KAKSINKERTAINEN SUBSTITUUTIOREAKTIO: TYYPIT JA ESIMERKIT - KEMIA - 2026

Kaksinkertainen substituutio, kaksinkertainen tilavuus tai metateesi reaktio on sellainen, jossa kahden ioninvaihto tapahtuu kahden yhdisteitä, ilman, että mikään näistä on hapettuu tai pelkistyy. Se on yksi alkeellisimmista kemiallisista reaktioista.

Uudet sidokset muodostuvat ionien välisistä suurista sähköstaattisista houkuttelevista voimista. Samoin reaktio suosii stabiilimpien lajien, pääasiassa vesimolekyylin, muodostumista. Alla oleva kuva kuvaa kaksinkertaisen substituutioreaktion yleistä kemiallista yhtälöä.

Alkuperäiset yhdisteet AX ja BY reagoivat vaihtamalla "kumppaneitaan" ja muodostavat siten kaksi uutta yhdistettä: AY ja BX. Tämä reaktio tapahtuu vain silloin, kun A ja Y ovat läheisempiä kuin A ja B, tai jos BX-sidokset ovat stabiilimpia kuin BY: n. Koska reaktio on yksinkertainen ioninvaihto, kumpikaan ioni ei saa tai menetä elektroneja (redox-reaktio).

Siten, jos A on kationi +1-varauksella yhdisteessä AX, sillä on sama +1-varaus yhdisteessä AY. Sama pätee muihin "kirjeisiin". Tämäntyyppinen reaktio on happo-emäsreaktioiden ja saostumien muodostumisen tuki.

Tyypit

neutraloituminen

Vahva happo reagoi vahvan emäksen kanssa tuottaen liukoisia suoloja ja vettä. Kun toinen kahdesta - happo tai emäs - on heikko, tuotettu suola ei ole täysin ionisoitunut; ts. vesipitoisessa väliaineessa, joka kykenee hydrolysoitumaan. Samoin happo tai emäs voidaan neutraloida suolalla.

Edellä mainittua voidaan jälleen edustaa kemiallisella yhtälöllä kirjaimilla AXBY. Kuitenkin, koska Bronsted-happamuus on merkitty ainoastaan H ⁺ ja OH ^- ioneja, nämä sitten tulevat edustamaan kirjaimet A ja Y:

HX + BOH => HOH + BX

Tämä kemiallinen yhtälö vastaa neutralointi, joka on yksinkertaisesti välisen reaktion HX happoa ja BOH emäksellä HOH (H ₂ O) ja BX suola, joka voi olla tai ei olla vesiliukoinen.

Sen luuranko voi vaihdella stökiometristen kertoimien tai hapon luonteen mukaan (jos se on orgaaninen tai epäorgaaninen).

sademäärä

Tämän tyyppisessä reaktiossa yksi tuotteista on liukenematonta väliaineeseen, yleensä vesipitoista ja saostuu (kiinteä aine laskeutuu muusta liuoksesta).

Kaavio on seuraava: kaksi liukoista yhdistettä, AX ja BY, sekoitetaan ja yksi tuotteista, AY tai BX, saostuu, mikä riippuu liukoisuussäännöistä:

AX + BY => AY (t) + BX

AX + BY => AY + BX (t)

Siinä tapauksessa, että sekä AY että BX ovat liukenemattomia veteen, ionipari, jolla on voimakkaimmat sähköstaattiset vuorovaikutukset, saostuu, mikä voi heijastua kvantitatiivisesti niiden liukoisuusvakioiden (Kps) arvoihin.

Kuitenkin useimmissa saostusreaktioissa yksi suola on liukoinen ja toinen saostuu. Molemmat reaktiot - neutralointi ja saostuminen - voivat tapahtua samassa aineiden seoksessa.

esimerkit

Esimerkki 1

HCI: a (aq) + NaOH: lla (aq) => H ₂ O (l) + NaCI (aq)

Millainen reaktio tämä on? Suolahappo reagoi natriumhydroksidin kanssa muodostaen seurauksena vettä ja natriumkloridia. Koska NaCl on erittäin liukoinen vesipitoiseen väliaineeseen ja muodostui myös vesimolekyyli, esimerkissä 1 oleva reaktio on neutralointi.

