Kemijske reakcije izpodrivanja so razvrščene glede na to, koliko elementov zamenja mesta med procesom. Medtem ko pri enojni reakciji zamenjave en sam element iz spojine, pri dvojni reakciji zamenjave dve spojini, ki si dejansko »zamenjata partnerja« in tvorita dve povsem novi snovi.
Poudarki
Za napoved, ali se bo enkratna zamenjava zgodila, je potreben grafikon serije aktivnosti.
Reakcije dvojne zamenjave pogosto vključujejo nastanek oborine.
Nevtralizacija (kislina + baza) je specifična oblika dvojne zamenjave.
Samo ena sama zamenjava vključuje spremembo oksidacijskega stanja atomov.
Kaj je Enojna zamenjava?
Reakcija, pri kateri en prosti element nadomesti podoben element v obstoječi kemični spojini.
Sledi splošnemu kemijskemu načrtu A + BC → AC + B.
Običajno se pojavi med čisto kovino in vodno raztopino soli.
Poganja ga »serija aktivnosti«, kjer bolj reaktivni element izpodrine manj reaktivnega.
Vedno vključuje spremembo oksidacijskih stanj, zaradi česar gre za vrsto redoks reakcije.
Običajno povzroči sproščanje vodikovega plina ali prevleko nove kovine.
Kaj je Dvojna zamenjava?
Reakcija, pri kateri si kationi in anioni dveh različnih ionskih spojin izmenjajo mesta.
Sledi splošnemu kemijskemu načrtu AB + CD → AD + CB.
Običajno poteka v vodni raztopini med dvema raztopljenima ionskima solma.
Primarni dejavniki so nastanek trdne oborine, plina ali vode.
Za razliko od enojne zamenjave se oksidacijska števila elementov običajno ne spremenijo.
Nevtralizacijske reakcije med kislinami in bazami so pogosta podvrsta.
Primerjalna tabela
Funkcija
Enojna zamenjava
Dvojna zamenjava
Splošna formula
A + BC → AC + B
AB + CD → AD + CB
Narava reaktantov
En element in ena spojina
Dve ionski spojini
Gonilna sila
Relativna reaktivnost (serija aktivnosti)
Topnost in stabilnost (padavina)
Redoks status
Vedno redoks reakcija
Običajno ni redoks reakcija
Pogosti izdelki
Čisti element in sol
Oborine, plin ali voda
Tipično okolje
Trdna kovina v tekoči raztopini
Dve tekočini, pomešani skupaj
Podrobna primerjava
Mehanizem zamenjave
Pri reakciji ene same zamenjave si predstavljajte solo plesalca, ki se vmeša v par, da bi enega partnerja odstranil, drugega pa pustil samega. Pri dvojni zamenjavi je bolj podobno kvadratnemu plesu, kjer dva para hkrati zamenjata partnerja in tvorita dva nova para. Temeljna razlika je v tem, ali element začne reakcijo sam ali kot del že obstoječe molekule.
Vloga reaktivnosti v primerjavi s topnostjo
Enojna zamenjava je boj za moč; kovina, kot je cink, bo nadomestila baker le, če je cink "močnejši" ali kemično aktivnejši. Dvojna zamenjava ne upošteva, kdo je aktivnejši; poganja jo "želja" ionov, da tvorijo netopno trdno snov, ki izpade iz raztopine in te ione učinkovito odstrani s plesišča.
Oksidacija in prenos elektronov
Med enojno zamenjavo se elektroni dejansko fizično prenesejo iz čistega elementa na ion, ki ga nadomešča, s čimer se spremenijo njihovi naboji. Pri dvojni zamenjavi ioni preprosto prerazporedijo svojo fizično bližino. Ker naboji posameznih ionov običajno ostanejo enaki od začetka do konca, se te reakcije običajno ne štejejo za reakcije prenosa elektronov (redoks reakcije).
Prepoznavanje izida
Enojno zamenjavo lahko opazite tako, da opazite izginjanje trdne kovine ali nastajanje mehurčkov plina, ko se sprošča čisti element. Dvojno zamenjavo pogosto prepoznamo po tem, da bistra raztopina nenadoma postane motna, kar kaže na to, da se je iz mešanice dveh bistrih tekočin oblikoval nov, netopen trdni produkt – oborina.
Prednosti in slabosti
Enojna zamenjava
Prednosti
+Proizvaja čiste elemente
+Z grafikoni je enostavno predvidljivo
+Uporabno za galvanizacijo
+Proizvaja vodikov plin
Vse
−Ne bo se zgodilo, če je reaktant šibek
−Lahko je zelo eksotermno
−Omejeno na pare kovina/kislina
−Zahteva čiste izhodiščne elemente
Dvojna zamenjava
Prednosti
+Hitro se pojavi v vodi
+Uporabno za čiščenje vode
+Tvori stabilne oborine
+Bistveno za uravnavanje pH
Vse
−Težje napovedati topnost
−Ne daje čistih elementov
−Zahteva dva tekoča reaktanta
−Pogosto neurejeno filtriranje izdelkov
Pogoste zablode
Mit
Če sestavine zmešate, se bo vedno zgodila ena sama nadomestna reakcija.
