置換反応は、化学種が化合物内の別のものに移動するすべてのものです。この変位は単純または二重であり、最初の変位は移動する要素であり、2番目の変位は2つの化合物間の「ペア」の変化です。
これらのタイプの反応は、特定の条件下でのみ可能です。1つの種の酸化数がゼロであるか、すべてが必ずイオン化されている必要があります。ゼロの酸化数とはどういう意味ですか?それは種が自然な状態にあることを意味します。
上記のアプローチの非常に具体的な例は、銅線と硝酸銀溶液の間の反応です。銅は自然な状態の金属なので、酸化数はゼロです。一方、銀のことは、銀(Ag +1である+(NO嘘は、硝酸イオンと一緒に溶解した)、3 - )。
金属は電子を放棄しますが、いくつかは他のものよりもアクティブです。つまり、すべての金属がさびにくいわけではありません。銅は銀よりも活性が高いため、電子を提供して自然状態に還元し、銅線を覆う銀の表面として反射します(上の画像)。
置換反応
シンプルな
水素と金属の置換
上の画像は、活性の高い順に列を示し、水素分子を強調しています。これより上にある金属は、非酸化性酸(HCl、HF、H 2 SO 4など)に置き換わることができ、下にある金属はまったく反応しません。
単純な置換反応は、次の一般的な方程式で表すことができます。
A + BC => AB + C
Hとすることができる変位のC、2分子または他の金属。H 2がH +イオンの還元によって形成される場合(2H + + 2e - => H 2)、種Aは-質量とエネルギーの保存により-電子を提供する必要があります。酸化する必要があります。
一方、AとCが金属種であるが、Cがイオン形態(M +)であり、Aが自然状態である場合、置換反応は、AがCよりもアクティブである場合にのみ起こり、後者を強制します。電子を受け入れて金属状態(M)に還元します。
ハロゲンによる置換
同様に、ハロゲン(F、Cl、Br、I、At)は互いに移動できますが、別の一連の活動をたどります。これらの場合、グループ7A(または17)を下ると、活動は減少します。
たとえば、次の反応が自然に発生します。
F 2(g)+ 2NaI(ac)=> 2NaF(ac)+ I 2(s)
ただし、これは説明した理由により、製品を生成しません。
I 2(s)+ NaF(ac)=> X
上記の式で、Xは反応がないことを意味します。
この知識があれば、ハロゲン塩と純粋な元素のどの混合物が製品を生成するかを予測できます。ニーモニックとして、ヨウ素(揮発性紫色の固体)が他のハロゲンのいずれかを変位しないが、他のものは場合イオン形態におけるし(Na変位を行う+ I - )。
ダブル
複分解反応は、メタセシス反応とも呼ばれ、次のように表されます。
AB + CD => AD + CB
今回は、AがCを置換するだけでなく、BもDを置換します。このタイプの置換は、可溶性塩溶液が混合され、沈殿物が形成された場合にのみ発生します。つまり、ADまたはCBは不溶性で、強い静電相互作用を持っている必要があります。
たとえば、KBrとAgNO 3の溶液を混合する場合、4つのイオンは、対応する方程式のペアを形成するまで媒体を移動します。
KBr(aq)+ AgNO 3(aq)=> AgBr(s)+ KNO 3(aq)
AG +およびBr -イオンがKながら、臭化銀沈殿物を形成+及びNO 3 -硝酸カリウムの結晶を形成するように配置することができません。
酸塩基中和反応
酸が塩基で中和されると、二重置換反応が起こります:
HCl(aq)+ NaOH(aq)=> NaCl(aq)+ H 2 O(l)
ここでは、塩化ナトリウムは水に非常に溶けやすい塩なので、沈殿は形成されませんが、pHの変化が発生し、pHが7に近くなります。
ただし、次の反応では、pHの変化と沈殿物の形成が同時に発生します。
H 3 PO 4(aq)+ 3Ca(OH)2 => Ca 3(PO 4)2(s)+ 3H 2 O(l)
リン酸カルシウムは不溶性で、白色の固体として沈殿しますが、リン酸は水酸化カルシウムで中和されます。
例
シンプルな
Cu(s)+ 2AgNO 3(aq)=> Cu(NO 3)2(aq)+ 2Ag(s)
これが銅線のイメージ反応です。金属の一連の化学的活動を見ると、銅は銀よりも上にあるため、それを置き換えることができます。
Zn(s)+ CuSO 4(aq)=> ZnSO 4(aq)+ Cu(s)
この他の反応では、反対のことが起こります。銅が金属として沈殿すると同時に、CuSO 4の青みがかった溶液が透明になり、同時に金属亜鉛が可溶性硫酸亜鉛塩に崩壊します。
2Al(s)+ 3NiBr 2(ac)=> 2AlBr 3(ac)+ 3Ni(s)
繰り返しになりますが、この反応は、一連の化学的活動においてアルミニウムがニッケルの上にあるために発生します。
Sn(s)+ H 2 SO 4(aq)=> SnSO 4(aq)+ H 2(g)
ここではスズが水素に取って代わりましたが、シリーズでは非常に近いです。
2K(s)+ 2H 2 O(l)=> 2KOH(aq)+ H 2(g)
最後に、シリーズの最も高い部分にある金属は非常に反応性が高いため、水分子内の水素でさえも置換され、非常に発熱性の(爆発的な)反応が発生します。
ダブル
Zn(NO 3)2(水溶液)+ 2NaOH(水溶液)=> Zn(OH)2(秒)+ 2NaNO 3(水溶液)
塩基は任意の酸を中和していないが、OHは-イオンが有する亜鉛に対してより親和性2+ NOより3 -イオンを、このため、二重変位が発生します。
Cu(NO 3)2(水溶液)+ Na 2 S(水溶液)=> CuS(秒)+ 2NaNO 3(水溶液)
この反応は前の反応と非常によく似ていますが、両方の化合物が水に溶解した塩である点が異なります。
参考文献
- ウィッテン、デイビス、ペック、スタンレー。化学。(第8版)。CENGAGE Learning、p 145-150。
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