Esimerkki 2

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

H ^{+ -} tai OH ^- ionia ei ole tässä reaktiossa, eikä vesimolekyyli ole kemiallisen yhtälön oikealla puolella.

Kupari (II) nitraatti tai kuparinitraatti vaihtaa ioneja natriumsulfidilla. Kuprasulfidi on liukenematon, saostaen toisin kuin natriumnitraatti, liukoinen suola.

Cu (NO ₃) ₂ liuos on sinertävä, kun taas Na ₂ S ratkaisu on kellertävä. Kun molemmat sekoitetaan, värit katoavat ja CuS saostuu, mikä on mustanruskea kiinteä aine.

Esimerkki 3

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

Tämä on jälleen yksi neutralointireaktio. Etikkahappo reagoi natriumhydroksidin kanssa natriumasetaattisuolan ja vesimolekyylin muodostamiseksi.

Toisin kuin esimerkissä 1, natriumasetaatti ei ole täysin ionisoitunut suola, koska anioni hydrolysoituu:

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

Esimerkki 4

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

Tässä reaktiossa - joka, vaikka se ei näytä olevan neutraloivaa -, hydrojodihappo reagoi täysin kalkkikiveä kanssa tuottaen hiilihappoa ja kalsiumjodidia. Lisäksi lämmön kehitys (eksoterminen reaktio) hajottaa hiilihapon hiilidioksidiksi ja veteen:

H ₂ CO ₃ (aq) => CO ₂ (g) + H ₂ O (l)

Kokonaisreaktio on seuraava:

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

Myös kalsiumkarbonaatti, emäksinen suola, neutraloi hydrojodihappoa.

Esimerkki 5

AgNO ₃ (aq) + NaCI (aq) => AgCI (s) + NaNO ₃ (aq)

Hopeanitraatti vaihtaa ioneja natriumkloridilla, jolloin muodostuu liukenematon suolahopeakloridi (valkea sakka) ja natriumnitraatti.

Esimerkki 6

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

Fosforihappo neutraloidaan kalsiumhydroksidilla, jolloin muodostuu liukenematon suolakalsiumfosfaatti ja kuusi moolia vesimolekyylejä.

Tämä on esimerkki molemman tyyppisistä kaksoissubstituutioreaktioista: hapon neutralointi ja liukenemattoman suolan saostuminen.

Esimerkki 7

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

Kaliumsulfidi reagoi magnesiumsulfaatin kanssa saattamalla ^S2– ja Mg ²⁺ -ionit yhteen liuokseen muodostaen liukenemattoman magnesiumsulfidisuolan ja liukoisen kaliumsulfaattisuolan.

Esimerkki 8

Na ₂ S (aq) + HCI: a (aq) → NaCI (aq) + H ₂ S (g)

Natriumsulfidi neutraloi suolahappoa muodostaen natriumkloridia ja rikkivetyä.

Tässä reaktiossa ei muodostu vettä (toisin kuin yleisimmät neutralisoinnit), mutta ei-elektrolyyttinen molekyylisulfidisulfidi, jonka mätänen haju on erittäin epämiellyttävä. H ₂ S liuoksesta poistuu kaasumaisessa muodossa ja loput lajien edelleen liuennut.

Viitteet

1. Whitten, Davis, Peck ja Stanley. Kemia. (8. painos). CENGAGE-oppiminen, s. 150-155.
2. Quimicas.net (2018). Esimerkkejä kaksinkertaisesta substituutioreaktiosta. Haettu 28. toukokuuta 2018, osoitteesta: quimicas.net
3. Metateesireaktiot. Haettu 28. toukokuuta 2018, osoitteesta: science.uwaterloo.ca
4. Khan-akatemia. (2018). Kaksinkertaiset korvausreaktiot. Haettu 28. toukokuuta 2018, osoitteesta: khanacademy.org
5. Helmenstine, tohtori Anne Marie (8. toukokuuta 2016). Kaksinkertaisen korvausreaktion määritelmä. Haettu 28. toukokuuta 2018, osoitteesta: thinkco.com