Resničnost
To ni res. Do tega pride le, če je osamljeni element na lestvici aktivnosti višji kot element v spojini. Na primer, srebro ne more nadomestiti bakra, ker je baker bolj "aktiven" in se močneje drži svoje vezi.
Mit
Dvojne nadomestne reakcije ustvarjajo energijo.
Resničnost
Čeprav lahko sproščajo toploto, te reakcije dejansko poganja zmanjšanje entropije sistema ali nastanek stabilnih produktov, kot je voda. Gre za stabilnost končne ureditve, ne le za proizvodnjo surove energije.
Mit
Oborine pri dvojni zamenjavi so le 'umazanija' v čaši.
Resničnost
Oborina je povsem nova kemična spojina s svojimi edinstvenimi lastnostmi. Lahko je dragocen pigment, zdravilo ali kemikalija, ki se uporablja v industrijski proizvodnji; le da je netopna v vodi.
Mit
Vodik je vedno produkt nadomestnih reakcij.
Resničnost
Vodik nastaja le v reakcijah enkratne zamenjave, ko kovina reagira s kislino. Pri mnogih drugih reakcijah enkratne zamenjave ena trdna kovina preprosto nadomesti drugo, pri čemer plin sploh ne ostane.
Pogosto zastavljena vprašanja
Kaj je serija aktivnosti?
Serija aktivnosti je seznam kovin, razvrščenih po njihovi reaktivnosti. V eni sami nadomestni reakciji lahko kovina nadomesti drugo kovino le, če je na tem seznamu višje. To je »hijerarhija« kemijskega sveta, ki znanstvenikom pove, ali je reakcija fizično mogoča.
Kako lahko ugotovim, ali je prišlo do reakcije dvojne zamenjave?
Obstajajo trije glavni znaki: nastanek oborine (trdna snov, ki se pojavi v tekočini), nastanek plina (mehurčki) ali nastanek vode (ki običajno povzroči spremembo temperature med kislinsko-bazično reakcijo).
Je rja nadomestna reakcija?
Ne, rja je sintezna (ali kombinirana) reakcija, pri kateri se železo in kisik združita v železov oksid. Nadomestne reakcije vključujejo predvsem zamenjavo mest elementov ali ionov znotraj spojin.
Zakaj se kislinsko-bazična reakcija imenuje dvojna zamenjava?
V kislinsko-bazični reakciji ion H+ iz kisline zamenja mesto s kovinskim kationom iz baze. H+ se pridruži OH- in tvori H2O (vodo), medtem ko kovina in preostali kislinski del tvorita sol. Ta popolna zamenjava partnerjev natančno ustreza modelu dvojne zamenjave.
Ali lahko nekovine opravijo enojno zamenjavo?
Da. Halogeni, kot je klor, lahko v spojini nadomestijo brom ali jod. Tako kot kovine obstaja tudi za halogene reaktivnostna vrsta; na primer, fluor je "najmočnejši" in lahko v raztopini soli nadomesti kateri koli drug halogen.
Kaj je "neto ionska enačba" pri dvojni zamenjavi?
Neto ionska enačba ignorira »opazovalne ione« – tiste, ki ostanejo raztopljeni in nespremenjeni – in se osredotoča le na ione, ki se dejansko združijo v trdno snov, plin ali vodo. Prikazuje dejansko »dejanje« reakcije.
Ali temperatura vpliva na te reakcije?
Temperatura vpliva na hitrost obeh. Višje temperature pospešijo enojno nadomeščanje. Pri dvojnem nadomeščanju lahko temperatura spremeni tudi topnost produktov, kar lahko prepreči nastanek oborine, če je voda dovolj vroča, da ostane raztopljena.
Ali se te reakcije uporabljajo v vsakdanjem življenju?
Absolutno. Enojna zamenjava se uporablja v baterijah in za pridobivanje kovin iz rud. Dvojna zamenjava se uporablja v antacidih za nevtralizacijo želodčne kisline in pri čiščenju odpadne vode za odstranjevanje strupenih težkih kovin tako, da jih pretvori v trdne oborine.
Kaj se zgodi, če v reakciji ni oborine ali plina?
Če zmešate dve ionski raztopini in ne nastane trdna, plinasta ali voda, ni prišlo do prave kemične reakcije. Preprosto ste ustvarili "juho" štirih različnih ionov, ki lebdijo skupaj v isti vodi.
Kateri je težje uravnotežiti?
Dvojne zamenjave so pogosto lažje uravnotežene, ker poliatomski ioni (kot sta sulfat ali nitrat) med zamenjavo običajno ostanejo skupaj kot ena enota. Enojna zamenjava zahteva več previdnosti, da se zagotovi pravilno uravnoteženje nabojev edinega elementa in nove spojine.
Ocena
Poiščite enojno nadomestno reakcijo, kadar kot reaktant vidite en sam element. Dvojno nadomestno reakcijo poiščite, kadar mešate dve različni raztopini in pričakujete nastanek trdne oborine ali vode.