Reakcja pojedynczego przemieszczenia

Reakcja pojedynczego przemieszczenia , znana również jako reakcja pojedynczej wymiany lub reakcja wymiany , to reakcja chemiczna , w której jeden pierwiastek jest zastępowany innym w związku.

Ogólnie można to przedstawić jako:

${\ Displaystyle {\ ce {A + pne -> AC + B}}}$

gdzie albo

• ${A}}}$$ce$ i są różnymi metalami (lub dowolnym pierwiastkiem, który tworzy kation , taki jak wodór i do {\ Displaystyle {\ ce { $}} }$ jest anionem ; lub

• i $są$$halogenami$ są . _ $_$ _ _ _

Najczęściej będzie to miało miejsce, jeśli jest bardziej reaktywny niż $\$$displaystyle {\ce {B}}}$ , dając w ten sposób bardziej stabilny produkt Reakcja w tym przypadku jest egzergoniczna i spontaniczna.

W pierwszym przypadku, gdy i $} displaystyle {\ ce {AC}}} są zwykle związkami wodnymi (lub$ metalami, to i $displaystyle {\ ce {$$BC}}}$ i $\ ce {B}}$$bardzo$ rzadko w stanie stopionym), a jest jonem widza (tj. niezmieniony).

${\ Displaystyle {\ ce {A (s) + \ underbrace {B + (aq) + do ^ {-} (aq)} _ {BC (aq)} -> \ underbrace {A + (aq) + C ^ {- }(aq)}_{AC(aq)}+ B(s)}}}$

Kiedy drut miedziany zanurza się w roztworze azotanu srebra, miedź wypiera srebro, zmieniając kolor roztworu na niebieski i wytrącając srebro („srebrne drzewo”): Cu + AgNO₃ → Cu(NO₃)₂ + Ag↓

Film NCSSM o reakcji pojedynczego przemieszczenia

Tworzenie kryształów cyny, gdy cynk wypiera cynę, widoczne pod mikroskopem.

W szeregu reaktywności metale o największej skłonności do oddawania swoich elektronów do reakcji są wymienione jako pierwsze, a następnie mniej reaktywne. Dlatego metal znajdujący się wyżej na liście może wyprzeć wszystko, co znajduje się poniżej. Oto skrócona wersja tego samego:

${\ Displaystyle {\ ce {K}}> {\ ce {Na}} > {\ ce {Ca}}>{\ce {Mg}}>{\ce {Al}}>{\color {szary}}{\ce {C}}}>{\ce {Zn}}>{\ce {Fe} }>{\color {szary}}{\ce {NH4^+}}}>{\kolor {szary}}{\ce {H+}}}>{\ce {Cu}}>{\ce {Ag}}> {\ ce {Au}}}$

(Wodór, węgiel i amon — oznaczone kolorem szarym — nie są metalami).

Podobnie halogeny o największej skłonności do przejmowania elektronów są najbardziej reaktywne. Seria aktywności dla halogenów to:

${\ Displaystyle {\ ce {F2> Cl2> Br2> I2}}}$

Ze względu na charakter stanu swobodnego $redoks$ reakcje pojedynczego przemieszczenia są również $reakcjami$ , przeniesienie elektronów z jednego reagenta do inny. Kiedy i są metalami, $jest$$utleniony$${\ ce {A}}}$ i ${\ displaystyle { \ce {B}}}$ jest zawsze redukowane. Ponieważ halogeny wolą otrzymywać elektrony, ${\ Displaystyle {\ ce {A}}}$ zmniejsza się (od ${\ Displaystyle {\ ce {0}}}$ do ${\ Displaystyle {\ ce {-1}}}$ ) i ${\ Displaystyle {\ ce {B}}}$ jest utleniony (od $\$$displaystyle {\ ce {0}}}$ ).

Wymiana kationów

Tutaj jeden kation zastępuje inny:

${\ Displaystyle {\ ce {A + pne -> AC + B}}}$

(Pierwiastek A zastąpił B w związku BC, stając się nowym związkiem AC i wolnym pierwiastkiem B.)

Niektóre przykłady to:

${\ Displaystyle {\ ce {Fe + CuSO4 -> FeSO4 + Cu (v)}}}$

niebieski witriol) ____ zielony witriol)

$}}}$

(niebieski witriol) ___ (biały witriol)

${\ Displaystyle {\ ce {Zn + FeSO4 -> ZnSO4 + Fe (v)}}}$

(zielony witriol) (biały witriol)

Reakcje te są egzotermiczne, a wzrost temperatury jest zwykle rzędu reaktywności różnych metali.

Jeśli reagent w postaci elementarnej nie jest metalem bardziej reaktywnym , reakcja nie nastąpi. Niektóre przykłady tego byłyby odwrotne.

${\ Displaystyle {\ ce {Fe + ZnSO4 ->}}}$ reakcji

Wideo zewnętrzne
CuCl 2 i żelazo Część 2 , 2011
Reakcja CuCl 2 z Al , 2011
Siarczan miedzi i żelazo: część 1 , 2011

Wymiana anionów

Tutaj jeden anion zastępuje inny:

${\ Displaystyle {\ ce {A + CB -> CA + B}}}$

(Element A zastąpił B w złożonym CB, tworząc nowy związek CA i wolny element B.)

