Was ist eine Doppelersatzreaktion?

Eine doppelte Austauschreaktion findet statt, wenn zwei ionisierte Verbindungen Ionen austauschen, um zwei neue Substanzen zu erzeugen. Die reagierenden Substanzen dissoziieren in einer wässrigen Lösung und die positiven oder negativen Ionen wechseln ihre Plätze. Die dabei entstehenden neuen Stoffe bleiben entweder in Lösung, entweichen als Gas oder fallen als unlösliches Reaktionsprodukt aus. Doppelersetzungsreaktionen können viele Formen annehmen, einschließlich verschiedener Arten von Säure-Base-Reaktionen. Die Löslichkeitsregeln helfen vorherzusagen, welche Stoffe an Doppelersatzreaktionen teilnehmen können und welche Reaktionsprodukte aus der Lösung ausfallen.

TL; DR (zu lang; nicht gelesen)

Eine doppelte Austauschreaktion ist eine Fällungs- oder Säure-Base-Reaktion, bei der die Reaktionspartner ionisieren und entweder die positiven oder negativen Ionen austauschen, um zwei neue Substanzen zu erzeugen. Fällungsreaktionen produzieren eine Substanz, die unlöslich ist, während Säure-Base-Reaktionen lösliche, flüssige oder gasförmige Reaktionsprodukte erzeugen können.

Am Beispiel der hypothetischen Verbindungen AB und CD lässt sich die Funktionsweise einer Doppelersatzreaktion im Detail erkennen. Dies sind Verbindungen, bei denen die Atome A und C Bindungen mit den Atomen B bzw. D eingegangen sind. Wenn sie in Lösung gebracht werden, dissoziieren sie in positiv geladene Ionen A⁺ und C⁺ zusammen mit negativ geladenen Ionen B^- und D^-.

Die beiden positiv geladenen Ionen stoßen sich aufgrund ihrer ähnlichen Ladungen ab, ebenso die beiden negativ geladenen Ionen. Damit bleiben AD und CB als potentielle chemische Doppelersatzreaktion übrig, wobei die B- und D-Ionen die Plätze tauschen. Die neuen Verbindungen können ein unlöslicher Feststoff, ein löslicher Feststoff, eine Flüssigkeit oder ein Gas sein. Abhängig von den Details der Reaktion zeigt die Art der produzierten Substanz, ob eine Reaktion stattgefunden hat.

Wenn sich ein Stoff nicht in Wasser löst, kann er nicht an einer doppelten Austauschreaktion teilnehmen. Die folgenden Löslichkeitsregeln helfen vorherzusagen, welche Stoffe in Lösung reagieren.

• Nitratsalze sind löslich.
  
• Salze von Alkalimetallionen wie Lithium, Natrium und Kalium sind löslich.
  
• Ammoniumionensalze sind löslich.
• Die meisten Bromid-, Jodid- und Chloridsalze sind löslich, mit Ausnahme der Salze von Silber, Quecksilber und Blei.
• Die meisten Sulfatsalze sind löslich, mit Ausnahme der Salze von Calcium, Quecksilber, Blei und Barium.
• Die meisten Hydroxidsalze sind unlöslich, mit Ausnahme von Calcium-, Barium- und Strontiumsalzen.
• Die meisten Sulfide, Carbonate, Phosphate und Chromate sind mit Ausnahme von Alkalimetallen und Ammonium unlöslich.

Typische Fällungsreaktionen führen zwei lösliche Substanzen in eine wässrige Lösung ein, wodurch ein unlöslicher Feststoff entsteht. Beispielsweise reagieren Zinknitrat und Natriumphosphat in einer doppelten Austauschreaktion. Zinknitrat ist in Wasser löslich, da es ein Nitratsalz ist, und obwohl Phosphate meist unlöslich sind, ist Natrium ein Alkalimetall und daher ist Natriumphosphat löslich. Die beiden Stoffe tauschen Ionen zu Natriumnitrat, das in Lösung bleibt, und zu Zinkphosphat, das unlöslich ist und ausfällt.

Säuren und Basen ionisieren in Lösung zu Wasserstoff- und Hydroxidionen. Bei einer Doppelersatzreaktion verbindet sich das Wasserstoffion der Säure mit dem Hydroxidion der Base zu Wasser, einem der Doppelersatzreaktionsprodukte. Die anderen Produkte werden aus den restlichen in die Reaktion eingebrachten Ionen gebildet.

Eine einfache Säure-Base-Reaktion wie Salzsäure (HCl) und Natriumhydroxid (NaOH) ergibt ein Salz (NaCl) und Wasser. Eine komplexere Reaktion löst Natriumcarbonat (Na₂CO₃) in einer wässrigen HCl-Lösung. Die resultierende doppelte Austauschreaktion liefert NaCl und CO₂ sowie Wasser.

Die Hauptmerkmale von Doppelaustauschreaktionen sind die Löslichkeit der beiden Reaktanten, ihre Ionisierung in Lösung und der Nachweis der resultierenden chemischen Reaktion. Wenn sich ein Niederschlag oder ein Gas bildet, hat eine chemische Reaktion stattgefunden, aber bei einigen Säure-Base-Reaktionen kann das Produkt flüssig oder ein lösliches Salz sein. In solchen Fällen können zusätzliche Tests zum Nachweis einer Reaktion erforderlich sein.