

Виждаме, че нашата реакция на двойно заместване е и неутрализация, тъй като реакцията протича между сярна киселина, силна киселина, и бариев хидроксид, силна основа. Какъв вид е продуктът бариев сулфат? Ако проверим правилата за разтворимост, ще видим, че бариевият сулфат е неразтворим и ще се утаи от разтвора. Това означава, че нашата реакция е и утаителна реакция! Можем да включим тази информация в уравнението, като запишем $(тв.)$‍ след ${\text{BaSO}}_4$‍.

Все още не сме напълно готови. Реакцията не е изравнена, тъй като имаме различен брой атоми водород и кислород от двете страни на стрелката. Можем да поправим това, като умножим ${\text{H}}_2\text{O}$‍ по $2$‍, за да получим крайното изравнено молекулно уравнение:

В реакциите на двойно заместване има две йонни съединения, които разменят своите аниони или катиони. Реакциите на утаяване и неутрализация са два вида реакции на двойно заместване. При утаителните реакции се образува неразтворим продукт от два водоразтворими реагента и можеш да идентифицираш такава утаителна реакция с помощта на правилата за разтворимост. Неутрализация протича, когато реагентите са киселина и основа и обикновено се наблюдават, когато реагират силна киселина и/или силна основа.