Oto kilka przykładów: ${\ Displaystyle {\ ce {Cl2 + 2 NaBr -> 2 NaCl + Br2 (v)}}}$${ \ Displaystyle {\ ce {Br2 + 2KI -> 2KBr + I2 (v)}}}$${\ Displaystyle {\ ce {Cl2 + H2S -> 2HCl + S (v)}}}$

Ponownie, mniej reaktywny halogen nie może zastąpić bardziej reaktywnego halogenu:

${\ Displaystyle {\ ce {I2 + 2KBr ->}}}$ brak reakcji

Częste reakcje

Reakcja metal-kwas

Metale reagują z kwasami, tworząc sole i gazowy wodór.

Uwalnianie gazowego wodoru, gdy cynk reaguje z kwasem solnym.

${\ Displaystyle {\ ce {Zn (s) + 2HCl (aq) -> ZnCl2 (aq) + H2 ^}}}$

Jednak mniej reaktywne metale nie mogą wypierać wodoru z kwasów. (Mogą jednak reagować z kwasami utleniającymi.)

${\ Displaystyle {\ ce {Cu + HCl ->}}}$ Brak reakcji

Reakcja między metalem a wodą

Metale reagują z wodą, tworząc tlenki metali i gazowy wodór. Tlenki metali dalej rozpuszczają się w wodzie, tworząc zasady.

${\ Displaystyle {\ ce {Fe (s) + H2O (g) -> FeO (s) + H2 ^}}}$

${\ Displaystyle {\ ce {Ca (s) + 2H2O (l) -> Ca (OH) 2 (aq) + H2 ^}}}$

Wybuchowa reakcja sodu z wodą powodująca rozbicie szklanego naczynia.

Reakcja może być bardzo gwałtowna w przypadku metali alkalicznych, ponieważ gazowy wodór zapala się.

Metale, takie jak złoto i srebro, które w szeregu reaktywności znajdują się poniżej wodoru, nie reagują z wodą.

Zewnętrzne wideo
Reakcja potasu i wody , 2011
Reakcja magnezu i wody , 2011

Ekstrakcja metali

Koks lub bardziej reaktywne metale są używane do redukcji metali węglem z ich tlenków metali, na przykład w karbotermicznej reakcji tlenku cynku (cyncytu) w celu wytworzenia metalicznego cynku :

${\ Displaystyle {\ ce {ZnO + do -> Zn + WSP}}}$

oraz wykorzystanie aluminium do produkcji manganu z dwutlenku manganu :

${\ Displaystyle {\ ce {3MnO2 + 4Al -> 3Mn + 2Al2O3}}}$

Nawet w przypadku reakcji, które przebiegają w kierunku przeciwnym do ich wewnętrznej reaktywności, można wywołać przemieszczenie, jak w procesie Achesona polegającym na wypieraniu krzemu z dwutlenku krzemu przy użyciu węgla :

$Displaystyle {\ ce {SiO2 + 2C -> Si + 2CO}}}$

Reakcja termitowa

Stosowanie wysoce reaktywnych metali jako środków redukujących prowadzi do reakcji egzotermicznych, w wyniku których powstały metal topi się. Służy do spawania torów kolejowych.

termitowa przebiegająca w przypadku spawania kolejowego: wkrótce potem ciekłe żelazo wpływa do formy wokół szczeliny szynowej

${\ Displaystyle {\ ce {Fe2O3 (s) + 2 Al (s) -> 2 Fe (l ) + Al2O3(s)}}}$

a (hematyt)

${\ Displaystyle {\ ce {3 CuO + 2Al -> 3Cu + Al2O3}}}$

Srebrny nalot

Zmatowiała srebrna moneta

Srebro matowieje z powodu obecności siarkowodoru , co prowadzi do powstania siarczku srebra .

${\ Displaystyle {\ ce {4 Ag + 2H2S + O2 -> 2Ag2S + 2H2O}}}$

${\ Displaystyle {\ ce {3Ag2S + 2Al -> 6Ag + Al2S3}}}$

Ekstrakcja halogenów

Chlor jest produkowany przemysłowo w procesie Deacona . Reakcja zachodzi w temperaturze około 400 do 450 ° C w obecności różnych katalizatorów, takich jak ${\ displaystyle {\ ce {CuCl2}}}$ .

${\ Displaystyle {\ ce {4HCl + O2 -> 2 Cl2 + 2H2O}}}$

Brom i jod są ekstrahowane z solanki poprzez wypieranie chlorem.

${\ Displaystyle {\ ce {2HBr + Cl2 -> 2HCl + Br2 ^}}}$

${\ Displaystyle {\ ce { 2HI + Cl2 -> 2HCl + I2 ^}}}$

Zobacz też

• Reakcja podwójnego przemieszczenia
• Reakcja rozkładu
• Reakcja łączona
• Reakcja podstawienia

Linki zewnętrzne

Szeregi reaktywności według RSC

Reakcja wypierania halogenu metodą RSC

Woda chlorowa reagująca z jodkiem i bromkiem , YouTube